Нуклотрон - сверхпроводящий ускоритель многозарядных ионов. Его работу обеспечивают уникальные сверхпроводящие магниты, специально сконструированные в Лаборатории высоких энергий, которая носит имя академиков В. И. Векслера и А. М. Балдина
Дубна и Объединенный институт ядерных исследований практически синонимы. Улицы Дубны носят имена великих физиков, а название города получило "прописку" в таблице Менделеева, где под номером 105 зарегистрирован элемент дубний. В 2006 году Объединенный институт ядерных исследований отмечает свое пятидесятилетие. Накануне юбилея российских и зарубежных журналистов пригласили в Дубну на экскурсию. Она началась с рассказа об истории Объединенного института, об успехах и трудностях, о планах на будущее. За прошедшие полвека Дубна стала родиной множества открытий. Именно в Дубне появились идеи нейтринных осцилляций, цветных кварков, возникло понятие "дубненский кварковый мешок", зародилась физика ультрахолодных нейтронов. Здесь открыт "остров стабильности" сверхтяжелых ядер, разработаны новые методы синтеза элементов. Только в последние годы - с 1999-го по 2005-й - открыто пять новых химических элементов, включая 118-й. Можно привести еще много ярких примеров вклада дубненских ученых в ядерную физику. Но не меньшее значение имеет гуманитарная миссия Объединенного института - через совместные исследования окружающего мира способствовать взаимопониманию и взаимодействию между людьми разных стран.
Подмосковный город физиков часто сравнивают с островом. Для такого сравнения есть основания: территорию окружают реки - Волга, Дубна и Сестра, а также канал им. Москвы. Но дело не только в географии. Объединенный институт ядерных исследований с самого своего создания оказался "островом открытой науки" среди многочисленных "почтовых ящиков".
К середине 50-х годов XX века стало ясно, что ядерная физика не может и не должна ограничиваться разработкой оружия в секретных лабораториях. Пришло понимание, что единственная гарантия мирного использования ядерной энергии - объединение ученых для работы над совместными международными проектами. Но мирные исследования требовали большой концентрации сил и средств, и страны Западной Европы объединились. В 1954 году в Швейцарии, неподалеку от Женевы, был создан ЦЕРН - Европейская организация ядерных исследований. А 26 марта 1956 года подписано соглашение об организации Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в 120 км к северу от Москвы. Учредителями института стали одиннадцать социалистических стран. Это был в некотором роде "восточный" ответ на создание "западного" ЦЕРНа. Однако ученые оказались мудрее политиков, и оба ядерных центра начали активно сотрудничать задолго до окончания холодной войны.
"Национальной науки нет, как нет национальной таблицы умножения", - процитировал слова Чехова директор ОИЯИ Алексей Сисакян во время разговора с журналистами. Модель международного научного взаимодействия, осуществленная в Дубне, доказала свою эффективность. Сейчас институт объединяет 18 стран-участниц; четыре страны, в том числе недавно присоединившаяся Южно-Африканская Республика, входят на правах ассоциированных членов. Институт поддерживает связи почти с 700 научными центрами и университетами в 60 странах мира. В ОИЯИ работают 5500 человек, из них 1200 научных сотрудников. Около 500 исследователей - представители зарубежных стран. Если статистикам вздумается посчитать число научных работников на душу населения, то Дубна наверняка будет иметь самый лучший показатель в России, а может быть, и в мире. К сожалению, этого нельзя сказать о бюджете института: он складывается из взносов стран-участниц и составляет 37,5 миллиона долларов в год. Для такого большого института это мало (бюджет ЦЕРНа раз в двадцать выше).
Изготовление трековых мембран. Ионы из ускорителя поступают в специальную систему сканирования, которая производит развертку пучка на мишени, чтобы облучение было равномерным. Для этого используют специальные магниты, дающие пилообразное магнитное поле
Международное сотрудничество не ограничивается совместными экспериментами, обсуждением и публикацией результатов - это еще и обмен технологиями. Зарубежные физики приезжают в Дубну не с пустыми руками, они привозят с собой новые приборы, оборудование. В свою очередь установки, созданные в Дубне, используются в ЦЕРНе, в том числе и на готовящемся к запуску в 2007 году большом адронном коллайдере.
Объединенный институт готов принять участие и в проекте международного линейного коллайдера. Научная программа этого проекта предусматривает изучение проявлений темной материи - загадочной субстанции, о существовании которой ученые заподозрили лишь на рубеже XX и XXI веков. Физики надеются, что если взять пучок электронов и пучок позитронов, разогнать их почти до скорости света и направить навстречу друг другу, то можно будет зарегистрировать процессы и частицы, которые не удавалось увидеть в других экспериментах. Возможности разгона частиц в циклических ускорителях ограничены законами физики: когда заряженная частица движется по кругу, она излучает, а раз она излучает, то теряет энергию. В линейном коллайдере потерь, связанных с излучением, практически нет. Но чтобы разогнать частицы до больших энергий, требуется соорудить очень длинный тоннель. Предполагается, что он будет состоять из двух участков длиной по 25 километров. Проект, стоимость которого оценивается в 6-8 миллиардов долларов, находится в стадии разработки. Естественно, что для его реализации потребуются совместные усилия многих стран. В ОИЯИ обсуждают возможность строительства линейного коллайдера в России: у нас есть для этого и свободные территории, и инфраструктура, и достаточные производственные мощности.
Дубна обладает уникальным комплексом реакторов и ускорителей. С их помощью можно проводить эксперименты со всеми видами излучений, с самыми разными частицами - и легкими и тяжелыми - в широком диапазоне энергий и интенсивностей. Такого набора одновременно работающих установок нет ни в одной лаборатории мира. Первый дубненский ускоритель - синхроциклотрон, способный ускорять заряженные частицы до энергии 680 Мэв, - старше института. Его строительство началось в 1947 году и было закончено в рекордные сроки. Запуск осуществили в декабре 1949 года к юбилею Сталина - таковы были реалии тех лет. К моменту создания института завершалось сооружение синхрофазотрона, рассчитанного на энергию 10 Гэв, рекордного для того времени значения. Сейчас на смену воспетому в песнях и стихах синхрофазотрону пришел нуклотрон - современный ускоритель на сверхпроводящих магнитах. Нуклотрон может разгонять любые ядра - от протонов до ядер урана. Одна из оригинальных разработок дубненских ученых - реактор на быстрых нейтронах ИБР-2 (см. "Наука и жизнь" No 1, 2005 г.), идея которого была предложена первым директором ОИЯИ Дмитрием Ивановичем Блохинцевым. Сейчас эксперименты на этом реакторе проводятся в рамках европейской программы исследований нейтронного рассеяния. Для работы с легкими частицами предназначен фазотрон: он используется не только для фундаментальных исследований, но и в медицинских целях, например для диагностики онкологических заболеваний методом позитронно-эмиссионной томографии (см. "Наука и жизнь" No 12, 2004 г.).
"Вы сможете увидеть ускорители своими глазами", - пообещал журналистам вице-директор института Михаил Иткис, и мы отправились в Лабораторию ядерных реакций.
Объединенный институт ядерной энергии состоит из восьми лабораторий, каждая из которых по мощности и размаху исследований сопоставима с научным институтом среднего размера. Лаборатория ядерных реакций, которая носит имя своего первого директора академика Г. Н. Флерова, основана в 1957 году. На стенах в вестибюле здания лаборатории - два больших панно: на одном изображена схема расположения циклотронов и движения ионных пучков, на другом - карта нуклидов с материком и знаменитым "островом стабильности".
В физике давно стоит вопрос: существует ли верхний предел в таблице Менделеева? Синтез искусственных элементов, следующих за ураном, начался в 40-х годах XX века. Первые 12 трансурановых элементов от нептуния (атомный номер 93) и до фермия (номер 100) получили американские физики в Беркли путем облучения урановых мишеней мощными потоками реакторных нейтронов. Но затем процесс застопорился. Казалось, что предел достигнут. В лаборатории Флерова нашли выход, предложив использовать для синтеза реакции с тяжелыми ионами. Этот метод привел к успеху, и в Дубне были синтезированы элементы с более высокими атомными номерами. Но время жизни трансурановых элементов очень мало, например, 106-й элемент живет всего несколько микросекунд. Теория, родившаяся в середине 1960-х годов, предсказывала существование "острова стабильности" сверхтяжелых элементов. Он должен располагаться вблизи магического ядра, состоящего из 114 протонов и 184 нейтронов. И хотя синтезировать ядро с таким содержанием нейтронов пока не удалось, "остров стабильности" все же был экспериментально обнаружен, когда научная группа под руководством академика Юрия Оганесяна синтезировала элемент с атомным номером 114, живущий не микро- и не миллисекунды, а несколько полновесных и вполне ощутимых секунд.
Нас привели в помещение, где находится циклотрон У-400М, предназначенный для ускорения тяжелых ионов, от лития до урана. Как происходит "типичный" эксперимент? Берется какое-то вещество, например изотоп лития, и переводится в состояние плазмы. При этом атом лития теряет два электрона и превращается в положительно заряженный ион. Ионы лития ускоряются в электрическом поле. Система синхронизации работает так, чтобы энергия все больше увеличивалась. Наконец разогнавшийся пучок попадает на мишень из атомов другого элемента, обычно более тяжелого. То, что происходит после этого - слияние ядер, деление, образование новых частиц, - и есть самое интересное для физиков. "Синтез очередного элемента не самоцель, - считает директор Лаборатории ядерных реакций Юрий Оганесян. - Гораздо важнее понять закономерности, которые существуют в природе, изучить физические и химические свойства новых изотопов".
Есть надежда, что сверхтяжелые элементы, образовавшиеся вместе с нашей планетой при высоких температурах и давлениях, еще остались в земной коре. Для их поиска в ОИЯИ создана специальная очень чувствительная установка. Она расположена в недрах Альп, в глубоком тоннеле. Гора служит защитой от космических лучей, поэтому регистрируются те радиоактивные распады, которые происходят в недрах Земли.
Но не только сверхтяжелые элементы представляют интерес для науки. В Дубне научились синтезировать и экзотические легкие ядра, например водород, который содержит четыре, пять или шесть нейтронов (напомним, что ядро обычного водорода состоит из одного протона, ядро дейтерия включает протон и нейтрон). Это можно назвать нейтронной материей.
Фундаментальные исследования, какими бы отвлеченными они ни казались, имеют замечательное свойство давать неожиданные "побочные" результаты, и эти результаты находят применение в самых разных областях человеческой деятельности. Один из примеров прикладного применения ускорителей - изготовление ядерных фильтров (трековых мембран). Полимерную пленку облучают тяжелыми ионами (ядрами), ускоренными примерно до одной десятой скорости света. Пролетая сквозь пленку, ионы разрывают связи между молекулами. Остается скрытый след - его называют латентным треком. Затем такую пленку подвергают химической обработке, и на месте латентных треков образуются отверстия - узкие длинные поры. Таких пор может быть от миллиона до миллиарда на квадратный сантиметр, причем все поры одного размера. В результате получается сито субмикронного размера, которое можно использовать как фильтр для очистки воздуха, воды, разделения химических веществ, стерилизации биологических сред, а изменяя параметры облучения - получать фильтры с диаметром отверстий от одной сотой до нескольких десятков микрометров. Поскольку длина пор может быть в тысячу раз больше диаметра, фильтр обеспечивает очень высокую степень очистки. В Лаборатории ядерных реакций производится около 100 тысяч квадратных метров такой пленки в год. Разработана новая технология, позволяющая пробивать в полимерной пленке поры в форме конуса, сигары, песочных часов. Подобная технология дает возможность выращивать фрактальные структуры с увеличенной площадью поверхности. Это важно для процессов, в которых протекают поверхностные химические реакции, например в электрической батарее.
Как это ни удивительно, но для Объединенного института ядерных исследований не характерна проблема утечки мозгов. Здесь сложилась обстановка, которая позволяет реализовать научные идеи, а для ученого - это очень сильная мотивация. Конечно, люди уезжают, чтобы поработать в других научных центрах, но потом снова возвращаются. Относится это не только к российским исследователям. "Мы, как музыканты, играем то в одном оркестре, то в другом", - заметил профессор из Словакии Ян Климан. Он впервые приехал в Дубну студентом в 1975 году, а сейчас занимает выборную должность заместителя директора Лаборатории ядерных реакций. В студенческие годы здесь начал научные исследования и чешский физик Рихард Ледницкий, ныне вице-директор ОИЯИ. Существует даже такое понятие, как "дубненская диаспора", - это те ученые, что прошли школу Дубны, а сейчас работают в других научных центрах.
"Совместное стремление к получению новой информации о том, как устроен мир, является сильнейшим магнитом, который сближает народы и вызывает доверие друг к другу, - сказал Владимир Георгиевич Кадышевский, научный руководитель ОИЯИ. - Наука имеет дело с законами природы, а они универсальны. Важен результат, один на всех. Поэтому лучше, выгоднее, эффективнее, когда этот результат получен сообща. Принцип работы международных организаций, таких, как наш институт или ЦЕРН, как раз в том, чтобы объединить ресурсы и самым быстрым, самым экономным путем продвинуться к цели. А наша цель - открытие новых законов природы, получение новых сведений о структуре материи, об окружающем нас мире, понимание того, как образовалась и развивается вселенная, в которой мы живем, - то, что всегда интересовало человечество".
Е. ЛОЗОВСКАЯ, кандидат физико-математических наук, специальный корреспондент журнала "Наука и жизнь"
Профессор Алексей Сисакян: Физика и химия определили судьбу цивилизации
Директор Объединенного института ядерных исследований доктор физико-математических наук А. Н. Сисакян
...Отец был биологом. Втайне он надеялся, что сын пойдет по его стопам, но случилось иначе. У сына рано проявилась тяга к физике. Он поступил в МГУ на физический факультет. Учился легко, как бы играючи - эта черта перешла к нему от отца. Отец имел прямое отношение к полету первого человека в космос. Естественно, сын гордился этим.
Отец остался Учителем в жизни и науке.
Однажды он позвонил в школу, попросил сына к телефону и сказал два слова: "Слушайте радио!" Через несколько минут передали сообщение о полете в космос Юрия Гагарина. Авторитет сына среди сверстников поднялся столь высоко, будто он, а не Гагарин, отправился в полет. Сколь же велика была любовь отца, если даже в такие минуты он не забывал о том, что может принести радость своему сыну!?
Пришло время, когда сын завоевал право говорить о своем отце - академике Норайре Мартиросовиче Сисакяне - как ученый об ученом. Для этого Алексею Сисакяну потребовалось немало лет работы в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне.
"Судьба подарила ему счастье быть первым: вожак молодежи в своем родном селе, ведущий советский биохимик, стоявший у истоков молекулярной биологии, один из первых в новой науке - космической биологии, первый советский человек, возглавивший крупнейшее международное собрание - Генеральную конференцию ЮНЕСКО... "Когда умирает ученый, то умирает целый мир..." Мир идей и размышлений, мир не родившихся еще теорий и готовых родиться гипотез, мир только ему присущих мыслей, которые не успели стать мыслями многих. Умирает мир ученого - полный ясных и точных представлений о нашем большом мире, полный гениальных, но смутных догадок, а порой и заблуждений. И это, как закон жизни, необратимо..."
В полной мере я не могу согласиться с Сисакяном-младшим, потому что не только ученики и последователи несут идеи в будущее, но и все, с кем довелось встречаться гению. В их судьбах - его отражение. В том числе и в судьбе Алексея Норайровича Сисакяна.
Я спросил его:
- Как вы оказались в Дубне? И давно ли это случилось?
- Еще когда учился на физфаке Университета, я попал на кафедру квантовой статистики, которой руководил Николай Николаевич Боголюбов. Он предложил мне поехать в Дубну и поработать стажером. Такая "командировка" обычно продолжалась года два. Я так и думал: постажируюсь и вернусь в Москву. Я - коренной москвич, да и женат уже был к тому времени. Но Дубна меня "засосала". И конечно же огромное влияние на меня оказал Николай Николаевич.
- Насколько я помню, академик Боголюбов приехал в Дубну после работы на "Объекте", то есть в Арзамасе-16, где он работал над термоядерной бомбой?
- Это так, но о том времени он не рассказывал. О его участии в создании водородного оружия стало нам известно гораздо позже, когда появились воспоминания Андрея Дмитриевича Сахарова...
- Давайте вернемся к словам "засосала Дубна". Невольно возникает ассоциация с неким болотом...
- Я сказал бы "физическим болотом", и эти слова несут хороший, благородный смысл. Я приехал сюда на пару лет, а остался на всю жизнь. Естественен вопрос: почему? Здесь очень хороший климат для занятия научной работой. Он лучше, чем в столичных институтах. И очень важно, что в Дубне руководили изначально люди умные, не только блестящие ученые, но и с уникальными человеческими качествами. Это относится и к Блохинцеву, и к Боголюбову. Созданная ими атмосфера держится до сих пор, и эта традиция бережно сохранятся. Мне кажется, она в основе всех достижений, которыми славится Дубна.
- Значит, "дух науки" необычайно важен?
- Научная школа, ее традиции - это краеугольный камень, на котором держится наука. Довольно трудно подчас определить, что такое "научная школа", но тем не менее она существует! Для Дубны характерна большая приверженность к науке всех, кто здесь работает. Особенно ярко это было видно в последние 15 лет. Те бытовые неудобства, которые испытывают ученые, отходят на дальний план, а на первом плане - возможность реализовать свою научную идею. Это один из атрибутов научной школы, созданной в Дубне.
- А почему нынче молодые физики не стремятся в Дубну?
- Вопрос не совсем корректен. Я много контактирую с научной молодежью, а потому могу с уверенностью сказать, что молодые ученые совсем не хуже нас. Я имею в виду молодость своего поколения. Просто научная молодежь - другая. Они приезжают в Дубну учиться, в университет, в научно-учебный центр, где находятся кафедры ведущих вузов страны. Отсюда им легче "стартовать в будущее".
- Как ракетам с экватора?
- Будем считать, что экватор современной науки - это Дубна.
- А почему исследовательский центр так много внимания уделяет образованию? С кем бы из крупных ученых я не говорил, они обязательно говорят о тех учебных центрах, что действуют сейчас в Дубне?
- "Спасение утопающих - дело рук самих утопающих"! Если мы сами не будем привлекать молодых людей в Дубну, то за нас это никто не сделает. В дни моей юности физика была престижной областью науки. Мы воспитывались на таких фильмах, как "Девять дней одного года", с увлечением читали книги, посвященные физикам. Мы жили в ином времени, в иных измерениях. К сожалению, сегодня молодежь не считает фундаментальную науку престижной областью, где имеет смысл приложить свой талант и плодотворно поработать. Иные ценности присущи нынешнему поколению молодых. Плохо или хорошо - не мне судить. Одно время конкурсов на физические факультеты вообще не было, и брали всех, кто просто подал заявление. Сейчас конкурсы появились, и, надеюсь, это свидетельствует о некотором изменении отношения к фундаментальной науке в лучшую сторону.
- Неужели не просматриваются "светлые пятна"!?
- Они есть! Мне кажется, приходят к нам более осмысленно. Я имею в виду, что в науку стремятся те, кто мечтает ею заниматься. И это осень важно, потому что такие молодые люди и учатся лучше, и работают с энтузиазмом, которого, к сожалению, сейчас маловато. И не только в науке.
- А может быть, вы заблуждаетесь? Предположим, что у молодых более меркантильные интересы...
- Я понимаю, что вы имеете в виду. Конечно, получить образование в Дубне заманчиво: оно высокого качества. Да и уехать потом работать в западные научные центры гораздо легче. Однако для подавляющего числа молодых главное все-таки таинство науки, а потому они хотят ею заниматься... Но прошу вас не думать, что ситуация с пополнением науки катастрофическая. Это не так. Сейчас мы ежегодно принимаем на работу в институт 30-50 молодых физиков. Это довольно много, потому что даже в "лучшие годы" эти цифры были не намного больше.
- Их качество подготовки вас удовлетворяет?
- Пока в стране есть такие высшие учебные заведения, как МГУ, Физтех и МИФИ, с физиками будет все нормально. Лучшей подготовки специалистов в мире просто нет, выпускники этих вузов повсюду пользуются огромных спросом.
- На всех их не хватает, а потому вы и создали в Дубне университет?
- Студенты некоторых периферийных вузов сегодня больше отвечают нашим требованиям, чем те, кто учится в столице...
- Почему же?!
- Они лучше приспосабливаются к нынешним условиям жизни в Дубне. Менее капризны, работают увлеченно. Может быть, несколько уступают в качестве подготовки, но в то же время работают с большим энтузиазмом и подчас с большей эффективностью, чем их коллеги из престижных вузов. Ну, а уровень образования мы стараемся повысить, "пропустив" их через свой университет. Мы взяли группу выпускников университета в Твери, поработали с ними, и выяснилось, что они выигрывают по сравнению с выпускниками известных вузов. Так что ставка на периферию вполне оправдана. Кстати, мы весьма ценим тех ребят, кто воспитывался в научной среде... Раньше это называлось "семейственностью", подчас даже осуждалось. Знаю по своему опыту. Если ребенок воспитывался в семье ученых, затем заканчивал университет и шел в науку, то почему-то это не приветствовалось, мол, "семейный клан". Теперь же мы подходим по-другому: если паренек вырос в научной среде и решил посвятить свою жизнь науке, то он сделал правильный, осмысленный выбор.
- Сейчас много говорится о том, что физика отходит на второй, если не на третий план, а в лидеры выходят другие науки. Вы согласны с этим?
- Такое представление ошибочно. Думаю, что это временное заблуждение.
- Но так считают не только обыватели и журналисты, но и высшие чиновники государства, которые выделяют средства на науку.
- Заблуждения присущи всем людям, просто они могут быть более трагичными, если ошибки совершают государственные деятели.
- В таком случае попробуем доказать чиновникам, что физика требует особого внимания!
- Пожалуй, не имеет смысла говорить только о физике - изменения столь фундаментальные, что можно смело утверждать: жизнь человечества стала иной! В течение жизни всего одного поколения произошел революционный скачок. Каждый здравомыслящий человек прекрасно понимает, что это заслуга науки. А основа ее в последние 150 лет - физика и химия. Они определили развитие цивилизации. И если человечество не намерено останавливаться в своем развитии, то ему без физики никак не обойтись! Конечно, физика и химия будут проникать в науки о жизни, в экологию, в медицину, другие области. Мне кажется, приближается очередной виток развития цивилизации, и он ярко продемонстрирует, что без фундаментальной науки жить невозможно.
- Но у нас в стране тенденция иная?! И это отчетливо видно. Разве не так?
- Наше поколение испытало некоторое разочарование в фундаментальной науке. Но уже следующее - станет свидетелем нового "витка очарования". Однако на этом пути нас подстерегают опасности.
- И главная из них?
- Образование. Новые реформы, которые задуманы и сейчас начинают осуществляться, расплывчаты, неопределенные и весьма спорные. Экспериментировать же над образованием людей очень опасно, так как мы можем получить "поколение невежд". Знание всегда воюет с Невежеством, эта борьба беспощадна. Там, где Знание отступает хотя бы на короткое время, оно проигрывает навсегда, потому что Невежество агрессивно, нахально и беспощадно - оно уничтожает Разум.
- Вам кажется, что такую ошибку мы способны совершить?
- Мы стараемся скопировать западную систему образования. Зачем заменять то, что у нас хорошо?! За минувшие тяжелые годы мы убедились, что научное, математическое образование в России весьма неплохое, ничем не уступает ни западноевропейскому, ни американскому, а зачастую намного лучше. Надо сохранить традиции в образовании, которые у нас были и есть. Заимствование западных образцов в политике вовсе не означает, что это следует делать во всем. Хотя такая тенденция, к сожалению, в России просматривается.
- Вы с оптимизмом смотрите в будущее?
- У меня для этого есть все основания, потому что у нас богатое прошлое.
Дубна, 2005 г.
Владимир ГУБАРЕВ
Источник: "Наука и жизнь"
http://www.inauka.ru/science/article65080/print.html
