Неперехваченное исключение

Ошибка (databaseException): Enable backtrace for debug.

Поддержка пользователей UMI.CMS
www.umi-cms.ru/support

Опрос

В Дубне появилась задача, на которую возвращаются сотни ученых.

Академик Трубников рассказал, когда замкнется кольцо российского коллайдера NICA

Коллайдер NICA
mdpi.com

Когда ждать запуска российского коллайдера NICA, отодвинут ли эту дату пандемия коронавируса и санкции и сколько российских ученых вернулись из-за рубежа для работы в проекте, «Газете.Ru» рассказал директор Объединенного института ядерных исследований, академик РАН Григорий Трубников.

— Григорий Владимирович, коллайдер NICA в Дубне – самый известный из проектов класса «мегасайнс» в России, завершение которого ожидается в этом году. Расскажите, пожалуйста, как идет строительство и что сделано этой зимой?

— Известно, что любой большой ускорительный комплекс – это каскад из нескольких колец. Чтобы столкнуть одну частицу с другой, их надо ускорить. Ускоряют сначала в линейном ускорителе – это большой прибор метров 20-30 длиной, а потом переводят в кольцо, в кольце ускоряют, затем из первого кольца переводят во второе, ускоряют до большей энергии, копят интенсивность. И только после этого уже переводят в кольцо коллайдера. И это традиционная схема всех современных комплексов.

В декабре 2020 года, когда к нам приезжал премьер Михаил Мишустин, мы запустили первый каскад, то есть первое кольцо коллайдера NICA — бустер. А в декабре 2021 года мы соединили бустер со вторым кольцом, которое называется нуклотрон. Тоже сверхпроводящий синхротрон. Соединили очень сложным каналом перевода пучка. Это фактически тоже ускоритель длиной около 30 метров, в котором частица по вертикали и по горизонтали сдвигается на несколько метров и переводится во второе кольцо. Там же стоит мишень, которая «обдирает» ядра до нужного зарядного состояния. То есть мы включили линейный ускоритель, первый каскад и второй каскад.

Мы ускоряли тестовый пучок ядер железа, ускорили его до проектной энергии, накопили нужную интенсивность, и теперь ждем, когда в тоннеле будет собрано кольцо коллайдера. Пока физики-экспериментаторы работают на пучке, выведенном из второго каскада на мишень.

Кроме того, в тоннеле самого коллайдера, все помещения которого уже готовы, мы установили на штатное место первый магнит коллайдера. Рядом уже стоят порядка 30 магнитов, которые составят первый сектор кольца коллайдера. Коллайдер – это 500 метров длины, около 300 магнитов. Сектора будут установлены друг за другом и соединены: в течение года, я думаю, мы замкнем кольцо коллайдера.

Каждый магнит нужно установить с точностью примерно 50 микрон. Такая точность позиционирования нужна, чтобы потом пучок двигался четко по траектории.

Григорий Трубников
Константин Михальчевский/РИА «Новости»

— И первые эксперименты на ускорителе уже начались?

— Сейчас там идет эксперимент, работает коллаборация из четырех стран. Кроме стран-участниц еще в этом эксперименте работают ученые из Израиля, Германии и США, в том числе из MIT, их самого престижного университета. Это эксперимент по исследованию короткодействующих корреляций. Когда частицы пучка, влетающие в мишень, испытывают определенное взаимодействие с ядрами мишени, нуклоны (протоны и нейтроны) вылетают из ядра по определенной закономерности – например, связанными парами. Это явление как раз исследует коллаборация. Новые экспериментальные данные позволят нам лучше понять внутреннее строение ядра, характер сил, взаимодействующих в ядре. Кроме того, это может подсказать и новые данные о природе нейтронных звезд

По планам сеанс продлится до середины марта. До конца года мы планируем завершить все строительные работы и планируем завершить сборку коллайдера.

— Пандемия как-то сдвинула сроки? Ведь планировалось закончить строительство в мае…

— Мы говорили про май 22 года, но сейчас идет длинный экспериментальный сеанс, и в декабре-январе у нас из-за пандемии были определенные сложности. У нас народ болел, и строители болели, и физики не могли приехать. Поэтому темпы в какой-то части замедлились, конечно. Технологический пуск коллайдера все равно намечен на 2023 год. Готовность к пуску – конец этого года. В этом смысле мы пока никаких дат пуска не сдвигаем. А строители, надеемся, все-таки нагонят сроки, ускорив темпы.

Для института коронавирус прошел довольно безболезненно, потому что у нас очень быстро был достигнут коллективный иммунитет на уровне 80%. А задержки в научной программе или сооружении установок возникали не только потому, что на предприятиях-изготовителях болели люди, но и потому, что, например, оборудование сделано и привезено в Дубну, но, чтобы гарантия сохранялась, запускать его может лишь сервисная команда. Вот у нас стоит криогенное оборудование, а англичане не могут до нас доехать уже 8-9 месяцев, потому что из-за карантина закрыты границы. Я думаю, что все это мы постепенно компенсируем.

— После пуска коллайдера первые эксперименты начнутся с малых энергий? Когда ожидать постановку экспериментов того уровня, на который он был рассчитан?

— Наверное, тут можно провести аналогию с новым самолетом. Я как-то общался со своими коллегами из Жуковского, из ЦАГИ, спросил у них, сколько одновременно параметров контролирует система управления самолетом – скорость, температура, топливо – все, что угодно. Ответ: примерно 4 тыс. параметров, которые сводятся в общую систему с обратной связью, — так летчик управляет самолетом.

Так вот, у нас на ускорительном комплексе таких параметров 11 тыс., то есть у нас датчиков больше, чем у новейшего истребителя пятого поколения.

Поэтому, конечно, запуск такой машины, как коллайдер, абсолютно аналогичен тому, как запускается самолет - сначала выкатка, различные форсированные режимы двигателя, потом самолет взлетает и садится, потом он летает на высоте 600 м, полет восемь минут, потом тридцатиминутный. И так далее. Надежность – прежде всего!

Бюджет этой установки – это миллиарды рублей, степень ответственности огромная, столько труда и столько интеллекта вложено, гигантская сложность технологических систем. В наших планах в конце этого года собрать кольцо коллайдера и инжектировать в него пучок. Первое время мы будем настраивать циркуляцию пучка в коллайдере. Сколько это займет? С бустером это заняло всего месяц, но после четырех лет сборки и года подготовительных работ. Сколько с коллайдером займет? Наверняка дольше, коллайдер по масштабу раз в 10 больше всех систем. Поначалу это будут ядра не золота, а углерода или железа. С ними легче добиться высокой интенсивности и долгого времени жизни пучка.

Потом физики начнут включать все детекторные системы. Чтобы не перегрузить детектор и системы сбора данных, их тоже будут выводить постепенно одну за другой. Я думаю, что настройка детектора и всех его технологических систем займет от полугода до года. Конечно, параллельно мы будем пробовать сталкивать пучки в точке встречи и очень надеемся к концу 2023 года получить первые сигналы от встречных пучков, пусть с малой интенсивностью, с малыми токами, но и там уже можно будет ожидать первой любопытной физики.

Самый волнительный и самый интересный момент – это запуск. В Большом адронном коллайдере с выходом на проектные параметры он занял около трех лет. Интересный – потому что впервые под твоими руками оживает огромный сложнейший организм, становится на ноги, учится дышать и говорить. Ну а дальше – уже крейсерская работа и набор данных, все должно работать от кнопки.

— Сейчас идет этап создания коллайдера. Он представляет интерес только для строителей и инженеров, или же ученые, аспиранты, студенты тоже находят себе работу?

— Конечно. Для инженеров сейчас самый захватывающий этап, он никогда не повторится: ты это все собираешь руками, видишь каждый элемент и системы, понимаешь, как он работает по отдельности и в большой системе, испытываешь его в лаборатории, отрабатываешь все реакции, а потом ставишь и уже знаешь как свои пять пальцев. Ведь коллайдер – это что такое для внешнего наблюдателя? Это такая 500-метровая труба, закольцованная, закрытая со всех сторон, никаких окошек – только фланцы и соединения. Но внутри нее сложнейшее оборудование, которое должно работать самым надежным образом автономно или при дистанционном управлении. Отрабатывать все алгоритмы. И управлять этим гораздо эффективнее и более квалифицированно будет тот, кто не просто по документам знает, как оно внутри устроено, но кто это оборудование своими руками собирал, испытывал и оживлял.

— Какие технологии и решения, применяемые при создании NICA, уходят в другие области?

— Приведу два примера. Первый – это сверхпроводящий кабель для магнитов. Мы из него делаем обмотки магнитов коллайдера и колец NICA. Это мельхиоровая трубка, обмотанная проводником из сплава ниобия и титана, внутри течет жидкий гелий при температуре -269 градусов по Цельсию – практически абсолютный ноль. Этот кабель обладает совершенно замечательными свойствами. Из него можно создавать любую сложную геометрию изделий, и в этом кабеле могут течь очень большие килоамперные токи. Мы предложили помимо магнитов из этого кабеля сделать фактически батарейку на несколько мегаватт. То есть это накопитель энергии, в который вы можете завести ток, накопить несколько мегаватт, и потом от нее запитать потребителя – например, огромный ускоритель.

— И раз кабель сверхпроводящий, ток в нем может сохраняться почти без потерь?

— Да, никаких джоулевых потерь. Но его нужно поместить в криостат, правильно охладить и заэкранировать, надо уметь завести в кабель эту энергию, чтобы он надежно работал. И мы сейчас делаем такой накопитель энергии на 5 МДж. Он будет размером чуть меньше автомобиля.

Второй спин-офф родился в детекторах, которые мы используем в NICA для реконструкции событий. Когда два пучка сталкиваются, оттуда летит несколько тысяч ядерных осколков и частиц — участников этой реакции. И вам нужно очень быстро, за наносекунды, восстановить трек пролетающей частицы. Вот эти технологии распознавания и реконструкции траекторий заряженных частиц сейчас востребованы для систем безопасности, которые занимаются распознаванием образов — системы быстрого распознавания лиц на транспорте, идентификация для банков и так далее.

— В создании NICA принимает участие множество российских производителей. Коснулись ли их международные санкции?

— Мы международная организация, поэтому санкции не так сильно на нас влияют. Большая часть оборудования – это, конечно, не то, что можно купить в магазине, а то, что сначала надо спроектировать, разработать, сложная электроника, суперпрогрессивная. Тем не менее мы пока не ощущаем каких-то сложностей. Здесь больше сложности, связанные с ковидом. У нас есть поставщики из США, есть из Израиля, из Европы, из Японии, из Китая. Очень нам помогает ЦЕРН, потому что и они международные, и мы международные.

Поскольку у РФ, как у страны местопребывания ОИЯИ, особый статус и более масштабные обязательства, то и промышленный возврат высокотехнологичными заказами по той же NICA – более 70%. Но порой поставщики из Франции, из Германии, из Чехии, из Польши, когда мы их приглашаем на конкурс по разработке того или иного изделия, говорят: «Мы не умеем этого делать, у нас такого нет, cлишком амбициозные характеристики. Поэтому мы хотели бы этой разработкой заняться».

Это ведь поднимает технологический уровень компании, она дальше может рынки конкурентные занимать. Довольно часто за разработку и производство берутся целые технологические консорциумы сразу из нескольких стран. И не ради прибыли, а движимые целью сделать что-то самыми первыми в мире, освоить технологии. Для той же NICA некоторые системы и узлы просто впервые в мире делаются. У нас для бустера, а потом и для коллайдера используются дико сложные вакуумные камеры: тонкостенные (чтобы не грелись), с криволинейной геометрией и микронной точностью, а также с фантастическими требованиями к внутренней вакуумной поверхности. Несколько производителей за нее брались. Один взялся – не получилось. Из Польши. Второй, из Германии, взялся – не получилось. Потом французы, потом китайцы.

В конечном итоге они вчетвером между собой договорились и в кооперации четырех стран сделали эти камеры. И сделали действительно на супермировом уровне. И сейчас они лидеры в этой технологии, доказали всему миру, что история реалистична, заказчики из криогенного сектора, синхротроны, выстраиваются в очередь за подобными изделиями.

— Год назад мы говорили с вами о тренде на возвращение наших граждан из-за рубежа в науку. Можно ли подсчитать, сколько вернулось к вам наших уехавших соотечественников для работы на NICA?

— Сейчас многие ученые в 40-55-летнем возрасте, а это на самом деле самый продуктивный возраст, возвращаются или приезжают в Дубну. На примере нашего института это сотни людей. Это ученые и инженеры, которые, например, на протяжении 15-20 лет работали на экспериментах в ЦЕРН или в Брукхейвенской лаборатории в США. Они при этом оставались сотрудниками наших институтов, но фактически работали все время там. И это нормальная общемировая практика – профессионалом и опытным специалистом становится тот, кто работает на переднем крае своей профессии. Для ученых это уникальная экспериментальная установка.

А сейчас здесь в Дубне появилась задача, на которую они возвращаются, и новые приезжают. То есть в этом смысле можно говорить, что сотни людей – и в разных странах, и в российских институтах, и в ОИЯИ переориентировались на проект NICA, а значит они ориентируются на то, чтобы делать науку в Дубне. Ученому в первую очередь нужная амбициозная задача и условия для проведения эксперимента – установка. Ну, и, конечно, коллектив – от этого много зависит.

— Какие разработки ОИЯИ помогают в борьбе с пандемией?

— Первая тематика – это средства защиты от вирусов на основе использования ядерных трековых мембран, которые мы делаем. Несколько недель назад к нам приезжали наши коллеги из ФМБА, из Армении и из нескольких университетов России, мы договорились о довольно интересной совместной разработке: трековые мембраны, поры которых обрабатывать специальным раствором, увеличивающим эффективность этих фильтров. Потенциал применения — маски, это защитные костюмы, различные мембраны в фильтрах для помещений и так далее.

Вторая тема — это исследование свойств клеток на резистентность к коронавирусу и к лекарствам от коронавируса. На нейтронном пучке мы облучаем биологические образцы и изучаем, как реагируют стенки тех или иных клеток: сопротивляются либо создают мембранную проводимость как для вирусных агентов, так и для лекарственных субстанций либо вакцин.

— Каких успехов ждать от «Фабрики сверхтяжелых элементов», где недавно введен в строй второй сепаратор?

— «Фабрику» ввели в строй в 2019 году. Через полтора года она вышла на проектные параметры и уже в 2021 году отработала почти восемь месяцев. Самое главное — она показала, что опережает по своей мощности, по эффективности синтеза сверхтяжелых элементов любую аналогичную установку в мире — японскую, немецкую, американскую — в 50-70 раз.

Основная научная задача, конечно, это синтез 119-го, 120-го элементов. Сейчас это самая горячая наука в ядерной физике: какими будут элементы нового периода, какие у них химические свойства, выполняется ли Периодический закон для фактически релятивистских ядер? Надеюсь, что мы в этом году мы подготовим все технологии и оборудование и к концу года выйдем на старт по экспериментальному исследованию этих уникальных ядерных реакций.

— В декабре Байкальский нейтринный телескоп зарегистрировал космическое нейтрино высокой энергии. Сейчас идет установка новых датчиков телескопа, как эта установка сможет пополнить наши знания о вселенной?

— Действительно, сначала этот сигнал от такого экзотического нейтрино увидел телескоп IceCube в Антарктиде, потом через 3-4 часа мы зафиксировали сигнал от еще одного нейтрино сверхвысокой энергии (тысячи миллиардов электрон-вольт), но из того же сектора неба. И через несколько дней международная астрономическая коллаборация, в которой лидеры — российские ученые, увидели в рентгеновском диапазоне высокоэнергетические частицы из того же сектора неба. Получается, что сразу три прибора указали на один и тот же источник — один из самых ярких на небе радиоблазаров — PKS 0735+17.

Событие выделяется из ряда многих других: этот радиоблазар испытывает самую мощную вспышку в гамма-диапазоне и видимом излучении за всю историю наблюдений за ним.

Сейчас телескоп состоит из 2300 оптических модулей, а в 2022 году будет уже 2800. Надеюсь, что мы в середине марта закончим эти работы и телескоп станет больше, а значит большую статистику будет собирать.

— Какие преимущества он будет иметь в плане детектирования частиц по сравнению с аналогами?

— Главное преимущество этого телескопа – это среда, в которой он располагается. Прозрачность воды на Байкале и температурная стабильность воды позволяют нам повысить угловое разрешение. Это точность, с которой измеряется сигнал от черенковского света, заряженного мюона, который как раз рождается от взаимодействия высокоэнергетичного нейтрино с молекулами байкальской воды. Мы можем благодаря байкальской воде и конфигурации телескопа измерять с точностью 0,3-0,5 градуса угол этого светового конуса.

А на IceCube – c точностью 1 градус. Второй момент: поскольку мюон рождает ливень частиц, то образуется фактически ливень таких световых потоков. И мы можем гораздо точнее, примерно в пять раз точнее, чем во льду, мерить угол расхождения этого ливня. А ось этого ливня указывает на точку в небе, откуда прилетело нейтрино. Разница у нас в разрешении с IceCube примерно в семь раз. То есть мы в семь раз точнее можем сказать астрономам, из какой точки неба прилетела эта высокоэнергетическая частица.