Проекты XXI века

О мегапроектах в России и в Дубне

Доклад, подготовленный и опубликованный 5 декабря Российской ассоциацией содействия науки (РАСН), посвящен анализу возможностей и препятствий на пути развития современной и мощной науки в нашей стране. В докладе предложены краткосрочные и долгосрочные решения, которые позволят остановить упадок науки и вновь сделать российские научные разработки востребованными и конкурентоспособными. Необходимыми условиями для этого являются переход к более эффективным методам управления, устранение бюрократических препон, создание условий для притока в науку хорошо подготовленных и мотивированных людей.

РАСН надеется, что в ходе широкой общественной дискуссии по данным материалам удастся сформулировать конкретные рекомендации по совершенствованию существующей политики государства в научно-технической сфере.

Сегодня мы публикуем (в сокращении) один из разделов доклада, посвященный в том числе и Дубне.

В июле 2011 г. на совещании в Дубне российские ученые предложили новый способ возрождения и поддержки науки. Речь шла о том, чтобы запустить на территории Российской Федерации мегамасштабные научные проекты по образцу нашумевшего адронного коллайдера. Предложение было оформлено под соответствующим названием "Проекты MegaScience", а общий бюджет составил 133 миллиарда рублей. Часть проектов в минимальных объемах была профинансирована и по ним началась работа. Сегодня вопрос стоит следующим образом - доводить ли эту идею до логического конца или отказаться от ее реализации.

На упомянутом заседании в Дубне в пользу проектов MegaScience было высказано два основных соображения: это вдохнет новую жизнь в умирающую отечественную науку, а также даст ценные знания об устройстве Вселенной...

В целом доводы оппонентов проектов MegaScience основывались на сомнении в том, что России нужны столь масштабные проекты, учитывая непонятные перспективы их практической реализации. Однако давно известно, что масштабные фундаментальные исследования способны создать качественно новые знания об окружающем мире... Российских ученых, выступивших с проектом MegaScience, интересуют именно те области мироздания, где задействованы большие силы и высокие энергии. Фундаментальные знания на субъядерном уровне могут очень скоро обернуться гигантскими выгодами. Не исключено, что и экстремальные состояния ядерных частиц в скором будущем найдут свое применение в технологических приложениях.

Пока уровень неопределенности результатов в представленных проектах достаточно высок, но стоит положиться на компетентность российских ученых. Разговор лучше вести не с позиции "выброшенных денег", а с позиции "высокорискованных инвестиций". Вполне возможно, что подобные инвестиции окупятся в ближайшем будущем как минимум получением доступа к "прирученной энергии", причем в гигантских количествах. Впрочем, каким образом шесть отдельных локальных экспериментальных комплексов могут способствовать оздоровлению всей российской науки? Ключевую роль здесь играет масштабность проекта. В свое время именно подобные амбициозные проекты позволили Советскому Союзу стать великой научной державой.

Работа в крупном, известном на мировом уровне научном проекте дает любому ученому огромную прибавку в статусе, что принципиально значимо для отечественных специалистов, которые за последние 20 лет оказались на "социальной периферии". Реализация проектов даст сигнал всему обществу, что в нашей стране ученые вновь востребованы.

Долгосрочный масштабный проект со значительной долей вероятности станет базой для формирования сильных научных школ, которые возникают только вокруг большой и активно действующей научной инфраструктуры. Не случайно почти все ученые из бывшего СССР, которые успешно реализовали себя за рубежом, относят себя к той или иной известной школе - это ученики Капицы, Иоффе, Алферова. Они сегодня возвращаются в Россию, уже имея свои успешные инновационные бизнес-проекты. Если заработают большие установки, то появятся молодые генераторы великих идей, часть из которых сможет заложить новые традиции в рамках уже российской науки.

Наконец, масштабность проекта означает совсем другой уровень деятельности российских ученых в международном масштабе...

Второй фактор оздоровления науки кроется в выстраивании научно-производственной инфраструктуры. С одной стороны, осуществление любого из мегапроектов невозможно без больших дополнительных работ - строительства научных центров, оснащения их оборудованием, в том числе уникальным. Поскольку все комплексы будут находиться на территории России, большая часть заказов на создание элементов инфраструктуры будет передана российским компаниям...

С другой стороны, нужно учитывать еще одно важное преимущество проектов MegaScience. Они будут строиться не на пустом месте. В свое время Советский Союз опередил страны-конкуренты в строительстве гигантских исследовательских комплексов. Например, ПИК в Гатчине был заложен более 30 лет назад. Естественно, сейчас проект принципиально переработан. Технологии в нем - новые, а инфраструктура - уже имеющаяся. Такая ситуация прослеживается во всех шести проектах: заменяется и обновляется та часть советской инфраструктуры, которая устарела и развалилась, а рабочая часть заполняется новой "начинкой". В итоге за половину проектной стоимости возникает современная установка. С учетом "потерь" и расширения бюджета можно получить такую же или даже меньшую цену, которую платят развитые страны за сооружение у себя аналогичных научных объектов...

На данный момент в программу MegaScience включены шесть проектов. Первые два должны обеспечить новый рывок в ядерной науке и ядерной энергетике...

Сравнительный масштаб токамаков ITER и "Игнитор".

1. Реактор термоядерного синтеза в Троицке. Реактор "Игнитор" при сопоставимой мощности по проекту должен быть почти в 40 раз меньше (см. рисунок) своего ближайшего аналога, который сейчас строится во Франции (кстати, с участием России).

2. Лазер PEARL в Нижнем Новгороде может быть еще одним ключом к закрытой пока двери термоядерного синтеза. Его огромная мощность позволяет очень быстро нагреть небольшой объем вещества до 100-200 млн градусов, необходимых для начала термоядерной реакции. По сути, PEARL - это альтернатива токомаку "Игнитор", в котором нагрев плазмы должен происходить с помощью электрического тока.

Субпетаваттный лазерный комплекс. Установка 2006 года.

Какой из подходов окажется более перспективным пока сказать сложно - ученым как раз не хватает экспериментальных данных о том, что делает с веществом и с вакуумом лазерное излучение такой высокой мощности.

3. Высокопоточный пучковый исследовательский реактор (ПИК) в Гатчине - это гигантская по размерам, очень сложная и дорогостоящая разновидность микроскопа. В отличие от обычного микроскопа, где в качестве "щупа" используется видимый глазом свет, в Пучковом Исследовательском Комплексе применяется поток нейтронов (составных элементов атомного ядра).

Исследовательский нейтронный реактор ПИК в Гатчине.

С помощью такого инструмента можно получать информацию о том, что и как располагается внутри атомных ядер, как изменения в ядрах связаны с микро- и макроскопическими свойствами вещества. Самый простой и понятный прикладной аспект этого проекта - возможность изучения того, как меняются свойства материалов в условиях сильной радиоактивности. Это, в частности, необходимо для создания новых ядерных установок и научно обоснованного предсказания сроков службы их конструкционных материалов.

Ускорительно-накопительный комплекс Курчатовского источника синхротронного излучения.

4. MARS - источник синхротронного излучения (СИ) четвертого поколения, который планируется создать в "Курчатовском институте" в Москве. Синхротрон - это гигантское кольцо, в котором разгоняют до огромных скоростей небольшие количества заряженных частиц, например электронов. Каждый раз, когда разогнанный пучок электронов поворачивает (а электроны должны летать по кольцу), все электроны испускают энергию в виде кванта света. Испускаемый при поворотах такого пучка импульс излучения (синхротронное излучение) обладает уникальными характеристиками. Именно его используют для исследования по принципу работы обычного микроскопа, но точность, яркость и длина волны таковы, что дают возможность характеризовать структуру молекул. Особенно ценные достижения с помощью СИ были получены на биологических молекулах, фактически это способ исследовать логику работы биологических машин на самом глубоком молекулярном уровне. Четвертое поколение синхротронов имеет лучший набор характеристик из тех, что сегодня есть в мире.

Электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2000 ИЯФ в Новосибирске.

5. Электрон-позитронный коллайдер Института ядерной физики СО РАН в Новосибирске можно условно назвать "фабрикой очарованных частиц". В чем заключается его научная задача? С позиции простой логики, в нашей Вселенной должно быть поровну вещества и антивещества. Но если вещество регистрируется, то антивещество не найдено. Рабочая гипотеза состоит в том, что некоторые ядерные реакции могут создавать подобную асимметрию материи. Частицы для этих реакций ("очарованные D-мезоны") планируется получать и исследовать на коллайдере в Новосибирске. Для ответа на тот же вопрос создавался знаменитый Большой адронный коллайдер, только в этом случае накапливают и исследуют другие частицы - так называемые "прелестные".

Коллайдер тяжелых ионов предполагается строить на базе ускорителя Нуклотрон.

6. Ускорительный комплекс коллайдера тяжелых ионов NICA (Nuclotron-based Ion Collider facility) планируется построить на территории Объединенного института ядерных исследований в Дубне на базе действующего ускорителя Нуклотрон. Его главная задача - получать и исследовать свойства так называемой кварк-глюонной плазмы. Обычная плазма - такое состояние вещества, когда электроны не могут удерживаться вокруг ядер за счет сил притяжения их зарядов и существуют в виде смеси или газа. Кварк-глюонная плазма возникает, когда составные части ядер не могут больше находиться в единой структуре. Такая плазма предположительно возникает при температуре в триллионы градусов, именно в таком состоянии находилось все вещество сразу после Большого взрыва.

Полная версия: http://www.russian-science.com/files/file/survey_051212.pdf