Наука как ребенок
Глава Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук и директор Института ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) Павел Логачев побеседовали об истории коллайдеров, термоядерных космических двигателях и смысле заводить детей.
Михаил Ковальчук: Пожалуй, в мире ядерной физики нет ни одной ускорительной установки, к которой не приложил бы руку ИЯФ. Даже идея коллайдера на встречных пучках, составившая основу CERN, была предложена в новосибирском институте...
Павел Логачев: История нашей научной организации началась в Курчатовском институте, в команде Игоря Васильевича Курчатова, которая тогда демонстрировала всему миру фантастический успех. Во многом он был обусловлен той особой атмосферой, которую сохранил и донес до нас наш основатель и первый директор Герш Ицкович Будкер.
В Курчатовском институте, несмотря на всю его закрытость и особую важность проводившихся тогда работ, царила атмосфера безграничной свободы и творчества. Ученик Будкера Спартак Тимофеевич Беляев вспоминал, как один аспирант спросил своего руководителя, академика Мигдала: «Чем мне заняться?». И услышал: «Ты же научный сотрудник, следовательно, сам должен найти ответ на этот вопрос».
Научная свобода, отсутствие барьеров и ограничителей — это основа того микроклимата, который позволяет людям разных поколений с разными научными заслугами работать вместе в единой команде, поддерживая друг друга.
Институт атомной энергии имени И. В. Курчатова. Графитовая кладка первого в Европе и Азии ядерного реактора «Ф-1», запущенного академиком Игорем Курчатовым в декабре 1946 года
Эту основу Будкер перенес из Курчатовского института на новосибирскую землю, где она дала замечательные всходы.
М. К.: «Оттепель» 1960-х годов была отражением этой атмосферы. И курчатовский Дом ученых был тогда одной из основных площадок для встреч и общения физиков и лириков.
Глава Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук
П. Л.: В истории института не менее важными были и конкретные научные идеи, находки и революционные предложения, которые тоже родились еще в Курчатовском институте. Коллайдеры, ускорители частиц на встречных пучках, в том числе электрон-позитронный коллайдер, где сталкиваются материя и антиматерия, — родились здесь. Идеи создания термоядерных установок — тоже. В лучшем смысле можно считать ИЯФ имени Будкера частью Курчатовского института, который дал старт не только нашей, но и многим другим научным организациям новосибирского Академгородка.
М. К.: Приятно такое слышать про Курчатовский институт, но я взглянул бы даже шире. В этом году исполняется 100 лет со дня основания Физико-технического института имени Иоффе, 75 лет Курчатовскому институту, 60 лет вашему. Выдающийся советский ученый Абрам Федорович Иоффе фактически основал отечественную физику твердого тела, создал уникальную научную школу. Курчатовский институт зародился и так быстро и успешно развивался, во многом, благодаря «детскому саду папаши Иоффе» — тех в будущем блестящих ученых, которых он пестовал. Многие из них стали костяком советского атомного проекта:
Курчатов, Александров, Харитон, Будкер... Такие глубинные научные школы — глобальный бренд нашей науки.
П. Л.: Основой первой научной программы нашего института стали два направления: физика элементарных частиц на основе коллайдеров и физика плазмы и управляемого термоядерного синтеза.
Коллайдеры в то время были совершеннейшей диковинкой. Мало кто верил, что, сталкивая маленькие частички друг с другом, можно изучать основы мироздания.
Сотрудники научного центра во время технических работ на сферическом нейтральном детекторе, установленном на коллайдере ВЭПП-2000 в Институте ядерной физики имени Г.И. Будкера в Новосибирске
Но надо отдать должное мудрости Курчатова. Несмотря на три отрицательные заключения авторитетнейших физиков относительно возможности использования встречных пучков, он разрешил Будкеру заняться этой темой и выделил на нее ресурсы. И получилось!
Параллельно получилось еще в одной лаборатории — в Стэнфорде. С тех пор наши лаборатории вели непрерывное состязание. Но при этом помогали друг другу идеями и техническими решениями. Это было настоящее партнерство. Несмотря на все политические сложности, физики во всем мире всегда поддерживали друг друга.
М. К.: Это и есть то, что называется «здоровая конкуренция».
П. Л.: Новое направление, которое возникло на основе коллайдеров, — лазеры на свободных электронах, синхротронное излучение, специализированные источники. Это отдельная страница истории института.
Фактически образовалось новое направление науки — не только у нас, но и во всем мире. В нашем институте работает единственный в России и один из лучших в мире лазеров на свободных электронах. Научные школы, которые здесь действуют, позволят сделать новый шаг в мультидисциплинарную область. Технологии применения таких лазеров будут развиваться и всё шире использоваться, давать новые и фундаментальные, и практические результаты.
М. К.: Итак, второе ваше направление, после ускорительной физики, — лазеры на свободных электронах. Давайте вспомним и о третьем — о термоядерной физике.
П. Л.: Это совершенно удивительная область современной науки, динамично и бурно развивающаяся. Недаром в университете и институте кафедра физики плазмы — одна из самых популярных. Туда идут, как правило, самые сильные ребята и остаются работать в России. Не только у нас, но и в Курчатовском институте, и в международных проектах типа ITER и Tri Alpha.
М. К.: Именно у вас были впервые созданы так называемые открытые ловушки.
СССР. Новосибирск. 24 марта 1989 г. Составная часть гофрированной ловушки - генератор импульсного напряжения У-3. Авторы научной идеи: академик Г. Будкер и физики В. Мирнов, Д. Рютов
П. Л.: Это еще одна идея нашего основателя, академика Будкера, оказавшаяся удивительно плодотворной. Чтобы запустить термоядерную реакцию, нужно нагреть вещество до очень высокой температуры...
М. К.: По сути, мы должны повторить процессы, происходящие на Солнце, — синтеза легких атомов, в результате чего выделяется огромное количество энергии. Чтобы воспроизвести эти процессы на Земле, необходимо создать плазму с температурой в десятки и сотни миллионов градусов Цельсия. Дальше возникает вопрос: как удержать в стабильном состоянии плазменный шнур с температурой 100 млн градусов? Ведь не существует материала, способного выдержать такую температуру: всё испарится мгновенно.
И тут есть разные решения. В Курчатовском институте, например, придумали тороидальную камеру с магнитными катушками — всем известный токамак. Это пространственный тор, бублик, в котором плазма удерживается магнитным полем.
П. Л.: А наш вариант — открытые ловушки, когда кольцо разворачивается в линейную систему, и магнитное поле принимает форму бутылки с узкими горлышками по краям. Чтобы плазма не вытекала, бутылка с двух сторон закупорена магнитным полем. Но если с одной из сторон бутылку откупорить, то можно создать мощный поток частиц в определенном направлении. Получится двигатель. Очень эффективный плазменный космический двигатель. Именно такие работы у нас ведутся сейчас совместно с Курчатовским институтом.
М. К.: Еще насущная потребность человечества — полеты в дальний космос... В сущности, сегодняшняя космонавтика вся баллистическая, как полет Мюнгхаузена на ядре. Ракетный двигатель отрабатывает на старте, придает ускорение, а дальше космический аппарат уходит в свободный баллистический полет. Для дальнего космоса надо создать принципиально новый двигатель, который позволит плавать в космическом пространстве, как подводная лодка: снижать скорость, менять направление, причаливать. Например, причалить к астероиду достаточной площади, установить на нем небольшую атомную станцию и создать поселение, а оттуда уже двигаться дальше, на Марс. Но для этого нужно иметь принципиально новый двигатель. Поэтому открытые ловушки — важнейший элемент для нового витка успехов в космосе.
П. Л.: Свежие новости с этого фронта: открытые ловушки уже догоняют токамаки по многим ключевым параметрам: температура нагрева плазмы, время удержания. Здесь есть большие перспективы, потому что в таких системах легко нарастить мощность линейным повторением: цепляете одну к другой и получаете дополнительную ступень, как в линейном ускорителе.
М. К.: Если удастся реализовать в космосе термоядерную реакцию в таком виде, мы получим практически неограниченный источник энергии.
П. Л.: Но для этого нужны совершенно новые технологии. Над ними мы сейчас и работаем. Требуются новые материалы, необходимо новое понимание их физики, их поведения в экстремальных ситуациях. Мы учимся создавать такие материалы, которых не было никогда прежде. Нашу цивилизацию в ближайшее время ждет много интересного в этой области.
Директор Института ядерной физики имени Г. И. Будкера Павел Логачев
М. К.: Наши институты, активно работая вместе с институтами космического профиля и промышленными учреждениями, думаю, в обозримом периоде должны достичь серьезных успехов. Мы всегда умели делать такие вещи.
П. Л.: Для этого есть мощное основание: сейчас создается новая программа развития термоядерного направления в России. Участвуют прежде всего Курчатовский институт, Росатом, наш институт, Физтех, Институт прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде. Это серьезное направление даст много еще не предсказанных выходов в практику — и в медицину, и в новые решения в материаловедении.
М. К.: Всякое новое дело автоматически, обязательно встречает сопротивление. Вот вы вспоминали про коллайдер на встречных пучках, созданный, несмотря на три отрицательных заключения...
П. Л.: Это очень важно — не скупиться на фундаментальную науку. Этот вопрос возникает постоянно, потому что всегда есть более насущные задачи у государства: пенсионеры недовольны, с медициной не всё идеально, с жильем. Зачем при таких обстоятельствах вкладывать огромные деньги в науку?
Чтобы ответить, предложу такую аналогию: вот родители решают, заводить им ребенка или нет. Сейчас заводить или попозже, когда на ноги встанут? Сегодня денег не хватает, квартира маленькая, с работой проблемы. А ребенка надо одевать, учить, лечить, воспитывать. Нет, лучше пока не торопиться.
А в это время другие родители в таком же положении решают, что дети — это высшее счастье, и будь что будет: заводят одного, второго, третьего. Потом ребятишки вырастают, трудности уходят, и приходит счастье. А если б вовремя не завели детей — счастья бы не получилось.
Фундаментальная наука и мегаустановки — это как дети общества. Кто-то думает, что это тяжело и накладно, и вообще сейчас не время. Но в конечном счете именно с этой стороны к человечеству приходят радость и счастье.
М. К.: Я даже больше скажу. Если семья не торопится заводить детей, то это со временем все-таки можно поправить. А вот если неправильно определить приоритеты развития страны... Представьте, если бы после войны власть послушалась бы не Курчатова с небольшой группой ученых, которые продвигали развитие ядерных технологий, а других людей — тоже выдающихся, но ретроградов. Правильный выбор приоритетов определяет зачастую будущее развитие не только отдельных стран, но и всего мира.
