Можем, когда надо: мегасайенсы современной России

224

Токамак Т-15МД

Порох в пороховницах

Чем более радикально мыслят аналитики и обозреватели, тем меньше к ним доверия. Особенно любят в последнее время пройтись по отечественному образованию и науке. По поводу общего, среднего и высшего образования поговорим в другой раз, а вот наука достойна быть разобранной здесь и сейчас. Тем более, совсем недавно как-то незаметно промелькнул День российской науки.
Для начала всем скептикам стоит напомнить про нашу легенду – Юрия Цолаковича Оганесяна. Академик знаменит на весь мир химическим элементом, названным в его честь. Это оганесон, и он искусственно создан в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне. Юрий Оганесян, к слову, руководит в нем Лабораторией ядерных реакций им. Г. Н. Флерова. Уникальность события в том, что Оганесян – второй в истории человек, в честь которого при жизни назвали химический элемент. Первым был Гленн Сиборг со своим сиборгием в 1997 году.
Сейчас многие страдают от отсутствия Нобелевских премий у отечественных ученых. Страдают, надо отметить, совершенно зря – премия давно стала совершенно политизированной наградой. Настоящий высший пилотаж и всемирное признание – это когда в честь исследователя называют химический элемент в периодической системе Д. И. Менделеева. У Юрия Оганесяна это случилось в 2016 году и стало настоящей мировой сенсацией. К слову, ученый в 90-е годы имел прямое отношение к открытию тяжелых элементов, в том числе того самого сиборгия.

Юрий Цолакович Оганесян
Достижения в области ядерной физики целиком и полностью базируются на советском наследии. Наукоград Дубна стал исследовательским центром мирового уровня еще в 1943 году, когда в СССР решились на собственную атомную бомбу. И с тех пор подмосковный городок с населением всего в 74 тысячи не терял своего научного значения. Так или иначе вся российская наука, прикладная и фундаментальная, берет свое начало в Советском Союзе. Конечно, развал страны не мог не сказаться на состоянии научной жизни. До 1991 года в НИИ и КБ трудились почти 2 миллиона ученых и конструкторов, а сейчас немногим более 660 тысяч. Более трех сотен исследовательских институтов были расформированы, а сотрудники были вынуждены искать новую работу. В подавляющем большинстве случаев она не была связана с интеллектуальной деятельностью. Но развалить советское наследство до основания, к счастью, не удалось.

Маркером развития любого государства является уровень его фундаментальной науки. Есть у тебя мегасайенсы, тогда ты в мировом топе. Если нет, то на вторых ролях. Это как членство в клубе ядерных держав, только гораздо менее затратно. Атомной бомбы у тебя может и не быть, но с фундаментальной наукой совладать обязан каждый уважающий себя национальный лидер. При этом никакого функционального ответа здесь и сейчас от большой науки нет. Она может вообще завести в тупик. В самом лучшем случае, практический эффект случится лет через 10-15, а то и позже. Но Петр Капица в свое время напоминал и поучал: фундаментальная закладывает основу для инновационных прорывов, без которых экономика слабеет.

Мегасайенсы России

В мировом научном сленге имеется такой термин – «мегасайенс». Под ним подразумеваются крупные высокотехнологичные научные установки, часто уникальные в мире, предназначенные для прорывных исследований в физике, материаловедении, биологии, медицине и других сферах.
Если спросить среднестатистического россиянина с высшим образованием, что он считает визитной карточкой России на научной мировой арене, то вспомнят немногое: атомную энергетику, военно-промышленный комплекс и, разумеется, российский космос. С последним большие проблемы – он становится всё менее российским.
Кто-то особо образованный вспомнит про первую в мире вакцину от COVID-19 «Спутник-V» и всё. На этом познания среднего россиянина об отечественной науке заканчиваются. И совершенно зря. В настоящее время в различной стадии «боевой готовности» состоят не менее дюжины отечественных мегасайенсов или мегапроектов, которые даже повторить смогут далеко не все страны «золотого миллиарда».

Проект NICA
Итак, начнем. NICA (Nuclotron-based Ion Collider Facility) — это строящийся в Дубне «младший брат» Большого адронного коллайдера, но с совершенно другой задачей. Если БАК ищет новые частицы на сверхвысоких энергиях, то NICA нацелена на экстремальную плотность материи. Сталкивая ионы золота, ученые будут воссоздавать в миниатюре условия, которые существовали во Вселенной в первые микросекунды после Большого взрыва. Помимо фундаментальных тайн космоса, проект имеет и вполне земное применение. Уникальные пучки ионов на комплексе NICA позволяют тестировать электронику для космических аппаратов на радиационную стойкость и проводить исследования в области лучевой терапии рака. По сути, это гигантский микроскоп и лаборатория одновременно, где изучают не только то, как устроена материя внутри нейтронных звезд, но и как защитить человека в дальних космических полетах.

Следующий на очереди ПИК, нейтронный реактор водо-водяного типа. Это один из самых мощных в мире высокопоточных исследовательских реакторов, расположенный в Гатчине на базе Петербургского института ядерной физики (ПИЯФ). В отличие от атомной электростанции, ПИК не вырабатывает электричество. Его главная цель — генерировать нейтронное излучение колоссальной интенсивности. Ученые используют эти нейтроны как идеальный «щуп» или «рентген», который позволяет заглянуть внутрь структуры вещества на атомном уровне, не разрушая его. Это делает реактор уникальной мегаустановкой для изучения фундаментальных основ материи. Возможности реактора ПИК охватывают самые передовые области науки: от создания новых лекарств и изучения белков до разработки сверхпроводников и материалов для термоядерной энергетики. Довести изделие до ума окончательно обещают к 2033 году.

Проект СКИФ под Новосибирском
Сибирский кольцевой источник фотонов, или СКИФ. Это строящийся под Новосибирском (в наукограде Кольцово) самый современный в мире источник синхротронного излучения поколения «4+». В отличие от коллайдеров, где частицы сталкивают, СКИФ работает как «супер-фонарь»: разогнанные почти до скорости света электроны генерируют невероятно яркие и узкие пучки рентгеновских лучей. Это излучение в миллиарды раз ярче солнечного, что позволяет рассматривать структуру любого вещества с точностью до отдельного атома и снимать «кино» о том, как протекают сверхбыстрые химические реакции. Практическая польза СКИФа колоссальна для медицины, химии и материаловедения. На этой установке ученые смогут в реальном времени видеть, как вирус проникает в клетку (что критично для создания вакцин), как работают новые катализаторы или как ведут себя детали авиадвигателей под экстремальной нагрузкой. Запуск основного кольца СКИФа обещают уже в нынешнем году, стройка второй очереди стартует в следующем.
В отличие от вышепредставленных объектов, КИСИ-Курчатов построен давно. Сейчас это первый и единственный в России специализированный источник синхротронного излучения, «сердце» Курчатовского института в Москве. Его кольцевой накопитель генерирует мощные пучки фотонов в широком диапазоне (от терагерцового до жесткого рентгена), превращая установку в универсальный мега-микроскоп для сотен исследовательских групп одновременно. Здесь физики работают плечом к плечу с археологами (просвечивая артефакты без их повреждения), биологами (расшифровывая структуру белков) и материаловедами. Именно на этой базе отрабатываются технологии для создания новых микрочипов и исследуются процессы в живых системах.

РИФ или Русский источник фотонов
Теперь на Дальний Восток. На острове Русский планируют создать РИФ, или Русский источник фотонов. Старт стройке обещают в 2027 году. Агрегат будет генерировать экстремально яркое рентгеновское излучение, позволяющее изучать структуру вещества на наноуровне, что фактически превратит регион в точку притяжения для ученых из стран Азиатско-Тихоокеанского региона. Особенностью РИФа станет его ориентация на исследование ресурсов Мирового океана и создание новых материалов для экстремальных условий. Ученые планируют использовать его возможности для глубокого анализа морских организмов и создания уникальных биопрепаратов, а также для разработки новых сплавов, устойчивых к агрессивной морской среде и низким температурам Арктики.
В ближайшие шесть лет должны достроить комплекс СИЛА или Синхротрон – Лазер. Активный этап возведения научного комплекса начнется в текущем году в подмосковном Зеленограде. На одной площадке объединят сверхмощный источник синхротронного излучения и рентгеновский лазер на свободных электронах. Это будет установка «пятого поколения», аналогов которой по характеристикам в мире на данный момент нет. Она позволит не просто видеть структуру материи, а управлять состояниями вещества на атомном уровне.

В конце по парочке токамаков. Напомним, что «токамак» — это одно из немногих русских слов, принятых в обращение по всему миру. Сокращение от длинного «тороидальная камера с магнитными катушками» стало мировым стандартом и символом надежды на светлое будущее безграничной энергии. Токамак Т-15МД из Курчатовского института является глубокой модернизацией модели Т-15 и служит испытательным полигоном для отработки способов разогрева плазмы до миллионов градусов и методов её удержания мощным магнитным полем. По сути, это высокотехнологичный стенд, где физики решают, из каких материалов строить реальные термоядерные электростанции будущего, чтобы те не расплавились от запредельных температур.
В следующем году в Троицке приступят к возведению нового токамака с реакторными технологиями. Это будет старший брат Т-15МД с большими отличиями. Если Т-15МД — это исследовательский стенд, то ТРТ — это полноценный прототип будущего термоядерного реактора. Его главная цель — продемонстрировать не просто разогрев плазмы, а длительное удержание термоядерного горения в режимах, максимально близких к реальной электростанции. Ключевая особенность ТРТ — использование сверхпроводящих магнитов на основе новых материалов и инновационных систем охлаждения. Это позволит установке работать в квазистационарном режиме (очень долго), что критически важно для получения энергии в промышленных масштабах. По сути, ТРТ станет «мостом» между экспериментальными научными приборами и коммерческими термоядерными реакторами, на которых Россия планирует отрабатывать технологии производства трития и защиты стенок реактора от запредельных нагрузок.

В конце остается только добавить, что список далеко не полный, а значит, фундаментальную науку в нашей стране очень рано хоронить. Скорее, совсем наоборот – возрождение налицо.