Излучение из правил

http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=3887ff64-2e60-416d-a71d-341957a9c363&print=1
© 2024 Российская академия наук

Излучение из правил

За создание уникальной техники группа московских и сибирских ученых выдвинута на соискание премии правительства

В РНЦ "Курчатовский институт" создан научно-технический комплекс на основе источника синхротронного изучения "Сибирь", который разработан в новосибирском Институте ядерной физики им. Будкера. В чем уникальность комплекса и какие перспективы он открывает? Об этом корреспондент "РГ" беседует с заместителем директора Института ядерной физики СО РАН, академиком РАН Геннадием Кулипановым.

Говорят, что синхротронные источники изучения - это ключ к высоким технологиям XXI века. Можно "на пальцах" пояснить, что это за чудо-источник?

Конечно. Это уникальный и универсальный инструмент для самых разных областей науки, техники, медицины. Вот лишь простое перечисление самых очевидных сфер применения: физика, химия, материаловедение, биология, микромеханика, микроэлектроника, волоконная оптика и так далее, и так далее. И конечно, без синхротронного излучения немыслимы нанотехнологии, которые, по мнению многих ученых, должны в корне изменить лицо всех отраслей промышленности. По сути, совершить новую промышленную революцию. Не случайно центр, для которого нами и создан источник "Сибирь", сегодня так и называется: Курчатовский центр синхротронного излучения и нанотехнологий. Его научным руководителем является член-корреспондент РАН Михаил Ковальчук.

Теперь, что же такое синхротронное излучение? Его порождают электроны и позитроны, разогнанные в мощных ускорителях до скорости, близкой к световой.

Наверное, это очень масштабные и дорогие "игрушки"?

Например, установленный в Курчатовском институте источник "Сибирь" имеет радиус 20 метров. Крайне важно отметить, что диапазон, в котором работает излучение, очень широк: от инфракрасного до гамма-лучей, поэтому с его помощью можно решать самые разные задачи. Для этого надо лишь вырезать из всего пучка требующуюся вам часть.

Ученые стремятся получить пучки с высокой энергией или, как говорят физики, "жесткие". Ведь чем выше "жесткость" пучка, тем с большим разрешением прибор способен наблюдать объекты. Поэтому можно сказать, что в принципе источник такого излучения - это микроскоп, который позволяет видеть то, что всем другим приборам не под силу. Например, он видит атомы или может посмотреть, как мембрана в нашей клетке пропускает лекарство, то есть насколько эффективно последнее.

Так как длительность импульса излучения ничтожно мала, то это позволяет ставить очень тонкие эксперименты: меньше, чем за миллиардные доли секунды, скажем, изучать взрывы.

Когда впервые начались исследования с помощью синхротронного излучения?

Сначала хотел бы подчеркнуть, что сама идея СИ принадлежит нашим теоретикам - Д. Иваненко, И. Померанчуку и А. Соколову. Излучение в видимой и ультрафиолетовой частях спектра стало впервые применяться в 60-х годах в московском Физическом институте Академии наук, где и были созданы первые ускорители электронов - синхротроны.

А вот идея создания специальных накопителей электронов была реализована в Новосибирске, в нашем институте, под руководством академиков Г.И. Будкера и А.Н. Скринского. Это был серьезный прорыв к пучкам высокой энергии. После первых удачных экспериментов на нашем накопителе встал вопрос о специализированном источнике синхротронного излучения для Москвы. Так, в Курчатовском институте в 1983 году была запущена установка "Сибирь-1". Она давала ультрафиолетовое, а также "мягкое" рентгеновское излучение. С ее помощью ученым удалось получить многие результаты, которые ранее были просто недоступны, и прежде всего в самых разных областях спектроскопии. Кроме того, в рентгеновской литографии были сделаны микроструктуры очень малых размеров - до 50 нанометров.

И они, как говорится, лишь разожгли аппетиты ученых, которые заговорили о том, что крайне необходимо более "жесткое" излучение с высокой энергией. Так появилась идея нового источника "Сибирь-2". Его строительство пришлось на самые трудные для всей нашей науки годы - конец 90-х. Произошел полный обвал экономики страны, финансирование науки резко сократилось. Остановились многие работы, а уж тем более по созданию крупных и дорогих научных установок. Но центр синхротронного излучения в "Курчатнике" оказался исключением. Несмотря на все проблемы, он был открыт как раз в конце 1999 года. Наши ученые получили в руки мощный исследовательский инструмент.

На базе комплекса "Сибирь" в Курчатовском центре установлено 13 экспериментальных станций, где работают ученые самых разных специальностей. Перечень этих исследований займет не одну страницу, не случайно речь идет о работающем в Курчатовском центре мощном научном комплексе, доступном для научных сотрудников многих институтов. Если говорить более конкретно, то могу, к примеру, назвать группу профессора А.А. Вазиной из пущинского Института биофизики клетки. Она изучает механизм сокращения мышцы. Как ни парадоксально, человечество сегодня знает, как устроены молекулы и атомы, но не понимает, что происходит в мышце. Возможно, эта задача биофизиков будет решена с помощью "Сибири-2".

Какие организации принимали участие в создании Курчатовского центра синхротронного излучения?

Разработка и создание ускорителей - источников синхротронного излучения - была поручена Институту ядерной физики Сибирского отделения РАН. Экспериментальную аппаратуру для исследовательской программы разрабатывал Институт кристаллографии РАН. Оборудование для технологий микроэлектроники, основанных на использовании синхротронного излучения, разработано Научно-исследовательским институтом физических проблем (Зеленоград).

Отечественные ученые были в свое время одними из пионеров создания источников синхротронного излучения и исследований с помощью этой современной техники. А сегодня мы по-прежнему опережаем зарубежных ученых в этой сфере?

Можно привести много примеров из разных областей науки, когда после проведения российскими учеными пионерских работ и получения прекрасных результатов в новых областях знаний россияне начинают отставать от мирового уровня. Сейчас лучшие источники синхротронного излучения находятся, увы, не в России, а в Европе (ESRF), в США (APS) и в Японии (SPring). Стоимость каждой из этих машин, созданных за последние 15 лет, один-два миллиарда долларов! У нас таких денег не оказалось. Тем не менее "Сибирь 2", стоимость которой около ста миллионов долларов, по своим параметрам соответствует мировому уровню.

Все очевидно - средства надо вкладывать. Причем с умом. Вот сейчас, когда в науке деньги начали появляться, хорошо бы не поддаваться соблазну "размазать" их по принципу всем сестрам - по серьгам. Их следует концентрировать на важнейших, ключевых направлениях, от которых зависит развитие сразу многих наук.

Я абсолютно уверен, что установки типа источников синхротронного излучения, нейтронных источников, лазеров на свободных электронах, астрофизических установок космического и наземного базирования, супермощных импульсных лазеров являются сейчас основой развития и физики, и биологии, и химии, и геологии, и технологий. То есть это фундамент для развития всей современной науки. И научное сообщество должно осознать, что старый принцип деления поровну непригоден.

Хотя Россия упустила момент для создания новых источников, но мы думаем о еще более совершенных машинах, которые станут следующим поколением этой техники. Речь идет об источниках на базе так называемых ускорителей-рекуператоров. Впервые эту идею наши ученые высказали на конференции в Японии в конце прошлого века. Эта концепция стала настолько популярной, что все уверены: именно она ляжет в основу следующего поколения источников синхротронного излучения. Может, у нас и денег для этого не так много, как у некоторых стран, но есть неплохой научный задел.