грани_успеха

Леонид Владимирович, ваша работа тесно связана со становлением и развитием ИЯИ. Расскажите, пожалуйста, как всё начиналось, кто был инициатором создания института?

Институт ядерных исследований РАН образован в 1970 г. по инициативе академиков М.А.Маркова, в то время секретаря Отделения ядерной физики АН СССР, и Н.Н. Боголюбова, директора Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ). Надо отдать должное мудрости этих людей, главная идея которых состояла в том, чтобы идти к познанию мира с двух сторон, изучая микромир и макромир. Изучая микромир элементарных частиц, мы, в конечном счёте, вышли на понимание того, как наш мир вообще появился: рождение Вселенной, Большой взрыв, формирование галактик, звёзд... Не случайно сейчас одним из приоритетных направлений исследований института является космология. Институт создавался для фундаментальных исследований. При этом изначально предполагалось сооружение двух экспериментальных комплексов. Один из них - Московская мезонная фабрика, названная по аналогии с первой в мире Лос-Аламосской мезонной фабрикой на базе линейного ускорителя в США. Сильноточный ускоритель и комплекс научных установок решено было построить в Троицке.

- Можно было в то время воспользоваться зарубежным опытом?

Задача была поставлена чётко - использовать всё только отечественное, ничего импортного. Но до этого у нас не было линейных ускорителей с энергией протонных пучков выше 100 МэВ. Американцы придумали свою ускоряющую структуру, которая позволила получить энергию протонов до 800 МэВ. Наш ускоритель рассчитан на энергию вплоть до 600 МэВ - это 0,8 скорости света для протонов. Разработкой занимался Московский радиотехнический институт, где я, учась на последнем курсе МИФИ, делал диплом как раз по разработке уникальной ускоряющей структуры. Она у нас получилась по ряду параметров существенно лучше американской. Эта и многие другие современные на тот момент идеи и разработки позволили создать такой ускоритель в ИЯИ, функционирующий и по сей день. Сегодня балансовая стоимость этого уникального комплекса около 10 млрд. рублей. Можно сказать, что он представляет собой национальное достояние.

- Для чего используется Мезонная фабрика?

Сначала на сильноточном ускорителе проводились фундаментальные исследования в области ядерной физики и физики элементарных частиц. Сейчас в основном идут исследования по физике конденсированных сред с использованием рассеяния нейтронов, исследования в области протонной терапии онкологических заболеваний, разработка технологии производства радиоизотопов для медицины и промышленности. У нас разработана технология получения стронция-82 для позитронно-эмиссионной томографии, а также других изотопов, необходимых для диагностики и лечения. Например, актиний-225, если его доставить в опухоль, просто выжжет её изнутри, а потом распадётся.

Кроме того, на нейтронном комплексе мы занимаемся вопросами, связанными с ядерной энергетикой - речь идёт о создании подкритических ядерных реакторов с возбуждением от ускорителя. Они безопасны, поскольку такой реактор затухает, как только выключен ускоритель. Идея не нова, но в течение долгих лет дело упиралось в технологии.

- Вы упомянули, что изначально планировалось построить два экспериментальных комплекса...

В 1967г. было принято решение, тогда ещё в ФИАНе (Физическом институте им. Лебедева), создать подземную лабораторию по исследованию нейтрино в Кабардино-Балкарии, в Баксанском ущелье. Под горой Андырчи метростроевцы пробили две штольни длиной 4 км. Сейчас там, помимо других научных установок, размещены детекторы нейтрино: Большой подземный сцинтилляционный телескоп и Галлий-германиевый нейтринный телескоп.

Проектные работы начались в ФИАНе. А когда был создан наш институт, он и вёл строительство. Часть сотрудников ФИАНа перешла к нам, в том числе академики Г.Т.Зацепин и А.Е.Чудаков, стоявшие у истоков всего направления вместе с М.А.Марковым. Также из ФИАНа нам были переданы ещё две лаборатории под руководством Нобелевского лауреата И.М.Франка и Л.Е.Лазаревой. В Москве на Профсоюзной нам дали небольшую территорию - примерно 2 га. На ней был построен электронный ускоритель. С этой территории и начался наш институт. Потом пошло строительство в Троицке и на Баксане, где параллельно строили посёлок, который теперь называется Нейтрино.

- Учёным ИЯИ удалось экспериментально показать, что нейтрино имеет массу, и получилось измерить её. Какие ещё ведутся исследования в этой области?

Долгое время считалось, что нейтрино не имеет мас¬сы. Однако в ряде международных экспериментов, в том числе, на Галлий-германиевом нейтринном телескопе, были получены косвенные указания на то, что нейтрино должно иметь очень небольшую, но ненулевую, массу. Установка для прямого изме¬рения массы нейтрино была построена в Троицке под руководством академика В.М.Лобашёва. На ней было получено ограничение на массу нейтрино 2 эВ, которое до сих пор остаётся лучшим в мире. Сейчас установка тоже работает, и на ней идёт поиск новых частиц - стерильных нейтрино, не входящих в Стан¬дартную модель физики частиц, но необходимых для объяснения массы «обычного» нейтрино.

Сложность регистрации нейтрино связана с тем, что эта частица слабо взаимодействует с веществом и практически беспрепятственно проникает даже сквозь Землю. Поэтому детекторы зачастую строят под землёй, чтобы избавиться от фонового излучения и регистрировать только нейтрино. Академики М.А.Марков, Г.Т.Зацепин и А.Е.Чудаков в своё время также предложили для этих целей использовать в качестве защиты и детектора большую массу воды. В результате появился глубоководный нейтринный телескоп на озере Байкал. Он расположен в толще воды на глубине около 1,2 км.

Сейчас в сотрудничестве с ОИЯИ мы существенно расширяем его. К 2020 г. объём нашего детектора достигнет 1 км³ и будет сравним с крупнейшим на сегодня зарубежным детектором нейтрино IceCube, построенным в толще антарктического льда. Это позволит решить много фундаментальных задач, в частности, связанных с поиском тёмной материи.

-Международные отношения сейчас строятся непросто, но учёным многих стран, тем не менее, удаётся совместно решать глобальные научные задачи. В каких международных исследованиях и проектах участвует ИЯИ?

Мы участвуем практически во всех крупных международных проектах и по нейтрино, и по физике частиц, и по ускорительной физике и технике. С начала сооружения Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе (Швейцария) мы участвовали в создании ускорительного комплекса, сейчас ведём работы по трём из четырёх крупных экспериментов по фундаментальной физике. В частности, наши сотрудники участвовали в открытии бозона Хиггса. Сейчас, например, в ЦЕРНе одобрен и начат эксперимент NA64 по поиску гипотетических тёмных фотонов, руководителем-координатором которого является наш сотрудник.

В Гамбурге (Германия) завершается сооружение Европейского лазера на свободных электронах (XFEL). В этом проекте участвует 11 стран, в число которых входит Россия. Её представляет ряд институтов, в том числе и наш. Мы внесли большой вклад в создание этого уникального научного комплекса. Я являюсь председателем Комитета по вкладу стран-участниц в проект XFEL.

В Японии мы на передовых ролях участвуем в эксперименте Т2К по изучению свойств нейтрино - создали и отвечаем за ряд элементов большого детектора.

И перечень этот можно продолжать...

- Как обстоят дела с квалифицированными кадрами, какие перспективы открываются перед нынешними молодыми учёными?

У нас очень сильный теоретический отдел, который решает задачи на переднем крае науки и воспитывает научную молодёжь. Наши «птенцы» работают по всему миру. Не только теоретики, конечно, но и ускорительщики, физики-экспериментаторы, но теоретики - это наш брэнд.

Есть у нас базовая кафедра в МФТИ, своя кафедра в МГУ, тесно сотрудничаем с МИФИ. Мы сами преподаём, готовим кадры. Хорошие ребята приходят, и у нас нет проблем с теоретиками, с экспериментаторами - более-менее нормально, зато огромная проблема с инженерами. А вообще, чтобы пригласить молодого сотрудника на работу, надо, по крайней мере, его жильём обеспечить. Мы уже пять лет бьёмся за то, чтобы построить дом для молодых специалистов.

К сожалению, денег на фундаментальную науку выделяется очень мало. На самом деле, мы не так много и просим - нам нужно развивать те комплексы, которые уже есть. У нас разработаны программы развития по каждому из основных направлений. Самое страшное - это возможная потеря научной школы. Потерять легко - восстанавливать придётся десятилетиями. Этим нужно заниматься, нужно финансы вкладывать в точки роста, и Троицк является такой точкой. Развивать его надо в гармонии: должно быть и жильё, и рабочие места, и наукоёмкое производство. Например, здесь можно создать центр ядерной медицины. А главное - народное достояние надо сохранить и приумножить.

Светлана Шукшина

На передовых научных рубежах

Изначально ИЯИ РАН создавался для ведения фундаментальных исследований, но чем обширнее и достовернее знания человека об окружающем мире, тем больше у него возможностей. В настоящий момент в различных подразделениях института параллельно решаются теоретические и прикладные задачи от поиска стерильных нейтрино и изучения тёмной материи до производства медицинских радиоизотопов, лечения и диагностики онкологических заболеваний методами лучевой терапии и ядерной медицины.

Александр Владимирович Фещенко, руководитель отдела ускорительного комплекса, д.ф-м.н.

Мезонная фабрика

Отдел ускорительного комплекса был создан выдающимся учёным С.К.Есиным. Ныне этот отдел возглавляет его ученик, доктор физико-математических наук Александр Владимирович Фещенко, который работает здесь практически с самого начала сооружения в Троицке сильноточного линейного ускорителя ионов водорода Московской мезонной фабрики.

Основное направление работы отдела - поддержание работоспособности ускорителя, его модернизация и развитие, обеспечение ускорения пучка и его транспортировки на экспериментальные установки. Ускоритель относится к классу сильноточных линейных ускорителей ионов водорода на средние энергии. Первый ускоритель такого класса был сооружён в США в 70-е годы, второй - в Троицке в 80-90-е. К настоящему времени построен ещё один подобный ускоритель в США и один в Японии, сооружаются еще два - в Китае и Швеции. Но пока троицкий ускоритель остаётся единственным и самым крупным в своём классе на всём Евразийском континенте.

Крупные ускорители - сложные и дорогостоящие установки. Строят их не часто, а работают они десятилетиями благодаря постоянной модернизации. Основными направлениями работ на этих установках сейчас являются нейтронные исследования.

На выходе ускорителя ИЯИ также создан комплекс, включающий три нейтронных источника. Генерируемые пучком ускорителя нейтроны используются как для фундаментальных, так и для прикладных исследований.

Важное направление работ - развитие технологий получения изотопов для медицины и промышленности. Ещё один потребитель ускоренного пучка - комплекс протонной терапии. Сотрудники отдела участвуют в работах ведущих ускорительных центров мира. В отделе ведётся разработка и создание ускоряющих структур, источников ионов, устройств диагностики пучка для многих ускорителей.

Пучок ускорителя используется не только учёными ИЯИ, но и сторонними пользователями. На сегодня имеется предложение от международного ториевого энергетического комитета о проведении на нейтронном источнике первого эксперимента по ускорительно-управляемым системам. По мнению комитета, параметры ускорителя и источника позволяют провести этот эксперимент в реальные сроки и с разумными затратами. В таком эксперименте могут быть продемонстрированы возможность уничтожения ядерных отходов, получение тепловой мощности, существенно превышающей мощность в пучке ускорителя, а также возможность развития ядерной энергетики на основе уран-ториевого цикла, при котором образование ядерных отходов минимально.

Троицкий ускоритель регулярно работает с 1993 г. За это время проведено 125 сеансов общей продолжительностью около 46 тысяч часов, в том числе в 2016 г. 2050 часов. Сеансы круглосуточные и обычно длятся 2-3 недели. Ускоритель - сложнейшая установка. Обеспечить её работу могут только опытные специалисты высшей квалификации. Сейчас в отделе работает 70 человек. Для установки такого масштаба этого мало. Проблемы с кадрами и с преемственностью стоят очень остро, и от их решения зависят как будущее установки, так и во многом будущее ускорительной физики в России.

Игорь Иванович Ткачёв, заведующий отделом экспериментальной физики ИЯИ РАН, академик РАН, доктор физико-математических наук.

Когда после окончания МГУ я поступил в аспирантуру ИЯИ, Троицк был академгородком среди леса. Сплав науки и романтики вызывал жгучее желание остаться здесь работать навсегда. Так и вышло. Затем Троицк стал наукоградом. Будущее его я вижу в том же статусе. Ситуация изменилась, конечно. Появилась угроза превращения в спальный район Москвы, но, надеюсь, этого не случится. Раньше государство щедро финансировало фундаментальные исследования - хватало на все 10 институтов академгородка, прибывала научная молодёжь, которая получала здесь квартиры. В ближайшее время вряд ли случится чудо, после которого деньги в фундаментальную науку польются рекой. Поэтому, к сожалению, Троицк не будет, как прежде, городом вокруг науки и для науки. Но сегодня, наоборот, наука должна повернуться к городу. Потенциал для этого есть большой. Например, центр ядерной медицины в ИЯИ. Чтобы поднять его на мировой уровень, необходимо очень серьёзное финансирование. Но в такой фундаментально-прикладной постановке проблемы развития города и науки есть немедленная, всеми ощутимая отдача. Надеюсь, город будет развиваться именно в этом направлении. Тогда реализуются давние планы: появится университет, молодёжь будет работать в самом Троицке - в фундаментальной науке и в бизнесе, основанном на современных технологиях. Сохранится природа, лес, в Десне опять можно будет купаться детям. Появятся гостиницы и конгресс-центр, ведь нам было, есть и будет чем делиться со своими зарубежными коллегами-учёными.

Игорь Иванович Ткачёв, руководитель отдела экспериментальной физики, академик РАН.

Как взвесить нейтрино

Сотрудники отдела экспериментальной физики, проводя фундаментальные исследования, изучая устройство природы, способны погружаться в микромир и устремляться в космос.

Руководитель отдела, академик РАН Игорь Иванович Ткачёв рассказывает:

- Микро- и макромиры тесно взаимосвязаны, изучение Вселенной даёт нам уникальную информацию о законах микромира, а микромир взамен даёт понимание возникновения, устройства и дальнейшей судьбы Вселенной. Такие исследования - предмет фундаментальной науки, но они со временем дают и практический выход. Когда Герц открыл радиоволны, он утверждал, что никакого практического применения и пользы от этого открытия не будет. А как сейчас без радио?

В нашем отделе существуют четыре лаборатории, в которых работают всего 80 человек, а круг изучаемых нами проблем огромен - от нейтрино до Вселенной!

В лаборатории радиоизотопного комплекса на линейном ускорителе облучают мишени для наработки радиоизотопов медицинского и технического назначения. Методами, разработанными сотрудниками этой лаборатории, выделение чистых радиоизотопов производится в других организациях в России и за рубежом. В первую очередь получаем изотоп стронция-82, используемый для кардиологической диагностики с помощью позитронно-эммисионной томографии. Вот вам пример прямой связи фундаментальных исследований с практикой.

В лаборатории релятивистской ядерной физики изучают столкновения ядер при высоких энергиях и в основном проводят исследования в ЦЕРНе. В лабораторных условиях, наиболее близких к Большому взрыву, изучаются законы, которые управляли Вселенной в то время. Программы лаборатории гамма-астрономии и физики нейтрино и лаборатории исследований редких процессов (ЛИРП) достаточно разнообразны. Отмечу только самое интересное из того, что их объединяет. Это - физика нейтрино, которая выводит сегодняшнюю фундаментальную науку за рамки Стандартной модели физики частиц, созданной ещё в 60-е годы, систематизировавшей все известные взаимодействия и частицы и предсказавшей ряд новых. Все эти предсказания постепенно подтверждались экспериментально. Таким образом, как в таблице Менделеева, заполнялись «белые» клетки и добавлялись недостающие «кирпичики». Последним из них стал бозон Хиггса, открытый в 2012 г. Процесс был длительный, на всё потребовалось 50 лет работы и создание ряда очень дорогих, уникальных установок по всему миру.

Сегодня проверка Стандартной модели полностью и триумфально завершена. Но мы знаем, что это не конец - определённо есть новая физика за её пределами. И здесь главный герой - нейтрино. В Стандартной модели нейтрино не имеют массы, но недавние эксперименты доказали, что они ей обладают! Но чему она равна, как устроена и распределяется между различными типами нейтрино? В двух лабораториях в рамках масштабных международных экспериментов мы как раз изучаем, как устроена массовая матрица нейтрино. В частности, ЛИРП сосредоточена на поиске «тёмной материи», которой нет места в Стандартной модели. Но изучение Вселенной говорит нам, что она определённо существует и доминирует в энергетическом балансе, проявляя себя только гравитационно. Из чего же она состоит? Кандидатов много, в том числе и определённый тип нейтрино - «стерильные» нейтрино. Чтобы отмести лишние предположения, нужно провести множество экспериментов. К счастью, у нас есть единственная установка в мире, созданная В.М.Лобашёвым, на которой можно искать стерильные нейтрино. В 2016 г. установка была модернизирована и на ней уже получены интересные результаты.

Сергей Всеволодович Акулиничев, заведующий лабораторией медицинской физики, д.ф.-м.н.

Будущее - за ядерной медициной

Лаборатория медицинской физики (ЛМФ), созданная в 2003 г. доктором физико-математических наук Сергеем Всеволодовичем Акулиничевым, в течение многих лет работает в области современных методов лучевой терапии и ядерной медицины для лечения и диагностики онкологических заболеваний.

Усилиями сотрудников ЛМФ был спроектирован и создан Комплекс протонной терапии (КПТ).

В нём в настоящее время проходит испытания терапевтическая протонная установка. Результаты последних испытаний в ноябре 2016 г. показали, что линейный ускоритель и полученный пучок протонов удовлетворяют основным терапевтическим требованиям: однородность трёхмерных распределений дозы протонов в фантоме человека находится на уровне мировых стандартов. Разрабатывается технология, позволяющая облучать протонами опухоли любой локализации с размерами от нескольких миллиметров до 10см. При создании КПТ было разработано и изготовлено несколько десятков уникальных систем и приборов, например, автоматизированный высокоточный позиционер пациента, позволяющий облучать пациентов как в сидячем, так и в лежачем положении.

ЛМФ является уникальной в России. В её распоряжении и ускорители протонов и электронов, и современный томограф, что создаёт условия для проведения сочетанной лучевой терапии и мониторинга состояния больного в ходе лечения. В последнее время исследуются методы повышения качества протонной лучевой терапии за счёт уменьшения лучевой нагрузки на соседние здоровые органы.

В лечении онкологических заболеваний требуется высокотехнологичное оборудование, и сегодня для лучевой терапии и диагностики активно используются генерирующие установки ИЯИ: фотонная лучевая установка на базе медицинского ускорителя, близкофокусный рентгенотерапевтический аппарат (РТА) и специализированный томограф-симулятор. Для повышения качества терапии на этих лучевых установках специалистами ЛМФ были внедрены новые разработки: система фиксации пациентов при облучении с помощью масок и поясов из термопластика и вакуумных матрасов, система индивидуальной коллимации фотонных пучков и атлас глубинных доз для аппарата РТА. За последнее время в ИЯИ с участием больницы РАН в г. Троицке было пролечено свыше 300 онкологических больных. Качество лучевой терапии, проведённой на установках КПТ, значительно возросло - об этом свидетельствует статистика. Проект КПТ заслужил высокие оценки специалистов и получил серебряную медаль ВВЦ и золотую медаль XIV Международного форума «Высокие технологии XXI века».

В ЛМФ ведутся работы и по другим перспективным направлениям ядерной медицины, в частности, в области брахитерапии опухолей с использованием новых источников с изотопом иттербия-169. Его свойства позволяют избежать тяжёлой биологической защиты и уменьшить лучевое повреждение здоровых органов. В ИЯИ совместно с ООО «Делиз» создана экспериментальная установка для эффективного лазерного разделения изотопов иттербия. Расщепляют атом физики, используют нужные частицы - медики. Для развития технологий ядерной медицины в ИЯИ, кроме высочайшей квалификации учёных, уже имеется необходимая инфраструктура: современный лечебно-исследовательский радиологический центр, ядерно-физические лаборатории и зал для размещения установки лазерного разделения изотопов. В настоящее время разрабатывается новый специализированный компактный аппарат для брахитерапии, позволяющий сделать этот вид терапии более доступным и повысить качество лечения.

Ольга Карелина