Юбилей Союзного государства
Ядро преткновения
26 марта исполнилось 65 лет Объединённому институту ядерных исследований (ОИЯИ) – одному из ведущих мировых научных центров, расположенному в подмосковной Дубне. Беларусь – одна из основных его участниц
65 лет — возраст солидный. Человек, достигший его, уже может начать подводить итоги. Но все это касается людей, в отношении же научных организаций 65 лет - это самый расцвет молодости, пора наибольшей творческой активности, когда энергия бьёт ключом и требует себе достойного объекта применения. Тем более, когда и сама отрасль науки, которой посвящено заведение, ненамного старше.
Совершенно несекретно
Сколько лет подмосковной Дубне сказать сложно. Первое упоминание об этом городке, основанном еще Юрием Долгоруким на границе новгородских и ростово-суздальских земель, относится еще к 1134 году. С одной стороны, можно сказать, что он на 13 лет старше Москвы, а, с другой, так утверждать нельзя, поскольку уже в 1216 году городок был сожжен лихим новгородским войском, а то, что от него осталось окончательно уничтожили монголо-татары 22 года спустя. Восстанавливать его московские князья не стали, а просто поставили на его месте «Дубненское мыто» - таможенный пост, контролировавший движение по трем важным транспортным магистралям — рекам Волга, Дубна и Сестра. Позже, в связи с государственной реорганизацией пост был упразднен и к середине прошлого века на территории нынешнего города находились лишь несколько деревень, село Городище и колхоз.
Село, возможно, так и осталось бы селом, если бы в 1946 году куратор советского атомного проекта Лаврентий Берия не распорядился бы построить на этом месте, рядом с Каналом им. Москвы, почти на берегу Иваньковского водохранилища «Гидротехническую лабораторию». На самом деле, ничего особенно гидротехнического, кроме собственно названия в лаборатории не было. А называлась она так исключительно в целях конспирации. Здесь, по требованию Игоря Курчатова, которому для работ по созданию атомного оружия требовался крупный ускоритель элементарных частиц, строился крупнейший в мире синхроциклотрон — протонный ускоритель на 500 МэВ.
Здание сооружавшейся почти на болотах «Лаборатории» могло вполне поразить неискушённое воображение местных колхозников. Возможно, поэтому вооружённая охрана на автоматный выстрел не подпускала их к стройке. Высота стен достигала 35 м., что сопоставимо с 12-этажным домом. Толщина бетонного потолка составляла 2 м., а его вес равнялся 10 тыс тонн. Одновременно с корпусом ускорителя строился и научный городок. Со всей инфраструктурой: магазином, школой, больницей и детским садиком. В 1948 году городок начали заселять учеными, а уже в конце 1949 годя первый в СССР ускоритель элементарных частиц разогнал в своем чреве сначала дейтроны, до энергии 280 МэВ, затем альфа частицы, и, наконец — протоны до 480 МэВ. Это был абсолютный мировой рекорд, продержавшийся вплоть до 1953 года. Но и в 1953-м лаборатория не потеряла титула рекордсмена: после увеличения диаметров полюсов магнитов ускорителя до 6 м и реконструкции ускорителя ученым удалось достичь энергии 680 МэВ. Интенсивность выходного пучка при этом выросла на несколько порядков.
Атомная и водородная бомбы у нас уже были, и дальше вводить мировую общественность в заблуждение смысла не имело. Тем более что сам факт наличия у СССР рекордного ускоритель можно было использовать в целях доказательства преимуществ социалистической науки. И тогда же, в 1953 г. «Гидротехническая лаборатория» была переименована в Институт ядерных проблем АН СССР, а рядом была построена «Электрофизическая лаборатория» с синхрофазотроном на 10 ГэВ. Через три года, 26 марта 1956 г институт и лабораторию объединили в единую организацию, названную Объединенный институт ядерных исследований. А научный поселок, в котором уже жило несколько тысяч человек, получил официальный статус города. Спустя 4 десятилетия ему был присвоен престижный титул «наукограда».
У же с момента рождения ОИЯИ не только перестал быть секретным, но стал именно международным центром. Тогда, 60 лет назад, соглашение о его создании подписали представители 11 стран. Меньше чем через год, 1 февраля 1957 года институт был зарегистрирован Организацией Объединенных Наций. Сегодня полноправными странами участницами Объединенного института являются
- Азербайджан,
- Армения,
- Беларусь,
- Болгария,
- Вьетнам,
- Грузия,
- Казахстан,
- КНДР,
- Куба,
- Молдавия,
- Монголия,
- Польша,
- Россия,
- Румыния,
- Словакия,
- Узбекистан,
- Украина
- Чехия.
Кроме того, соглашения о сотрудничестве заключены с Германией, Венгрией, Италией, Египтом, Сербией и Южно-Африканской Республикой.
Элементарное дело
За несколько последних лет на установках института было получено шесть новых элементов таблицы Менделеева с порядковыми номерами от 113 до 118. Как сказал академик РАН Матвеев, возглавлявший ОИЯИ до прошлого года, «это фундаментальные знания на все времена». Пройдут годы, столетия, даже тысячелетия, многое в представлениях о мире изменится, что-то забудется, что-то потеряет актуальность, что-то будет признано ложным, а химические элементы, описанные в периодической таблице, останутся неизменными и вечными памятниками своим первооткрывателям. Не случайно именно им, первооткрывателям, предоставляется почетное право давать новым элементам имена. Поэтому в 114-м было увековечено имя одного из отцов советской ядерной физики, академика Георгия Флерова. Когда-то открытый им на дубнинском ускорители в 1970 году 105 элемент был назван «Дубнием», а девять элементов спустя, новый житель менделеевской таблицы стал «Флеровием». 115 элемент назвали «Московием», но, как сказал профессор Иткис, не в честь Москвы, а в честь Подмосковья, на территории которого находится ОИЯИ. Наконец, в 2016 году 118-му элементу было присвоено имя «Оганесон» в честь научного руководителя Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова ОИЯИ академика РАН Юрия Цолаковича Оганесяна «за его новаторский вклад в исследование трансактиноидных элементов». Таким образом, оганесон стал вторым, после сиборгия , элементом, названным в честь живущего человека . И вполне заслужено, поскольку открытие этой «великолепной шестёрки» - в значительной мере его заслуга.
На самом деле, в позапрошлом году, объявленном ООН «годом таблицы Менделеева», мало кто сомневался в том, что Юрию Цолаковичу присудят Нобелевскую премию. Но этого не случилось. Хотя, возможно, ситуация, когда тебе дают награду чьего-то имени и менее почётна, чем когда чему-то присваивают имя твоё. Тем более, когда это «что-то» - такая сверхважная в мироустройстве вещь, как химический элемент.
Как создавался унисептий
Как ни странно, но последним из шести в апреле 2010-го был синтезирован не 118-й (полученный четырьмя годами ранее), а 117-й элемент, названный «Теннессин». Назвали его так, поскольку в работах по его получению кроме дубнинских физиков участвовали их коллеги из Национальной лаборатории Ок-Ридж , Университета Вандербильта и Университета Теннесси в Ноксвилле , а все эти почтенные научные учреждения располагаются именно в штате Теннеси. Однако имя это он получил лишь в 2016 году, а до того 117-й так и называется «сто семнадцатый», только по латыни - «унисептий» ( Uus ). Процесс создания нового элемента в первом приближении можно описать просто. Физики с помощью ускорителя обстреливают мишень, состоящую из атомов одного элемента, атомными ядрами другого, ожидая, что те сольются в нечто третье. На самом деле, все это далеко не так просто. Представьте себе задачу: как надо рассчитать траекторию движения, скорость и все прочие исходные условия, чтобы, например, после столкновения «Жигулей» и Daewoo получился Nissan . Теоретически ничто этому не препятствует, и, имея неограниченное количество автомобилей и несколько миллиардов лет в запасе, мы можем получить необходимый результат. Но хорошие расчеты могут увеличить результативность работы в миллионы раз. 117-й получали, обстреливая на установленном в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ ускорителе тяжелых ионов У-400 мишень из 22 миллиграммов берклия-249 ионами калия-48. На производство необходимых 22 миллиграммов берклия у физиков окриджской лаборатории ушло 250 дней. Период его полураспада равен 320 дням. Если бы ученые не успели уложиться в этот срок, берклий пришлось бы нарабатывать заново. Но физикам повезло. За 140 дней эксперимента они успели выпустить по берклиевой цели 44 квадриллиона калиевых ионов и в результате получили целых шесть атомов нового вещества.
Между тем, на 118 элементе закончился седьмой период таблицы Менделеева. Следующий, 119, к подготовке синтеза которого в ОИЯИ уже приступили, откроет новый период, в котором будут элементы с совершенно новыми свойствами. Возможно, это будут тот самый теоретически предсказанный трансурановый остров стабильности, элементы которого могут существовать не доли секунд и секунды, а миллионы лет.
Мы новый мир построим
Уже в ближайшем будущем ОИЯИ ждут очередные великие дела. Один из самых поразительных проектов носит символическое название: NICA . С одной стороны, это Nuclotron based Ion Collider fAcility (ионный коллайдер на базе циклотрона), с другой, именно так звали древнегреческую богиню победы.
Строительство комплекса стоимостью $50 млн началось в 2013 году, пуск запланирован на 2022 год. Это будет огромным шагом в науке, даже не огромным, а гигантским - почти 14 млрд лет. Назад. Собственно, на комплексе будет смоделирован маленький «Большой взрыв», с которого когда-то началась наша Вселенная. В те далекие времена вся материя была сконцентрирована в малом объеме, давление и температура в котором были невероятно высоки. Ни атомов, ни молекул не было, они смогли образоваться лишь через 300 тысяч лет после Начала Всего. Протоны и нейтроны слились в ядра спустя несколько минут после Взрыва, а до того кварки и глюоны, из которых состоят элементарные частицы, находились в свободном сверхплотном состоянии. Первые минуты вся Вселенная представляла собой сгусток «плазмы» - кварк-глюонной материи, из которой потом и начали «слипаться» элементарные частицы, и дальше – атомы, молекулы, газ, космическая пыль, астероиды, звёзды, планеты, бактерии, звери, люди... Вот ее, ту самую первородную кварк-глюонную смесь, из которой все вышло, и без которой не было бы ничего, и собираются получить на NICA , а потом проследить, что и как из нее будет «вылупляться». Возможно, удастся даже встретиться с новыми, доселе неизвестными частицами и явлениями. Роль высокой температуры в комплексе будет выполнять энергия частиц, а давления — плотность ядерной материи. Этот проект настолько интересен, что страны-участницы ОИЯИ согласились на 20-процентное увеличение взносов, чтобы собрать на него необходимую сумму.
Член Президиума РАН, директор ОИЯИ до 2020 года, академик РАН Виктор МАТВЕЕВ:
«Создание коллайдера NICA – мечта, которая находится на стадии воплощения. Белорусские коллеги принимают в нем большое участие. Они являются участниками создания как самого коллайдера, так и экспериментальных установок. Есть предложения по включению белорусских ученых в решение новых задач. Сейчас мы это обсуждаем. ... Приятно отметить, что сотрудничество между нашим Институтом и Беларусью всегда развивалось динамично. Беларусь имеет высокоразвитую наукоемкую промышленность. ... Уровень развития науки и технологий в Беларуси всегда был высокий, и сейчас он имеет потенциал для дальнейшего развития. Наши ученые в CERN на Большом адронном коллайдере создавали уникальную установку, где, в частности, был открыт Бозон Хиггса, вклад белорусских ученых и инженеров был огромным, для крупных установок ими были созданы элементы, которые определяли успех всего эксперимента. Надеюсь, так же будет и с NICA»
Как будет работать NICA
Пучок ядер тяжёлых ионов будет поступать из источника в линейный предускоритель. Оттуда, после разгона, сгустки ядер будут отправляться в сверхпроводящий ускоритель-синхротрон - «бустер». В нем энергия ионов будет поднята в сотни раз. Далее их путь будет лежать уже в нуклотрон (ускоритель из сверхпроводящих магнитов), где ионы «раскрутят» до энергетического максимума — 4,5 млрд эВ. В таком «сверэнергичном» состоянии сгусток будет пропущен в состоящий из 17 сверхпроводящих колец коллайдер (слово «коллайдер» переводится как «сталкиватель»). После того, как в него будет «запущено» 17 сгустков (по одному на кольцо) включится режим столкновения. При этом энергия соударения двух ионов будет доходить до величины — 11 ГэВ, в два раза больше, чем в легендарном Большом Адронном Колладере. При таком столкновении должны разрушиться не только ядра, но и составляющие их нейтроны и протоны. В результате должна возникнуть кварк-глюонная плазма, из которой состоял наш мир в первые минуты своего существования. Наличие плазмы и рождение из нее, по мере «успокоения» новых частиц, будет фиксироваться специальным многоцелевым детектором MPD ( MultiPurpose Detector ).
Западная составляющая
Белорусы – не просто полноправные участники проекта, но и одни из важных его исполнителей. При строительстве коллайдера используется высокотехнологичное оборудование на базе современных координатных систем, роботизированных блоков и систем, созданных в ОАО «Планар». Эта компания – давний и надёжный партнёр не только ОИЯИ, но и вообще всей российской высокотехнологичной индустрии. Флагман ещё советской электронной промышленности сегодня активно сотрудничает с такими белорусскими и российскими предприятиями, как ОАО «Интеграл» (Минск), ОАО «Светлана-Рост» (Санкт-Петербург), НПП «Восток» (Новосибирск). Установки «Планара» работают на предприятиях и в научных центрах Москвы и Томска, Ульяновска и Воронежа, Ижевска и Пензы, Санкт-Петербурга и Новгорода...
Продукции холдинга «Планар» расходится по всему планете: от Мексики до Тайваня, на белорусском предприятии делают заказы самые известные мировые производители. Но только одна страна покупает у «Планара» весь спектр экспортной продукции – Россия.
Одна только входящая в концерн «КБТЭМ-ОМО» сотрудничает примерно с 50 предприятиями России. В рамках союзной программы «Микросистематехника» оптико-механическое и контрольно-измерительное оборудование самого высокого уровня была произведено для «Росэлектроники», «Росатома», «Росвооружения» и «Роскосмоса».
«КБТЭМ-ОМО» реально осваивает нанометровые технологии. Миниатюризация не только резко поднимает быстродействие устройств, но и снижает их стоимость, расход энергии при эксплуатации. 70% продукции поставляется в Россию. В течение 2015 года предприятие приняло участие в технологическом перевооружении лидеров российской экономики: ОАО «Завод Искра», концерна «Алмаз-Антей», ОАО «АНПП» Темп-Авиа» в Арзамасе, корпорации «Тактическое ракетное вооружение» и других.
Кроме «Микросистематехники», белорусско-российское сотрудничество подпитывают и другие программы Союзного государства. В 2015 году успешно завершены работы в рамках научно-технической программы «Союзный тепловизор». Принцип действия тепловизионных приборов основан на преображении естественного теплового излучения от объектов в видимое изображение.
В настоящее время идёт подготовка новой, рассчитанной на 4 года, программы Союзного государства «Безопасность СГ». Это комплексная программа по созданию всей цепочки: от ключевых элементов микроэлектроники до концепции и построения алгоритмов функционирования конгломератов как, например, «безопасный город». Целью является создание так называемых «умных городов», которые позволят реализовать высокий уровень безопасности качественно новым способом. Головным исполнителем со стороны России является объединение «Авангард» (Санкт-Петербург), со стороны Беларуси – «Планар».
Российские же учёные говорят просто: если оборудование для NICA сделают на «Планаре», значит всё будет точно и надёжно. С белорусами по-другому не бывает.
Найти и обезвредить
Элементарные частицы способны не только создавать новые маленькие миры, но и проделывать большую и весьма полезную для рядового гражданина работу. Например, с их помощью можно лечить людей или находить спрятанную взрывчатку или наркотики.
Это ещё один проект, который ОИЯИ осуществляет вместе с РОСНАНО. Мы уже привыкли к тому, что в здание вокзала или аэропорта нужно проходить через рамку металлоискателя, а багаж пропускать через рентгеновскую камеру. Но рамка может только определить, есть ли на теле металлические предметы, а рентген — разглядеть, какая форма у вещей в чемодане. Прибор легко покажет, что в сумке лежит бутылка, но вот чем она наполнена, лимонадом, или нитроглицерином, он уже не определит.
Зато это довольно легко может сделать детектор, разработанный учеными института. В хитром приборе используется метод меченых нейтронов.
Уже сейчас дубнинские детекторы, как компактные, ручные, так и большие стационарные, способны распознать более 30 видов взрывчатых и наркотических веществ, ошибаясь всего в 2 % случаев, т. е., верно определяя 49 предметов из 50. Общая стоимость проекта — 462 млн руб, из которых 155 млн приходится на долю РОСНАНО. Специально для коммерческой разработки проекта на базе института была создана компания ДВиН (Детектор Взрывчатки и Наркотиков). В планах ученых — занять третью часть мирового рынка подобных систем обнаружения и приспособить созданные детекторы для лечения рака и для исследования нефтяных и газовых скважин.
Несмотря на солидный возраст ОИЯИ пока не собирается подводить итоги и уходить на отдых, хотя итоги — налицо, а отдых - заслужен. У жителей этой подмосковной научной агломерации есть более интересные занятия. Они создают в своих установках новые Вселенные, сверлят дырки диаметром с молекулу, пускают исследовательские ядерные реакторы, помогают найти преступников и террористов, пытаются познать природу настолько глубоко, насколько это вообще возможно, учат и учатся, ставят задачи и решают их, сами разбрасывают камни и сами же их собирают. А из собранного строят грандиозное здание мировой науки, которое и делает человека тем, кто он есть — Homo sapiens sapiens - Человеком, разумным дважды.
Валерий ЧУМАКОВ, Москва, Андрей ОСМОЛОВСКИЙ, Минск
Материал дан в сокращённом виде. Хотите полную версию - пишите в комментариях.
© "Союзное государство", № 3, 2021
Дочитали до конца? Было интересно? Поддержите журнал, подпишитесь и поставьте лайк!
НАУКА СОЮЗНОГО ГОСУДАРСТВА
Есть ли жизнь на Венере? Россия возвращается в Большой Космос
Какими инновационными достижениями может гордится Беларусь
Эксперт и член-корреспондент РАН рассказал нам, что творится с нашим климатом и когда Москва станет Парижем
Три важных мегапроекта, которые могут вывести Россию и Беларусь в лидеры экономического роста
Медицинский директор подразделения Pfizer «Вакцины» Мария СЫРОЧКИНА рассказала нам, как должны испытывать вакцины
За чем будет следить Российско-Белорусская космическая система (РБКС)?
Президент РАН академик Сергеев: "Мы завидуем белорусской академии наук"
Ядерные артиллерийские снаряды, мирные термоядерные заряды, а что ещё есть у России?
Как Беларусь спасла карельскую берёзу