Молодежь и наука

Николай Азарян: "Мне повезло с учителями..."

Лауреатом премии губернатора Московской области в сфере науки и инноваций 2018 года стал научный сотрудник Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ Николай Сергеевич АЗАРЯН за работу "Проектирование сложных технических систем для ускорителей и детекторных комплексов". Сегодня мы представляем лауреата читателям нашего еженедельника.

- Я учился в Костромском госуниверситете, уже со второго курса занимался научными исследованиями на родной кафедре материаловедения. В 2005 году, на четвертом курсе, с группой студентов приехал в ОИЯИ на практику. Мы побывали в нескольких научных группах, узнали, кто чем занимается. В основном, это была фундаментальная физика, физика частиц. Тогда же я узнал о существовании ядерной медицины и захотел этим заниматься. К тому же меня в научных исследованиях больше привлекали технические и прикладные задачи, поэтому я выбрал для дипломной практики отдел новых ускорителей ЛЯП, где с 2006 года начал работать инженером.

Тогда в лаборатории планировалось изготовление ускорителей для медицины. Я участвовал в проекте циклотрона для ПЭТ-томографии, который, к моему большому сожалению, не был завершен. Под руководством Г.А.Карамышевой и Ю.Г.Аленицкого для этого циклотрона был изготовлен электромагнит и проведены работы по формированию магнитного поля, в которых я принимал участие, а также спроектирована вакуумная система. Тогда же я занимался НИОКР для других циклотронов: были разработаны и изготовлены два ионных источника и мишенное устройство. В этих работах был предложен и применен ряд технических решений, минимизировавших время пребывания персонала в радиоактивной зоне.

Затем я познакомился с Элкуно Аврумовичем Перельштейном - замечательным человеком и ученым, который, к большому сожалению, недавно ушел из жизни. С ним мы выполнили расчеты по компьютерному моделированию коллективного ускорения ионов. Предложили и запатентовали новый метод ускорения ионов и разработали новую конструкцию ионного источника на основе этого метода.

В 2009 году Ю.А.Будагов пригласил меня в свою команду для выполнения инициированного и руководимого им проекта по созданию сверхпроводящих Nb резонаторов для ускорителя ILC. В созданной им коллаборации с крупным научно-исследовательским центром Белоруссии мне посчастливилось найти достойное применение и выражение моим научным интересам, личным возможностям и вузовскому образованию. В этой работе вместе с белорусскими коллегами мы изготовили три сверхпроводящих резонатора. С белорусской стороны тогда эту работу вел М.А.Батурицкий, замечательный ученый и инженер с огромным опытом проведения физического эксперимента, с которым поучительно и приятно работать. По этой работе я написал диссертацию, защита которой состоится в апреле. Сейчас это продолжилось в ЛФВЭ - на основе данной технологии будет создан инжектор легких ионов для проекта NICA. Я очень рад, что в нашем Институте развиваются эти разработки - это основа ускорительной техники будущего.

Ко времени моего прихода к Ю.А.Будагову под его научным руководством была реализована программа создания так называемых модулей адронного калориметра ATLAS для LHC. Производство этих модулей в ЛЯП, а в последующем и сборка 1200-тонного калориметра оказались комплексной научно-технической задачей. Она успешно выполнена благодаря серии оригинальных аппаратно-программных решений и конструкторских находок. В их числе наиболее наукоемкой и удачной, и поэтому долгоживущей и перспективной оказалась предложенная и разработанная М.В.Ляблиным с коллегами лазерная измерительная система. Из этих работ в ОИЯИ зародилось научное направление по прецизионной лазерной метрологии, к которому я подключился, придя в научно-экспериментальный отдел множественных адронных процессов. Общее научное руководство этой тематикой в ЛЯП осуществляет Ю.А.Будагов, а помогает ему М.В.Ляблин, и он, наверное, сможет лучше рассказать о текущих работах.

- Работы по метрологии возникли из одной большой и интересной задачи нашего отдела - сборки модулей адронного калориметра ATLAS, - присоединился к разговору Михаил Васильевич Ляблин. - Благодаря творческой активности Юлиана Арамовича наша команда одной из первых включилась в разработку и создание спектрометра ATLAS. Стояла задача изготовить 65 модулей ядерного абсорбера тайл-калориметра. Модули представляли собой крупногабаритные и массивные объекты, выполненные из металла, длиной примерно 6 м, шириной 2 м, толщиной 40 см. И важно было поставить эти объекты с точностью лучше, чем 300 мкм. Это очень высокая точность, и тогда мы изобрели новую лазерную измерительную систему, на основе которой собрали 65 таких модулей. Все модули были собраны в ЛЯП. Они составили самую массивную основу установки ATLAS - примерно 1200 т, которую необходимо было собрать в замкнутую самоподдерживающуюся структуру. Мы, с помощью наших лазерных приборов, смогли эту структуру собрать с точностью лучше проектной. Получается, что метрология фактически определила успех всего предприятия, и на основе этого началось ее развитие в ЛЯП.

Одно из наших изобретений, которое имеет хороший резонанс, - прецизионный лазерный инклинометр. Выяснилось, что мы можем мерить наклоны земной поверхности с точностью, превышающей предыдущие измерения не в один-два, а в тысячу раз. Фактически это новое представление данных: у нас чувствительность настолько высока, что мы видим все известные микросейсмы на поверхности Земли. Стала актуальной задача использовать эти данные для того, чтобы каким-то образом стабилизировать, например, процессы на LHC. Микросейсмы меняют геометрию пучков, и, соответственно, изменяется положение фокусов частиц и так далее. Если мы знаем, как колеблется Земля, то можем это учесть и стабилизировать пучки, тем самым повысив главный параметр коллайдера - светимость, а значит, сократив время эксперимента. А эксперименты сейчас идут не месяц, не два, а десятилетия. А если мы увеличим светимость в 10 раз, то эксперимент можно проводить вместо 10 лет один год.

Это становится очевидным особенно в связи с планами создания нового коллайдера FCC. Он по масштабам значительно превышает LHC - по диаметру и длине в четыре раза, и ясно, что масштабы воздействия микросейсмов на этот коллайдер будут выше, чем на существующий. Мы создали не только идеологию и сам прибор, мы создали прецедент, когда при помощи нескольких инклинометров можно видеть прохождение сейсмических волн по поверхности Земли.

Более интересная и важная задача, решаемая при помощи этого прибора, - предсказание землетрясений. Прибор меряет не только такие быстрые процессы, как прохождение сейсмических волн, но и медленное изменение ландшафта. Возможности прибора в этом смысле уникальны. Мы можем смотреть, как меняется ландшафт в течение года. И если будем выявлять так называемые зоны накопления сейсмической энергии и наблюдать их более тщательно другими приборами, то можно определить то время, когда землетрясение неизбежно должно произойти в течение одного дня.

В районах, где происходят масштабные землетрясения, есть возможность применить следящую систему на основе инклинометра. Один прибор мы поставили в прошлом году в международной геофизической обсерватории в Армении. Мы получаем оттуда данные, подтверждающие сейсмоопасность района. Для армянских геофизиков это абсолютно новая, интересная деятельность. Наш прибор компактный, легко транспортабельный, весит около 40 кг. Он не требует каких-то больших специальных выработок в скальном грунте, как необходимо, например, для приборов, изучающих деформацию поверхности Земли.

Помимо инклинометров в метрологической лаборатории ЛЯП мы развиваем ряд направлений с использованием лазерного луча. Например, сейсмоизолированная платформа - очень интересный и актуальный объект. Во многих физических экспериментах, в которых есть, например, подвес чувствительного элемента, важен наклон Земли по углу. Особенно в экспериментах по поиску гравитационных волн. Коллаборации LIGO, VIRGO, проект в Японии, на подходе - масштабный проект Einstein, - и во всех этих гравитационных антеннах наш прибор найдет свое применение. Сейсмоизолированную платформу можно использовать для постановки новых интересных опытов. Например, крайне важно измерить гравитационную постоянную с большей точностью. Сегодня она измерена с относительной погрешностью 0,5х10^-4, тогда как все остальные мировые константы измерены в десять тысяч раз лучше. Наконец, сейсмоизолированная платформа наверняка пригодится в индустриальных задачах изготовления точной микроэлектроники, где требуются ангстремные точности.

Вернемся к идее создания будущего коллайдера FCC длиной 100 км с множеством ускорительных блоков. Команде измерителей потребуется несколько месяцев, чтобы обойти эти 100 км и измерить геометрическое положение коллайдера. А если, например, измерить их положение необходимо за одну ночь?.. С такой задачей может справиться роботизированная измерительная система на основе тех приборов, что мы уже создали. Инклинометр и лазерный автоматический тахеометр - это роботизированный теодолит, измеряющий угловые координаты и расстояния автоматически. Создание такой роботизированной системы - наша задача на долгие годы. FCC будет запущен примерно в сороковых годах этого столетия, и наши системы там будут востребованы - принципиальное понимание на этот счет уже есть.

Н.С.Азарян и М.В.Ляблин за юстировкой оптики на абсолютном измерителе длины.

- Вы тогда должны обеспечить производство необходимого количества приборов?..

- Подобный опыт у нас уже есть с прецизионным лазерным инклинометром: по разработанной нами конструкторской документации в мастерских ЛЯП изготовили два прибора в рамках первого этапа, а сейчас - еще шесть. И шесть приборов изготовлены уже за более короткий период. В мастерских ЛЯП, наверное, можно сделать десять приборов за год. Сегодня потребность в них - не больше. Сейчас созданные в ЛЯП приборы едут в ЦЕРН, где для нас созданы уникальные условия для создания сети инклинометров по окружности тоннеля LHC. Именно здесь мы сможем продемонстрировать нашу инновационную технологию учета сейсмических колебаний на коллайдерных экспериментах.

Дирекция ЛЯП создала нам необходимые условия - мы получили метрологическую лабораторию, оборудованную оптическими столами и прецизионным кондиционированием, в которой можно на профессиональном уровне проводить все исследования, что мы и делаем. Сейчас у нас в производстве сразу несколько экспериментов: абсолютный, не зависящий от температуры воздушной среды, измеритель длины, который необходим для связи координатных систем. Есть задача лазерной реперной линии - необходимая вещь для измерений оборудования в радиационных условиях.

- Оцените, пожалуйста, вклад Николая в работу группы метрологии.

- Николай создает электронику для нашего прецизионного лазерного инклинометра, программирует ее. В результате мы можем дистанционно включать, настраивать эти приборы, менять мощность лазера, проводить калибровку, то есть прибор полностью автоматизирован. Целиком заслуга Николая в том, что, находясь в Дубне, можно видеть данные сейсмической обстановки в Армении, в ЦЕРН. Сейчас инклинометр ОИЯИ - профессиональный прибор, конструкция которого тщательно продумана как для удобства эксплуатации, так и для его производства. В это Николай также внес существенный вклад - он постоянно сопровождал конструкторскую разработку и изготовление прибора в мастерских ЛЯП.

Сейчас комплекс наших приборов нашел свое применение, ЦЕРН в нем заинтересован, и Коля решает следующую задачу: ясно, что система будет состоять из сети инклинометров, нужно организовать их синхронную работу, где-то накапливать все потоки данных, обрабатывать их и получать трехмерную карту поверхности Земли, на которой мы наблюдаем прохождение волн.

Мы фактически решаем ту же задачу, что и проект ЦЕРН High luminosity по увеличению светимости коллайдера за счет увеличения количества частиц в пучке. В нашем случае мы сейсмостабилизируем при помощи сети ПЛИ положение фокусов пучков в зоне столкновения и затем, уменьшая диаметры фокусов, увеличиваем светимость коллайдерного эксперимента. Таким образом, у нас светимость возрастает при том же количестве частиц. Эта альтернатива всем очень нравится, она относительно дешева и легко применима во всех коллайдерах.

А потом мне показали новую, с иголочки, метрологическую лабораторию, которая обустраивается параллельно с созданием и проверкой новых приборов. И заключительное слово - Николаю Азаряну:

- В ОИЯИ я работаю достаточно долго, и, оглядываясь на прошлое, вижу очень большие изменения в нашем Институте, особенно, в последние годы. Улучшилось финансирование, благодаря поддержке дирекции ЛЯП мы в нашем отделе создали прекрасную метрологическую лабораторию, нет той острой нужды в обеспечении материалами и оборудованием, как было всего десять лет назад. Сейчас мы можем полноценно воплощать наши идеи и разработки в железе, и спасибо руководству, которое обеспечило нам такие условия для работы.

Ольга ТАРАНТИНА,
фото ЛЯП