Руководство новосибирского Института ядерной физики СО РАН отчиталось об итогах 2019 года и планах на будущее. Алексей Мазур поговорил с его директором, академиком Павлом Логачевым и приводит мнение ученого о последнем периоде работы института и строительстве синхротрона.

Результаты работы коллайдера ВЭПП-2000

В ИЯФ работает коллайдер ВЭПП-2000, в котором сталкиваются пучки электронов и позитронов (антиэлектронов). Самый известный коллайдер, в котором сталкиваются другие частицы — протоны — БАК (Большой адронный коллайдер). Он работает в швейцарском ЦЕРН и сейчас на нем проводится модернизация, в которой принимают активное участие специалисты ИЯФ. На Большом адронном коллайдере, в частности, был открыт бозон Хиггса.

Но для изучения микромира нужны результаты экспериментов как с большими энергиями, так и с малыми. Не зная, как взаимодействуют частицы с малыми энергиями, невозможно адекватно интерпретировать данные, получаемые при больших энергиях. ВЭПП-2000 имеет большую светимость (число столкновений), что позволяет наблюдать редкие типы реакций. Специалисты института в этом году впервые наблюдали процесс прямого рождения псевдовекторной частицы f1(1285).

Современная физика — результат коллективной работы ученых всего мира. В Национальной лаборатории США проводится измерение с очень высокой точностью аномального магнитного момента мюона. Это очень важное для физики исследованиеи, так как наблюдается существенное расхождение между тем, что предсказывает теория, и тем, что показывает эксперимент. Именно из таких расхождений рождалась в свое время новая физика, такая, как теория относительности Эйнштейна и квантовая механика.

Но чтобы определить вклад сильного взаимодействия в аномальный магнитный момент мюона (вычислить его не представляется возможным), необходимы результаты экспериментов на ВЭПП-2000. Только с помощью этих результатов можно будет сказать, есть ли «новая физика» в аномальном магнитном моменте мюона, или нет.

Международное сотрудничество

Продолжается сотрудничество ИЯФ с крупнейшими международными центрами NICA, Fermilab, KEK, Tri alpha energy, ITER, FAIR и др.

FAIR — это «Европейский исследовательский центр ионов и антипротонов». На настоящий момент с FAIR у ИЯФ заключено 14 контрактов (уже завершенных и текущих) на 80 млн евро. В проекте находятся еще несколько.

ИЯФ обладает уникальными компетенциями в создании новой ускорительной техники и постоянно занимается разработкой, созданием и эксплуатацией нового уникального оборудования.

Как рассказал Тайге.инфо главный научный сотрудник ИЯФ Иван Кооп, ИЯФ создает для FAIR накопительное кольцо RING, которое должно одновременно выполнять функцию накопителя и охладителя как для протонов, так и для осколков атомных ядер.

«Чтобы решить в одном кольце много задач, нам пришлось придумывать различные оптики (электронные), различные перестройки кольца, чтобы можно было выполнять самые разные исследования», — рассказал ученый. Задача создания такого кольца оказалась очень сложной и FAIR обратился к специалистам ИЯФ для его решения. Технологические решения, предложенные новосибирцами, получили одобрение и накопительное кольцо уже производится мощностями новосибирского института.

«ИЯФ не фабрика, где изготавливают изделия по готовым чертежам. Мы разрабатываем сложное научное оборудование, которое в существенной степени сами потом и будем эксплуатировать, участвуя в совместных экспериментах» — подчеркнул Кооп.

На пути к термоядерному реактору

На данный момент ИЯФ участвует в разработке двух конкурирующих направлений по созданию термоядерного реактора (реактора, получающего энергию от слияния легких ядер в более тяжелые, на этом источнике энергии «работает» Солнце и другие звезды). Проблема состоит в том, что для запуска и «поддержания» термоядерной реакции требуется достичь очень высокой температуры плазмы (выше, чем в центре Солнца). Не существует такого материала, который мог бы выдержать подобную температуру (десятки миллионов градусов). Поэтому плазму пытаются удерживать с помощью магнитного поля. Но магнитное поле — это не твердые стенки, утечка плазмы сквозь него все равно происходит. И борьба за термояд состоит в том, чтобы улучшать параметры магнитных ловушек и повышать температуру и давление плазмы.

Одно из направлений развивается с 50-х годов двадцатого века — токамаки. Это такие металлические торы-«бублики», внутри которых магнитное поле замкнуто в кольцо. Частицы плазмы движутся преимущественно вдоль магнитных линий (из-за этого эффекта, в частности, возникает полярное сияние — заряженные частицы солнечного ветра движутся вдоль линий магнитного поля Земли и «врезаются» в атмосферу в районе магнитных полюсов). Поэтому в токамаках они движутся по кольцу внутри трубы, не касаясь ее стенок.

В принципе, с токамаками все понятно — для создания термоядерного реактора нужно построить очень большой токамак с очень мощным магнитным полем (и он будет фантастически дорогой). У советских физиков была шутка, что нужно строить сразу токамак Т-34 — «он нас никогда не подводил» (токамакам в СССР давались названия Т-1, Т-2, Т-3).

Во Франции реализуется проект международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР (участники: Китай, Европейский союз, Индия, Япония, Южная Корея, Россия, США). ИТЭР строится в виде токамака, на котором должна быть получена управляемая термоядерная реакция.

ИЯФ изготавливает для ИТЭР порт-плаги. Это специальные модули, которые будут установлены по всему периметру реактора, в которых будет устанавливаться оборудование для изучения свойств плазмы и протекающих в реакторе процессов. Для их изготовления в ИЯФе была создана «чистая комната» — фактически цех со стерильными условиями, в котором и будет происходить сборка оборудования для ИТЭР.

Другое направление, в котором участвует институт — создание открытых ловушек для плазмы. Такую ловушку можно представить как трубу, внутри которой создается магнитное поле, а на концах оно сжато в «бутылочное горлышко». В результате через эти «горлышки» происходит утечка плазмы. Но специалисты ИЯФ работают над сокращением такой утечки. Если удастся сократить её во много раз, можно будет достичь необходимых для термоядерной реакции параметров плазмы. Специалисты считают это направление очень перспективным — термоядерный реактор на базе открытой магнитной ловушки должен быть значительно дешевле, чем токамак.

В недавних экспериментах на установке ГДЛ (газодинамическая ловушка) специалисты ИЯФ измерили величину продольных потерь энергии из открытой ловушки — результаты совпали с предсказаниями теории.

Строительство сибирского синхротрона

Директор ИЯФ, академик Павел Логачев по просьбе журналистов прокомментировал положение дел со строительством синхротрона. Институт готов приступить к изготовлению необходимого оборудования. Но на данный момент финансирование не началось, и не прописаны механизмы, по которым оно должно осуществляться. Логачев отметил, что в условиях сжатых сроков, определенных указом президента, финансирование должно начаться не позднее марта 2020 года, и это — зона ответственности Министерства науки и высшего образования. Собственных внебюджетных средств ИЯФ не хватит даже на то, чтобы купить материалы, необходимые для изготовления оборудования.

Ученый уверен, что критически важным для реализации проекта ЦКП «СКИФ» является не столько стройка (хотя она необходима), сколько изготовление оборудования.

«Если мы хотим сделать лучшую в мире машину, а мы хотим, нам нужно изготовить оборудование, которого в мире еще не существует. Это требует и средств на НИОКР, и времени на разработку и отладку». Поэтому задержки с началом финансирования недопустимы. Собеседник Тайги. инфо уверен, что Министерство науки найдет возможность начать финансирование изготовления оборудования как можно раньше.

Алексей Мазур