Будущее «Академгородка 2.0» в Новосибирске так или иначе связано со СКИФ, а поэтому к одному из его «крёстных отцов» —
Институту ядерной физики СО РАН им. Гирша Будкера — приковано особое внимание. О результатах, достигнутых в этом крупнейшем НИИ новосибирского Академгородка за 2020 год, рассказали его руководители.
Мышеловка для электронов
Одна из главных задач, которые стоят сейчас перед
ИЯФ, — создание оборудования для Сибирского кольцевого источника фотонов. И в первую очередь это компоненты инжекционного комплекса будущего СКИФ — источник электронов, линейный ускоритель, бустерный синхротрон и два транспортных электронно-оптических канала. Суть работы комплекса в следующем: электроны, «рождаясь» в источнике, поступают в линейный ускоритель (по-другому он называется линак), где ускоряются до энергии 200 МэВ, затем по электронно-оптическому каналу следуют в бустер, где разгоняются почти до скорости света, а их энергия достигает 3 ГэВ. После по второму каналу они поступают в накопитель — источник излучения. На изготовление этого комплекса и заключён первый контракт с институтом на 3,6 миллиарда рублей. Как рассказал директор института, доктор физико-математических наук, академик РАН Павел Логачёв, чертежи бустера переданы в производство. Именно магнитные элементы этого компонента — самая трудоёмкая часть работы. Тем временем линейный ускоритель уже строится
.
2021 год объявлен Президентом России Годом науки и технологий
— Всё будет зависеть от графика финансирования. Аванс на 2020-2021 годы мы практически получили, но он не вполне достаточен для выполнения работ с максимальной скоростью. Сейчас работаем с Министерством науки РФ, чтобы ускорить этот процесс и снять риски задержек. Контракт на остальное оборудование (а общая сумма двух контрактов — 13,5 миллиарда рублей) пока находится в стадии подготовки, наш учредитель прикладывает все усилия, чтобы в феврале он был подписан и вступил в силу, — поясняет Павел Логачёв.
Напомним: запустить в работу первую очередь СКИФ из шести экспериментальных станций планируется в последний день 2023 года. Стоимость проекта оценивается сейчас в 37,1 миллиарда рублей. И сюда включены не только уникальное оборудование, которое по своей сложности не будет иметь аналогов в мире и над которым сейчас работают в
Институте ядерной физики, но и весь комплекс зданий и сооружений этого проекта.
Точность — вежливость мезонов
Тем временем хороших результатов учёным удалось достичь на двух действующих в институте коллайдерах — ВЭПП-4 и ВЭПП-2000. Правда, сами коллайдеры работали в 2020 году недолго: их пришлось остановить в конце марта, когда начался карантин. Но и за этот короткий срок коллайдеры снабдили учёных уникальной информацией, которая теперь обрабатывается. Касается она уточнения Стандартной модели — так называется теория, которая, по мнению учёных, наиболее точно описывает известный сейчас мир элементарных частиц. Однако и у этой модели тоже есть свои нестыковки. Например, отличие между рассчитанным и измеренным значениями аномального магнитного момента мюона, которое учёные не могут объяснить на протяжении десяти лет. Возможно, за этими плохо понятными «ненаучному» уху терминами кроется дверь в Новую физику и пересмотр Стандартной модели — но, чтобы её найти, надо сделать измерения этих значений как можно более точными. И на ВЭП-2000 удалось добиться этой точности в пределах 0,8%.
— Наш институт — единственное в мире место, где можно добиться такой точности измерений, — рассказывает заместитель директора института по научной работе, доктор физико-математических наук Иван Логашенко. — Одни коллайдеры намного хуже по точности, другие — слишком старые. Мы же в начале 2020 года смогли добиться самого высокого темпа набора данных за всю историю ВЭПП-2000. Правда, сделанные в разных группах измерения сечений рождения пары заряженных мезонов расходятся в несколько раз. А это значит, что вопрос об отклонениях от Стандартной модели остаётся открытым…
Кроме того, в 2020 году был поставлен мировой рекорд светимости (количества взаимодействий частиц, происходящих в единицу времени) на электрон-позитронном коллайдере SuperKEKB, который действует в Японии и в запуске которого одну из ключевых ролей играли специалисты
ИЯФ.
Энергия будущего
Ядерная энергетика — день сегодняшний, а термоядерная — это скорее XXII век, но готовиться к получению нужной людям энергии из синтеза лёгких ядер нужно уже сейчас. В
Институте ядерной физики работают и над этим, проводя испытания на стенде инжектора нейтралов высокой энергии. С помощью стенда учёные собираются получить пучки атомов высокой энергии для нагрева плазмы в установках управляемого термоядерного синтеза. И в 2020 году им удалось получить пучок отрицательных ионов с энергией более 240 кэВ.
— Чтобы преодолеть электрическое и электростатическое отталкивание заряженных положительно ядер, нужна большая взаимная энергия, такое горящее вещество должно иметь температуру в миллионы и миллиарды градусов. Такую реакторную зону нельзя поместить в сосуды из какого-то вещества, поэтому сосуды предполагается делать из магнитного поля. Мы разрабатываем систему открытого типа в виде магнитных бутылок, её достоинство в том, что она позволяет наиболее эффективно использовать магнитное поле с максимальными температурами и открывает максимальную возможность работы с неисчерпаемым ресурсом, — говорит заместитель директора
ИЯФ по научной работе, доктор физико-математических наук
Пётр Багрянский.
Запуск первой очереди СКИФ из шести экспериментальных станций запланирован на 31 декабря 2023 года. Стоимость проекта — 37,1 миллиарда рублей.
Стенд создан по уникальной технологии — учёные уверены, что она позволит в поисках путей для получения термояда опередить конкурентов из других стран, которые ведут исследования в том же направлении. Дальнейшая работа будет идти в рамках федерального проекта, который включён в комплексную программу развития техники и технологий научных исследований в области атомной энергии, утверждённую Правительством РФ.
Бор против рака
Но, наверное, самая ожидаемая сейчас из всех научных разработок
ИЯФ — внедрение в практику технологий бор-нейтроннозахватной терапии (БНЗТ) для лечения онкологических заболеваний. Работает она так: в раковых клетках организма накапливают изотоп бора-10, потом на опухоль направляют поток нейтронов. Ядра бора поглощают нейтроны, происходит реакция, которая уничтожает поражённые клетки подчистую. Ничего подобного традиционными методами лечения раковых болезней добиться ещё не удавалось.
— 23 года назад была безумная идея: давайте сделаем то, что нужно, а не то, что умеем. Так появился новый тип ускорителя заряженных частиц специально для получения пучка с такой дозой энергии, которая нужна для БЗНТ. В этом году мы вылечили на ускорителе опухоли у трёх кошек и двух собак. А сейчас будем выводить протоны и получать пучок, которым можно уже лечить людей, — рассказывает старший научный сотрудник
ИЯФ, доктор физико-математических наук
Сергей Таскаев.
Бор-нейтроннозахватная терапия способна каждый год помогать более чем двум миллионам людей, справляясь с большими опухолями груди, шеи и головы, глиобластомами мозга и другими онкозаболеваниями.
Клинические испытания по этой технологии на людях начнутся в 2021 году — но произойдёт это, увы, не в Новосибирске, а в госпитале китайского города Сямынь. Именно там сейчас идёт установка первого ускорительного источника нейтронов в целях БЗНТ, разработанного специалистами
ИЯФ совместно с компанией TAE Life Sciences. Тем временем учёные продолжают думать над тем, как усовершенствовать технологию.
— Мы ведём работы по уменьшению размеров установки, чтобы она могла работать в любом госпитале. Достигли большей степени надёжности её работы, что важно для сокращения сеанса облучения. Нынешние параметры соответствуют более чем часовому облучению пациента, а в дальнейшем это время можно будет сократить до получаса и меньше, — поясняет научный руководитель направления «Плазма» доктор физико-математических наук
Александр Иванов.
По оценке учёных, БНЗТ способна каждый год помогать более чем двум миллионам людей, справляясь с большими опухолями груди, шеи и головы, глиобластомами мозга, метастазами меланомы и другими онкозаболеваниями. Дело за «малым» — построить во всём мире более тысячи центров БНЗТ, каждый из которых будет способен принимать за год полторы тысячи пациентов. Но…
Ещё пять лет назад
ИЯФ при поддержке
Новосибирского государственного университета предлагал отдать одно из зданий института под клинику БНЗТ. В дальнейшем институт пытался договориться о совместной работе с самыми разными государственными и частными структурами — от Национального медицинского исследовательского центра онкологии имени Н. Н. Блохина до Росатома и Фармстандарта. Но, как признаётся Павел Логачёв, в практическую плоскость никто из них так эти предложения и не перевёл. Однако учёные продолжают работать — а нам остаётся вспоминать поговорку о воде, которая рано или поздно, но сточит камень.
Виталий Соловов
Фото: старший научный сотрудник
ИЯФ Сергей Таскаев у нейтронного источника, на котором в
ИЯФ отрабатывается технология бор-нейтроннозахватной терапии. Предоставлено
ИЯФ СО РАН
