Атомные закрома (фоторепортаж)

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН готовится к защите проекта «Супер Чарм-Тау фабрики» для получения государственного финансирования. Новейший коллайдер, который в теории поможет открыть главные физические тайны мироздания, связанные с темной энергией и темной материей, пока что есть только на бумаге. По словам директора ИЯФ академика Павла Логачева, строительство этого коллайдера периметром 800 м может завершиться уже в 2026 году.

Еще один проект института — международная коллаборация AWAKE. Новый принцип ускорения заряженных частиц с помощью плазмы и протонного пучка сегодня пытаются освоить в ЦЕРН (Европейский совет по ядерным исследованиям в Женеве). В этом эксперименте ИЯФ отвечает за теоретическую часть, а многие идеи AWAKE, в том числе и метод расчета взаимодействия пучка с плазмой, разработаны группой физика из ИЯФ Константина Лотова. Эта технология позволит создать ускоритель нового типа, где количество энергии не будет зависеть от его размеров, считают теоретики.

Корреспондент НГС.НОВОСТИ посетила ИЯФ и увидела, чем живет институт, участвующий в передовых физических проектах современности.

Бесконечный институт

Первую часть экскурсии вел старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук Борис Гольденберг, — среди гостей института была группа из нескольких старшеклассников, увлекающихся физикой, и корреспондент НГС.НОВОСТИ. На первом этаже стоит одна из самых первых установок ИЯФ — ускоритель ВЭП-1 (встречные электронные пучки). Этот небольшой коллайдер, несравнимый по объему с современными громадинами, ученые построили в 1963 году под руководством академика Герша Будкера, в честь которого и назван институт.

«Принцип коллайдера прост — чтобы понять, как устроена вещь, ее надо разломать. Чтобы узнать, как устроен электрон, его тоже надо разломать. Для этого придумали машины, в которых электроны разгоняются до колоссальных энергий, сталкиваются, аннигилируют и превращаются в другие частицы. Это как если бы два велосипеда столкнулись, а разъехались автомобили», — рассказывает Гольденберг.

По словам Гольденберга, ВЭП-1 — первое в мире устройство, в котором можно совершить такую операцию. Через магнитные кольца пускались электроны — управляя их орбитой, ученый мог их столкнуть и посмотреть, какие получатся частицы в результате. Детекторы на ускорителе считывали показатели и давали новые данные для теоретиков. Теперь ВЭП-1 стоит здесь как музейный экспонат.

Перемещаться между корпусами ИЯФ можно не только по улице, но и по разветвленной сети подземных переходов. Петляя по мрачноватым сине-зеленым подземным коридорам института, корреспондент НГС.НОВОСТИ то и дело встречала его сосредоточенных сотрудников. На сайте института сказано, что сегодня здесь трудятся около 2800 человек, в том числе 9 членов РАН, 61 доктор и 167 кандидатов наук.

«Наш институт — самый большой в РАН. Мы сейчас с вами идем в сторону 28-го здания, сколько номеров здесь точно, я не знаю», — то ли серьезно, то ли шутя поделился Гольденберг. На схеме института в одном из коридоров корреспонденту НГС.НОВОСТИ удалось насчитать более 30 зданий, однако все они опутаны переходами и техническими постройками, так что определить их точное количество действительно сложно.

Кольца ИЯФа

После многочисленных поворотов, переходов и лестниц можно выйти к панно, на котором нарисованы кольца действующих сегодня коллайдеров ВЭПП-3 (построен в 1967–1971 годы) и ВЭПП-4М (ВЭПП-4 построен в 1979 году, модернизирован в начале 90-х). По словам Гольденберга, периметр ВЭПП-3 составляет 74 м, а ВЭПП-4М — 360 м. «Чем больше накопитель, тем больше энергии он может вкачать. Это не значит, что один ускоритель лучше, а другой хуже, просто на них можно смотреть разную физику и ставить разные эксперименты», — объяснил физик. Работой коллайдеров управляют из пультовой, туда посетителей не пускают. По оценкам сотрудников ИЯФ, параметры работы ускорителей контролируют примерно 30 человек.

В одном из подземных бункеров проводят эксперименты с пучками. Борис Гольденберг сообщил, что прямо сейчас за свинцовой стеной работает ВЭПП-4М, в котором частицы описывают круги размером со стадион. Увидеть коллайдер своими глазами, конечно же, не получилось. «В накопителе смертельные дозы [радиации], там нельзя находиться. Мы от него защищены метровой стеной и коридором, все каналы [из него] выведены и обжаты свинцом, все это защищено», — успокоил физик.

Установки, с которыми ученые работают в бункере, называются станциями — внутри каждой находится экспериментальное оборудование. Разогнанные коллайдером частицы физики могут использовать, кажется, где угодно. К примеру, стабильный источник излучения позволяет калибровать детекторы для космических телескопов. Здесь же можно «просветить» плотный гранит, чтобы найти в нем алмазы. Рентгеновская томография и рентгеновская микроскопия образцов в ИЯФ выходит в 50 раз четче, чем, к примеру, на медицинских аппаратах. Одна из последних разработок ученых — щадящий способ борьбы с раком. В этом эксперименте зараженных мышей облучают «сетчатым» пучком, а не сплошным — так здоровые ткани не страдают.

В планах ИЯФ — построить и запустить еще одно кольцо — «Супер Чарм-Тау фабрику». НГС.НОВОСТИ подробно писали об этом проекте.

Ловушка для звезды

Вторую часть экскурсии провел младший научный сотрудник института Александр Касатов. Представившись «плазмистом», он снова увел посетителей в бесконечные подземные коридоры. На вопрос корреспондента НГС.НОВОСТИ, терялся ли сам ученый в этих катакомбах, молодой человек весело отвечает: «Мы и сейчас заблудились!».

В другой части института занимаются еще одним важным для ИЯФ направлением — физикой плазмы. Александр Касатов провел гостей в лабораторию, окутанную проводами, в середине которой лежит огромная футуристическая установка ГДЛ (газодинамическая ловушка) с многочисленными кольцами и цветными «рогами».

По сути, ГДЛ — это термоядерный реактор, в котором энергию получают с помощью синтеза, а не распада. «Здесь мы держим высокотемпературную плазму. Фактически мы пытаемся создать звезду на Земле и заставить ее работать на нас. Летучие элементы типа дейтерия и трития выгодно соединять, при этом выделяется энергия, так живут звезды. Мы пытаемся сделать то же самое на Земле. Если для звезд это очень просто — огромное облако плазмы держится само за счет гравитации, потому что звезды — это огромные объекты, [то] мы ничего с помощью гравитации удержать не можем, наша плазма за секунды мгновенно разлетится, достигнет стенок и остынет», — увлеченно рассказывал Касатов.

Удержать плазму ученые пытаются давно. ГДЛ — научная установка для экспериментов, созданная в 1986 году. И пока что она поглощает энергии больше, чем вырабатывает. В будущем, уверен Касатов, плазму можно будет «приручить» и заставить работать на человека, например на электростанциях. Сегодня самый передовой проект такого термоядерного реактора называется ИТЭР, стройка реактора идет на юге Франции.

В соседнем зале реконструируют вторую громадную ловушку для удержания плазмы, которая называется ГОЛ-3 (гофрированная открытая ловушка). Сегодня «плазмовики» всего мира пытаются понять, как управлять нагретой плазмой так, чтобы она не касалась стенок реактора и не разрушала их. Александр Касатов показывает небольшой кусочек вольфрама — самого тугоплавкого материала, который от подобных экспериментов расплавился.

Однако если плазма коснется стенки реактора, то максимум, что может случиться, — сломается дорогостоящее оборудование, объяснил молодой ученый. В случае с термоядерным реактором чернобыльский вариант невозможен, уверен он, в таких установках слишком мало вещества и нет цепной реакции деления.

Самый актуальный проект для ИЯФ сегодня — работа над новым ускорителем частиц. Сейчас институт сам финансирует работы и за 10 лет вложил в проект около 2 млрд руб. На территории института уже готова четверть туннеля для подземной части ускорителя, окружность которого будет составлять 800 м. Директор ИЯФ Павел Логачев оценивал общую стоимость проекта примерно в 34 млрд руб. Ученые предполагают, что этот электрон-позитронный коллайдер сможет открыть миру «новую физику».