На смену «динозаврам» приходят маленькие, юркие «млекопитающие»-ускорители

В начале ноября 2020 года в Дубну прибыл гигантский магнит для коллайдера NICA Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ). О развитии проекта NICA рассказал зам. начальника ускорительного отделения Лаборатории физики высоких энергий (ЛФВЭ) канд. физ.-мат. наук Анатолий Сидорин. Беседовал Ян Махонин.

Полная версия. В .pdf и в бумажной газете опубликована сокращенная.

— В первой части интервью вы рассказали об истории создания Сухумского физико-технического института, о том, как Физтех пережил оттепель и перестройку и что происходило в регионе во время грузино-абхазского конфликта (1992-1993). Что в это время происходило в сухумском Физтехе?

—  В начале октября 1992 года наш институт приняло под крыло Министерство обороны Грузии. Нам даже начали платить зарплату, в отличие от большинства предприятий города, ну и мы работали по-прежнему. У нас тогда шел физический пуск ускорителя – прототипа устройства для нагрева плазмы в термоядерном реакторе. Начальный этап физического пуска – тренировка резонатора. Нужно вводить высокочастотную мощность до уровня пробоев и, затем, ее постепенно поднимать до проектного значения. Это нужно делать в непрерывном режиме, круглосуточно.

Почти весь институтский народ, у которого было нормально с головой, при первом возможном случае уехал в Россию, ну а я и мой начальник остались и работали в две смены: он – днем, я – ночью, по очереди. Это уже время ближе к осени, начинались дожди. В ночную смену я выходил на работу один, все оборудование на мне: вакуумные насосы, высокочастотный генератор, водяное охлаждение – но как-то справлялся. Однажды сквозь шум дождя стук в дверь. Заходит человек в плащ-палатке, с фонарем «летучая мышь». Говорит: «Мы – самооборона, проверяем, что тут у вас происходит. Ты что делаешь?» Я отвечаю: «Ускоритель тренирую». А он: «Ты что, дурак? Ты что не знаешь, что война идет?» А я говорю: «Ну, война, война… все равно работать надо». Ничего лучшего сказать не нашелся. Он выругался и ушел.

— Почему вы не воспользовались возможностью и не уехали?

—  За десять лет жизни накопилось кое-какое имущество, которое было жалко бросать на разграбление, и все-таки оставалась надежда, что конфликт разрешится путем переговоров. К сожалению, даже временная стабилизация жизни была неустойчивой. Началось тем, что партизаны взорвали линию электропередачи, которая шла в горах, и город остался без света. Работать стало невозможно. Приближалась зима, которая в этот год выдалась особо холодной. Запасы еды кончались, оставался простой выбор: либо помирай от голоду, либо уезжай. И даже независимо от угрозы голода, нужно было бежать из безнадежной ситуации, которой не должно быть в современном мире. Жизнь постепенно теряла свою наполненность. Пропала связь с внешним миром. Все интересы свелись к тому, чтобы где-то добыть дров или бензина, принести ведро воды с колонки, на примусе или буржуйке приготовить хоть какую-то еду, и это занимало весь день. И просвета не было, и чем дальше, тем меньше и меньше. Люди уезжали. У оставшихся гасли глаза.

—  С солдатами вы умели разговаривать, когда надо было?

— Да, при встречах с большинством военных у меня были нормальные отношения. Когда схлынула первая волна мародерства и приехали регулярные части, несколько человек поселили у нас в общежитии. Мы вместе собирались, ужинали. Это были люди, которых просто призвали в армию – рядовые, лейтенанты. Они считали, что воюют за целостность Грузии, они были на территории своей страны и защищали свой народ. Примерно 60 процентов населения Абхазии были этническими грузинами. Трудно их всерьез считать оккупантами.

—  Была попытка эвакуировать оборудование института?

—  Еще до начала войны от Средмаша было предложение эвакуировать институт в район Сочи. На тот момент директором СФТИ был Реваз Георгиевич Салуквадзе, и он ответил, что нет, мы грузинский институт, будем нормально работать на грузинской территории. Он, кстати, был хорошо известен в Дубне: специалист по ядерной физике, в ОИЯИ он защищал докторскую диссертацию. Однажды я с ним даже встретился возле институтского дома культуры, когда уже сам устроился на работу. Я слышал, что члены его семьи тоже пострадали в ходе грузино-абхазского конфликта. А после начала боевых действий вывезти оборудование было уже невозможно.

—  Как вам удалось покинуть Абхазию?

—  Сухуми был на осадном положении, и лица призывного возраста могли выехать только с разрешения военного коменданта. Я работал на оборонном предприятии, поэтому призыву не подлежал. У главного инженера я подписал липовую командировку, на основании которой военный комендант выдал мне странную справку, которая гласила примерно следующее: Военный комендант города Сухуми разрешает Сидорину А.О. проезд через город Харьков в течение двух недель. На следующий день с двумя тяжеленными чемоданами и рюкзаком рано утром я отправился в город, в надежде уехать.

К этому было несколько путей.

Из сухумского аэропорта на Сочи летали самолеты, но сесть на самолет было сложно, да и у меня не хватало денег, чтобы оплатить все поборы. Из города время от времени ходили сейнеры, тоже до Сочи. Для прохода в порт охране нужно было дать немалую сумму, а уедешь ли ты и сколько за это заплатишь, уже твои проблемы. Поэтому я направился в российскую воинскую часть, куда вертолетом привозили провизию. На обратный рейс пилот мог взять нескольких пассажиров до Гудауты. Я к нужному моменту был на площадке, вертолет действительно взял пассажиров – это были женщины с детьми, но для меня места не хватило. Переночевав у знакомых в городе, на следующее утро я снова был на вертолетной площадке, но с разочарованием узнал, что грузинские военные власти эти полеты запретили.

Я отправился в порт. Время было неудачное – море штормило, накануне переполненный сейнер с беженцами перевернулся прямо при выходе из порта. Кроме того, у абхазов уже появилась тяжелая артиллерия, и начались регулярные обстрелы города. К началу комендантского часа совершенно измученный я вернулся домой. Это был один из главных вечеров в моей жизни. Я понял, что со своими вещами я уехать не смогу, и нужно брать только то, без чего продолжать жизнь невозможно. Всё это уместилось в небольшую сумку через плечо.

После этого в течение 10 дней я каждое утро выходил из дома, на минуту останавливался перед дверью, чтобы попрощаться навсегда и подбодрить себя чем-то вроде: возможно, это последний день в твоей жизни – не принимай это слишком серьезно. На рынке покупал хурму на пропитание и проходящим автобусом уезжал в город. А вечером, к началу комендантского часа, пешком возвращался назад. За это время один сейнер ушел на Сочи, но я его прозевал, ожидая у другого причала.

— И все-таки вы уехали?

— В Сухуми оставалось регулярное морское сообщение с Поти. Там ходили прогулочные катера, можно было выйти на причал купить билет и ехать. Срок действия моей справки заканчивался, и я решил, что лучше уж в Поти, там хотя бы войны нет. 14 декабря я навсегда покинул Сухуми. Первое, чем встретил нас Поти, был нацеленный в море крупнокалиберный пулемет на крыше морского вокзала. Город полон военных, но работала столовая, в магазинах продавали хлеб. За хлебом стояло сразу две очереди – мужская и женская. Сначала обслуживают мужчин, потом женщин. Такого традиционализма я до этого нигде не встречал. И не дай бог ты пристроишься в женскую очередь, тебя женщины сразу в зад пинают, давай отсюда. Из Поти уже можно было по железной дороге ехать в Тбилиси, но там тоже не понятно, что, зона бедствия.

Мы с приятелем походили по порту. Перевоз гражданских лиц был запрещен комендатурой, суда отправлялись, и люди, договариваясь с капитаном по-грузински, поднимались на борт. А нам – везде отказ. На счастье в порту стояла украинская самоходная баржа. Они ожидали фуры с мандаринами, а команда у них маленькая – самим справиться с погрузкой трудно. У нас на руках были трудовые книжки, мы их сдали капитану в сейф, и он записал нас в бортовой журнал палубными матросами. Условия найма самые простые: мы помогаем им погрузить мандарины, а они нас кормят и бесплатно везут в Севастополь.

—  Сложно было вернуться в нормальную жизнь?

—  Я должен был несколько лет реанимироваться, чтобы вообще воспринимать жизнь по-прежнему. А начало было ужасное. С корабля я приехал к родственникам в Симферополь. Дальше на электричках и в общих вагонах в Москву. Поезда полны народу, едут даже стоя, как в автобусе, в разбитые окна метет метель, всё в темноте. Приезжаю в Москву, на площади у Курского вокзала стоит толпа, нищая, продают ношенную одежду: «Купи, пожалуйста, рваные колготки, за сколько дашь». Все, катастрофа. Я прорывался на «большую землю», где есть жизнь. Приезжаю и вижу – ее нет. Страна пропала.

— Сухумский Физтех до сих пор работает?

— На настоящий момент институт существует в двух лицах. Есть сухумский Физтех в Тбилиси, есть сухумский Физтех в Сухуми. Сегодня в Сухуми работает примерно 800 человек, т.е. в десять раз меньше, чем при Советском Союзе.

— К науке вы вернулись в Киеве?

— Из Сухуми в Москву я приехал, чтобы встретиться с одним из сотрудников нашего отдела, руководившим совместными работами с научно-инженерным центром «Галактика» при Украинской федерации космонавтики. Он договорился о переезде в Киев десяти человек из СФТИ для продолжения этих работ и взял меня в свою команду. Работы по созданию технологии производства изотопно-обогащенных материалов, которые вел СФТИ, были поддержаны Украинским правительством в рамках так называемой «программы по созданию замкнутого ядерно-топливного цикла».

На территории Украины несколько атомных электростанций, большие месторождения урана, у них большинство элементов ядерно-топливного цикла было, не было технологии производства топливного урана, т.е. обогащения. Обогащение урана – технология двойного назначения, если вы умеете производить топливный уран, то вы умеете это делать и для вооружения.

Это был момент, когда Украина еще не определилась до конца со своим статусом. Официально было заявлено, что она не является ядерной державой, но никаких реальных шагов для достижения этого безъядерного статуса предпринято еще не было. За полтора года наша группа подготовила концептуальный проект этой технологии, были выбраны потенциальные производители оборудования в Украине, найдены площади для размещения. Проект был доложен в Верховной раде, в комитете по науке, и с положительной оценкой был передан уже вновь избранному президенту Украины Леониду Кучме. Но вслед за тем Украина подтвердила свой безъядерный статус, передала России боеголовки, которые располагались на ее территории, взамен получила энергетические топливные элементы. И наша работа прекратилась. Затем я переехал в Дубну и начал работу в ОИЯИ.

— С 1995 года вы работаете в ОИЯИ и в последнее время участвуете в создании нового ускорителя частиц на встречных пучках NICA. Как начинался этот проект?

— Проект NICA (англ. Nuclotron-based Ion Collider fAcility) начинался «сверху» — по инициативе директора ОИЯИ Алексея Сисакяна — примерно с 2005 года; первые обсуждения начались чуть раньше. Алексей Норайрович искал пути выхода из трудной ситуации, в которой находился институт. Для этого нужны были крупные проекты в Дубне, которые привлекли бы в первую очередь стран-участниц и были бы интересны и с научной, и с прикладной точки зрения. Он увидел три таких возможных проекта: модернизация IBR-2 в лаборатории нейтронной физики, создание нового циклотронного комплекса Лаборатории ядерных реакций (ЛЯР) и — по фундаментальной науке, которой он занимался как теоретик, — как раз проект NICA.

Первый вопрос в проекте NICA был: а способна ли вообще базовая установка ОИЯИ «Нуклотрон» обеспечить проектные параметры? Тогда «Нуклотрон» был фактически вне бюджета: на его нормальное развитие и функционирование средств не было. Для ответа на этот вопрос в 2007 году были начаты работы по его модернизации. Это делалось по личной инициативе академика Сисакяна: он находил все возможные источники финансирования, и благодаря его активности проект пошел. Алексей Сисакян нашел и достойного руководителя работ — Григория Трубникова, который лег грудью на амбразуру.

Первые два или три года его жизни здесь, на комплексе, прошли в неустанной борьбе за то, чтобы обеспечить людям возможность нормальной работы. Проект был инициирован сверху, поэтому рядовые сотрудники поначалу на него смотрели с определенным недоверием. В дирекции не видели, что мы столкнулись с почти технологической катастрофой: не было нормальной вакуумной системы ускорителя, не было своей системы питания (использовались источники, которые когда-то работали на «Синхрофазотроне» ОИЯИ). Это был ускоритель, у которого часть систем просто не была создана: в процессе запуска использовалось то, что было под руками.

— Вспомните переломный момент, когда всё пошло вперед?

— В 2009 году ученым советом ОИЯИ был одобрен проект NICA и принят на комитете полномочных представителей стран-участниц ОИЯИ, а в 2011 и 2012 годах были продемонстрированы основные результаты модернизации «Нуклотрона». Достигли двух показателей, которые Алексей Сисакян обозначил критериями успеха проекта: ускорены ионы с атомным (массовым) номером больше 100 и продемонстрирована работа магнитной системы при проектной величине поля. И хотя состояние «Нуклотрона» тогда, конечно, еще оставляло желать лучшего, но начались радикальные изменения, и народ в проект поверил. На этот раз это не были просто политические заявления.

— В задачи фундаментальных исследований на комплексе NICA входит создание барионного вещества, кварк-глюонной плазмы. Можете объяснить, в чем суть дела?

— В 1960–1970-х годах ученые установили, что протон и нейтрон не являются элементарными частицами, а состоят из кварков. Свободных кварков никогда никто не наблюдал, но сейчас все уверены, что кварки — это реально существующие частицы. Почему-то в нашем мире все кварки встречаются только группами и не могут оторваться друг от друга, но бывают состояния вещества, когда они ведут себя как свободные частицы. Одно из таких состояний, называемое кварк-глюоонной плазмой (глюоны — это частицы, обеспечивающие взаимодействие между кварками), было открыто в начале двухтысячных. Саму эту плазму напрямую наблюдать нельзя, можно наблюдать только последствия, которые ее существование породило. По поводу этого открытия есть много мнений, разных интерпретаций результатов экспериментов. Но наука — это не сводка ответов на все вопросы, наоборот, ответ на любой вопрос порождает сотни новых вопросов; наука — это свод актуальных вопросов, на которые надо дать ответы.

Открытие кварк-глюонной плазмы сделало возможным поиск ответов на многие вопросы: как ее свойства зависят от плотности и температуры вещества, при каких условиях происходит переход от обычного вещества в кварк-глюонную плазму, как осуществляется этот переход? Наши дубнинские теоретики довольно активно развивали как раз представление о некой переходной области. Предполагается, что должна существовать и смешанная фаза (и это во многом предсказание наших теоретиков), при которой есть и частицы обычного вещества, и свободные кварки и глюоны. Параметры коллайдера NICA выбраны как раз таким образом, чтобы обеспечить возможность возникновения этой смешанной фазы при столкновениях ускоренных ядер золота. Это — одно из направлений научной программы комплекса NICA.

— Вторая часть программы — это спиновая физика…

— Это тоже наследница очень длительного периода развития нашей лаборатории. Примерно с начала 1980-х на «Синхрофазотроне» начали ускорять поляризованные пучки дейтронов. По параметрам пучков «Синхрофазотрон» был достаточно представительной установкой, вокруг которой сформировалась авторитетная школа по спиновой физике, которая, к счастью, еще до конца не успела исчезнуть. И представители этой школы определили вторую задачу для коллайдера NICA.

Замечу, что в физике спина есть много интересных задач, но возможность их решения зависит в первую очередь от тех параметров пучков, которые может обеспечить ускоритель. В 2016–2017 годах мы провели два сеанса работы «Нуклотрона» с поляризованными пучками, и это было возрождением спиновой программы в лаборатории через 13 лет полного молчания. Эти 13 лет ушли на то, чтобы создать новый источник ионов, подготовить инфраструктуру для его нормального функционирования. Пока максимальные параметры достигнуты не были, но есть уверенность, что планы исследований по спиновой физике на комплексе NICA вполне реалистичны.

— Значит, работа несется на волне энтузиазма?

— Когда проект начинался, конкретные исполнители очень сильно зависели от руководства ОИЯИ в том плане, что финансирование обеспечивалось только благодаря его активности, и проект мог двигаться. Сейчас, после того как были установлены рамки, в которых проект осуществляется, проблемы финансирования практически снялись. Локальные — могут возникать, но они решаются в рабочем порядке. Сейчас главная задача — максимально эффективно использовать выделенные средства в максимально сжатые сроки. Характер задач поменялся. Одно дело, когда пробивают финансирование, — тогда нужен энтузиазм; а когда реализуется проект, нужна просто систематическая аккуратная работа, что на самом деле намного труднее. Первый этап проще, он более благодарный. Ты вкладываешь труд и видишь, как дело возникает. А когда оно возникло, его уже нужно наполнить. А это значит — кропотливо работать каждый день.

— Расскажите про прикладную программу коллайдера NICA…

— Россия участвует в создании комплекса NICA как мегасайенс-проекта не в последнюю очередь из-за возможностей прикладного применения получаемых пучков ионов. Центров, где можно получать пучки с такими параметрами, на территории России не осталось, и во всем мире их всего три или четыре. Спектр применения таких пучков достаточно широк: например, исследования радиационной стойкости микросхем, и в этом наиболее заинтересован Роскосмос; это и исследования по радиобиологии. Планируется отработка технологий для радиационной медицины: получение требуемого дозового поля, методики сертификации и так далее. Для лечения больных наш комплекс не приспособлен — пучок слишком дорогой и невозможно удовлетворить всем медицинским требованиям, — но пучки протонов и углерода с нужными параметрами будут обеспечены. Еще одно направление связано с отработкой технологии переработки отходов ядерного топлива.

— А не планируется использование коллайдера в качестве источника для управления ядерным реактором?

— Нет, это задача не для комплекса NICA. Для ядерного реактора нужен ускоритель, который обеспечивает пучки с мощностью в несколько мегаватт в непрерывном режиме. Средняя мощность пучка на выходе «Нуклотрона» измеряется ваттами, а не мегаваттами — это ничтожно мало даже для того, чтобы исследовать прототипы реальных энергетических устройств. Но можно искать оптимальный диапазон энергии, исследовать распределение нейтронов внутри облучаемого образца — т. е. вопросы, которые связаны не непосредственно с технологией, а скорее с концепцией работы реактора управляемого ускорителем. И такие работы на комплексе NICA планируются.

— Чем, по-вашему, ускоритель NICA наиболее интересен мировому сообществу? Чем он будет отличаться от других ускорителей? Может ли запуск NICA как-то изменить характер работы ОИЯИ, сделать его более глобально ориентированным?

— Интерес к проекту со стороны научного сообщества связан, конечно, в первую очередь с программой фундаментальных исследований. Существует несколько установок в мире, уже работающих и сооружающихся под аналогичные задачи, но у NICA есть шанс на несколько лет стать самой лучшей установкой в мире в этом секторе физики. Поэтому наши зарубежные партнеры активно участвуют в созданных международных коллаборациях по основным экспериментам, и мы их ждем на сеансы, когда комплекс заработает.

Специалисты по ускорителям с интересом относятся к NICA, так как после почти четверти века молчания Россия возвращается в ускорительную физику с крупным проектом. И наши коллеги за рубежом с энтузиазмом помогают в очень многих технических вопросах. Но по большому счету NICA в масштабах человеческой цивилизации — это скромный, можно сказать камерный, проект, небольшая по размерам установка, хотя ее потенциал достаточен, может быть, даже для открытий уровня Нобелевской премии. Она существенно улучшит имидж ОИЯИ, но радикально его не изменит. Мы, конечно, надеемся, что первый сеанс на нашем коллайдере привлечет внимание мировой общественности, в том числе и в странах-участницах.

— Планируется ли свободный доступ к данным экспериментов NICA по примеру LHC в ЦЕРН?

— С точки зрения открытости информации наш ускорительный комплекс работает примерно так же, как LHC. Мне, скажем, интересно во время сеансов в ЦЕРНе в режиме онлайн через Интернет смотреть, что у них происходит с пучком. У нас во время сеанса основные параметры «Нуклотрона» тоже выводятся в Интернет в свободный доступ, разница только в масштабах и, может быть, в детализации выдаваемой информации. Планируется, что такая же степень открытости будет и на коллайдере NICA.

— Насколько NICA важна для науки стран Центральной Европы?

— На мой взгляд, страны Центральной Европы к настоящему моменту уже пережили экономические трудности переходного периода в экономике. Появляются интересные научные проекты, развивается радиационная медицина, создаются новые исследовательские установки. И одна из самых основных проблем — обеспечение этих программ кадрами. Это проблема общая для всего мирового сообщества в связи со снижением социального интереса к инженерным наукам. Но для многих стран-участниц ОИЯИ она обостряется еще и тем, что нет материальной базы для подготовки специалистов. И в этом NICA может помочь. Любая установка такого класса — это и своеобразный университет по подготовке кадров высшей квалификации. В проект сразу закладывается программа развития минимум на 10–15 лет вперед, которая включает несколько последовательных модернизаций. Например, наш коллайдер начнет работу в некоторой стартовой конфигурации оборудования, и, пока на нем будут проводиться исследования, будет проектироваться и изготавливаться оборудование для ближайшей модернизации, которая намечена через два-три года — как раз тот срок, который необходим для подготовки магистерской или кандидатской диссертации.

При этом оптимальный режим работы предполагает, что персонал лаборатории занят эксплуатацией ускорителя, а новые системы готовят молодые люди, которые имеют возможность освоить весь цикл разработки современного оборудования, начиная с концептуального проекта и завершая испытаниями на работающей установке. При этом они осваивают самую передовую современную технику, которая широко применяется не только в физике, но и во многих отраслях народного хозяйства. ОИЯИ — это общий институт для всех стран-участниц, и его оборудование доступно для молодежи любой из них, если есть потребность в таких кадрах и хорошие технические университеты. А это в первую очередь такие страны, как Польша, Украина, Чехия, Беларусь, Болгария, Румыния, Словакия — да практически все страны Центральной Европы.

У нас пока не хватает кадров, чтобы обеспечить выполнение всех намеченных экспериментальных исследований, поэтому программу подготовки кадров многие понимают как программу подготовки персонала для NICA. Но это не так: вовсе не обязательно приезжать в Дубну надолго (хотя мы будем рады принять на работу любого талантливого человека) — мы обеспечим выполнение интересной и сложной работы здесь, а полученный диплом позволит найти интересную работу дома.

— Что вы думаете о будущем ускорительной физики?

— Несколько последних десятилетий основным направлением развития ускорительной физики было увеличение энергии частиц и, соответственно, размеров ускорителей. Ускорители строили не для решения каких-то конкретных задач, а на максимальную энергию. В эту эпоху от физики частиц, которую часто так и называли — физика высоких энергий, — ожидали основных результатов фундаментального значения. Это позволило создать современную теорию микромира — так называемую Стандартную модель. Эксперименты на самом большом ускорителе в мире показали, что все ее предсказания с беспрецедентной точностью выполняются в ускорительных экспериментах, и ожидать каких-то отклонений можно, только построив ускоритель периметром в Солнечную систему. В этом смысле ускорительная физика закончилась. Но только в этом смысле.

Физика переживает серьезную структурную перестройку. Интерес от изучения свойств элементарных частиц всё больше смещается в сторону исследования свойств сложных объектов; они состоят из большого количества частиц, свойства каждой из которых по отдельности уже хорошо известны. Для этого тоже могут использоваться ускорители, но их энергия должна соответствовать конкретной задаче, а конструкция — обеспечивать наиболее благоприятные условия для наблюдений. И это не обязательно должны быть гигантские установки, подобные LHC. Эпоха «динозавров» в науке уходит — они выполнили свою задачу и обречены на вымирание. На смену им приходят маленькие, юркие и умные «млекопитающие». Одной из иллюстраций этого процесса является и проект NICA.