В научных центрах стран-участниц

ПИЯФ: сотрудничество по всем направлениям

С докладом о состоянии дел на реакторном комплексе ПИК на форуме "Международные проекты класса мега-сайенс", прошедшем в декабре в Дубне, выступил директор ПИЯФ НИЦ "Курчатовский институт" член-корреспондент РАН В.Л.Аксенов. В 48-м номере нашей газеты за 2014 год были опубликованы краткие тезисы этого доклада. Редакция попросила Виктора Лазаревича подробнее рассказать о реализации проекта и перспективах развития сотрудничества с ОИЯИ.

Строительство первого пускового комплекса реактора ПИК было завершено в 2009 году. В декабре 2013-го закончилось строительство второго и третьего пусковых комплексов. После окончания процедур оформления мы планируем в начале 2015 года приступить к реализации двух инвестиционных проектов: "Модернизация инженерно-технических систем обеспечения эксплуатации реактора ПИК и его научных станций" и "Реконструкция лабораторного комплекса реактора ПИК", цель которых - полное завершение работ. В результате в 2017-2018 годах должен состояться энергетический пуск реактора с последующей сдачей его в эксплуатацию в 2019 году.

В мае 2013 года Президент РФ В.В.Путин поддержал предложение НИЦ "Курчатовский институт" о создании 20 новых экспериментальных станций и их инженерной инфраструктуры. На базе реакторного комплекса ПИК планируется создание Международного центра нейтронных исследований (МЦНИ). Нашими стратегическими партнерами стали Исследовательский центр в Геестхахте и Исследовательский центр в Юлихе (оба - Германия), с которыми были подписаны соглашения о сотрудничестве.

Реактор ПИК, наряду с реактором Института Лауэ - Ланжевена (Франция) и строящимся в Швеции импульсным источником ESS, включен в качестве базы для исследований в стратегию развития нейтронных наук в Европе. Формирование научной программы и программы создания приборной базы ПИК проходит в координации с другими нейтронными центрами, в первую очередь с Объединенным институтом ядерных исследований, Исследовательским центром Юлиха на базе реактора Технического университета Мюнхена, ИЛЛ и ESS. Наиболее эффективное использование источника нейтронного излучения возможно только в том случае, если высокоэффективные пучки нейтронов, выводимые из высокопоточного реактора, доставляются без потерь к экспериментальным установкам, позволяющим проводить самые передовые исследования. Поэтому обе составляющие, то есть высокая производительность самого источника нейтронов и современный уровень приборной базы, имеют равное значение для успешной реализации научных программ МЦНИ на реакторе ПИК.

По конструкции, физическим и техническим характеристикам реактор ПИК остается непревзойденным в реакторостроении, а с точки зрения экспериментальных целей после пуска станет уникальной базой научных исследований в России. Экспериментальные возможности реактора ПИК определяются не только высокой интенсивностью нейтронных пучков (до 5x10¹⁵ н/см²с), но также наличием источников холодных, ультрахолодных и горячих нейтронов. Таким образом, в сравнении с существующими исследовательскими реакторами, ПИК предоставит уникальные возможности как для углубления исследований, проводимых с использованием нейтронов, так и для проведения новых исследований, недоступных в настоящее время на отечественных исследовательских реакторах.

По своим параметрам и экспериментальным возможностям реактор ПИК превосходит все действующие исследовательские реакторы, в том числе единственный в мире аналог - реактор HFR в ИЛЛ. Реактор ПИК имеет 10 горизонтальных, 6 наклонных и 6 вертикальных каналов для вывода пучков нейтронов и облучения образцов. Девять нейтроноводных систем позволяют транспортировать нейтроны к экспериментальным установкам, расположенным в нейтроноводном зале в бесфоновых условиях. Всего в трех экспериментальных залах комплекса планируется обеспечить до пятидесяти позиций на пучках, на которых одновременно могут вести эксперименты различные исследовательские группы.

В нашей концепции научной программы и программы создания приборной базы особое место занимает сотрудничество с Объединенным институтом ядерных исследований. Во-первых, это касается самих приборов экспериментальных станций. В разработке концепции всех приборов активное участие принимали физики из ЛНФ имени И.М.Франка. Надо отметить большой вклад отдела физики конденсированного состояния, поскольку уровень понимания методики эксперимента и процессов, изучаемых с помощью рассеяния нейтронов, в ЛНФ очень высокий. Во всех рабочих группах участвовали сотрудники ЛНФ и практически везде они играли ведущую роль. Особенно я хотел бы отметить участие коллег из отдела физики ядра, поскольку существенное место в программе будущих исследований на ПИК занимает физика ультрахолодных нейтронов. Я напомню, что ультрахолодные нейтроны (УХН) были открыты именно в Дубне, в группе Федора Львовича Шапиро в 1968 году. С тех пор развился, по существу, отдельный раздел физики - физика УХН. Эти исследования продолжаются и сегодня. В первую очередь это касается изучения фундаментальных свойств материи, связанных с фундаментальными симметриями, с фундаментальными законами природы, - с помощью исследования свойств нейтрона - это время его жизни и электрический дипольный момент. И как раз в этом направлении группы из ЛНФ и ПИЯФ лидируют в мире, поэтому естественно, во-первых, желание объединить усилия этих двух групп, а, во-вторых, вернуть, если так можно выразиться, физику ультрахолодных нейтронов на родину, в Россию. Поскольку для получения УХН современными методами требуются высокопоточные источники нейтронов постоянного действия, а ИБР-2, напомню, - импульсного действия, для данной задачи нужен средний высокий поток. И, в основном, физика УХН реализуется в ИЛЛ в Гренобле. Реактор ПИК будет мощнее реактора в Гренобле, с большим нейтронным потоком, поэтому у нас есть все основания переместить эту область исследований в ПИЯФ - на современном уровне понимания, с большими техническими возможностями для проведения эксперимента. Это - что касается традиционных подходов.

А в Дубне совместно с ИЛЛ разрабатывается источник УХН нового типа, который будет установлен не вблизи зоны реактора, а на выведенном пучке с использованием сверхтекучего гелия. Группа физиков ЛНФ: А.В.Стрелков, А.Ю.Музычка, Е.В.Лычагин, В.Н.Швецов вместе с В.Несвижевским (ИЛЛ), - предложили такой источник нейтронов. Он, как ожидается, даст в 100 раз больше УХН, что существенно продвинет исследования в этой области - не только в изучении фундаментальных свойств нейтрона, но и в использовании УХН для изучения поверхности наноматериалов, где открываются совершенно новые возможности, вплоть до изучения поведения отдельных атомов.

Любая новая установка с рекордными параметрами с неизбежностью ведет к новым возможностям физических исследований. В частности, реактор ПИК обладает такой конструктивной особенностью: у него есть центральный канал, в котором очень высокая плотность нейтронов. Мы планировали его использовать для задач радиационного материаловедения и для получения мишеней, применяющихся в нейтринной физике для изучения свойств нейтрино. Исследования в этой области ведутся на так называемой короткой базе, и сейчас они в Гатчине активно развиваются. Уже проведены тестовые эксперименты вблизи мощного реактора в Димитровграде. И здесь я вижу очень широкое поле для взаимодействия с ОИЯИ в самой актуальной области физики, связанной с фундаментальными взаимодействиями, фундаментальными симметриями в нейтринной физике. ПИЯФ был бы очень заинтересован в сотрудничестве, поскольку Дубна - родина не только УХН, по существу, это и родина нейтрино, связанного с именем Бруно Понтекорво. Как раз вчера мы обсуждали эти вопросы с директором ОИЯИ В.А.Матвеевым и вице-директором Г.В.Трубниковым - возможность включения ПИЯФ в большую содержательную программу физики нейтрино, которую ОИЯИ в настоящее время реализует в Дубне в кооперации, в первую очередь, с Институтом ядерных исследований РАН в Троицке.

Совсем недавно Юрий Цолакович Оганесян предложил использовать реактор ПИК для дооблучения калифорния-251, который в большом количестве находится в Окриджской национальной лаборатории в США и часть его предоставили ЛЯР. Но поскольку эти источники были получены довольно давно, в них идут процессы распада, то их необходимо приготовить для дальнейших работ на фабрике сверхтяжелых элементов. Мы несколько раз с Ю.Ц.Оганесяном обсуждали этот вопрос, сотрудники ПИЯФ подключены к расчетам, и я думаю, это будет интересное взаимодействие в новом для Гатчины направлении, связанном с интереснейшей областью физики - сверхтяжелыми элементами, приближением к острову стабильности, ради чего все эти исследования и ведутся.

В концепции развития приборной базы большое внимание уделяется информационному обеспечению. Вместе с "Курчатовским институтом" мы создаем достаточно мощный вычислительный комплекс, который будет обеспечивать обработку данных всех источников нейтронного и синхротронного излучения нашей страны. И опыт Лаборатории информационных технологий ОИЯИ нам, несомненно, пригодится, поскольку то, что было начато еще Николаем Николаевичем Говоруном и успешно развито его последователями, выросло в один из лучших в мире вычислительных центров. Он позволяет производить обработку огромных массивов экспериментальных данных, и, что очень важно, на этом основано международное сотрудничество между различными центрами.

Еще одна область взаимодействия с Дубной, очень перспективная и важная, уже сейчас развивается в Гатчине на существующем протонном ускорителе и будет продолжена на реакторе ПИК, поскольку в научной программе специальный раздел отведен наработке изотопов для медицинских целей. Возможности ОИЯИ по созданию медицинских ускорителей и другой техники для медицины очень интересны и полезны, и мы постараемся эти возможности тоже использовать. Тем более, что сейчас в России поддержана масштабная программа по развитию ядерной медицины. Эта программа была инициирована генеральным директором НИЦ "Курчатовский институт", членом-корреспондентом РАН М.В.Ковальчуком. На первом ее этапе предполагается создание двух больших радиобиологических кластеров: в Москве в "Курчатовском институте", я думаю, что Дубна внесет большой вклад в развитие этого кластера. Второй - в Санкт-Петербурге и Гатчине, где Гатчина будет играть роль ядерного центра, в котором разрабатываются технологии для медицины и технологии получения изотопов для медицины.

И конечно, важнейшим компонентом всей этой деятельности является образовательная программа, поскольку все это железо не имеет никакого смысла, если не будет людей, которые смогут на нем работать. Конечно, такие масштабные проекты, как реактор ПИК, ускорительный комплекс NICA, фабрика сверхтяжелых элементов создаются с расчетом на ближайшие несколько десятилетий. Очевидно, что, главная задача на сегодня - это подготовка молодежи, подготовка кадров. В этом отношении, я думаю, у нас есть хорошие основания для глубокого сотрудничества. Что касается нейтронной физики, то работает моя кафедра нейтронографии в МГУ, три года назад мы открыли новую кафедру нейтронной и синхротронной физики в СПбГУ и сейчас уже наладили сотрудничество между двумя университетами с использованием экспериментальной базы реактора ИБР-2. Так что практическая подготовка специалистов уже началась и будет идти на реакторе ИБР-2. Это один из лучших в мире реакторов, здесь очень хорошо отработана программа пользователей. А будут выпускники работать в Гатчине или Дубне - это их выбор, - нам, по большому счету, неважно, поскольку я рассматриваю ПИЯФ и ОИЯИ как некий единый комплекс. Это два источника нейтронов разного типа, это разные техники эксперимента, и всегда бывает полезно провести исследования одного и того же явления с использованием двух этих источников.

Учитывая то, что реактор ПИК будет использоваться не только для исследований по физике конденсированных сред, но и в ядерной физике, то магистерская программа на моей кафедре в МГУ расширена не только на физику наносистем, но и на нейтронную ядерную физику. Мы расширяем и тематику лекций - сейчас у нас читают лекции В.Н.Швецов, Е.В.Лычагин. И в этом смысле для нас становится важным взаимодействие с другой дубненской кафедрой - кафедрой физики элементарных частиц НИИЯФ МГУ, которую основал В.И.Векслер, потом долгие годы возглавлял Б.М.Понтекорво, затем В.Г.Кадышевский. Сейчас ею руководит В.А.Матвеев, с которым мы уже обсудили возможности нашей кооперации для междисциплинарного образования с использованием всех экспериментальных возможностей, всех уникальных установок ОИЯИ и ПИЯФ.

Материал подготовила Ольга ТАРАНТИНА, фото Елены ПУЗЫНИНОЙ