Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

ДУБНА, УЛИЦА ЖОЛИО-КЮРИ

Кандидат физико-математических наук Е. ЛОЗОВСКАЯ, специальный корреспондент журнала "Наука и жизнь". Фото Ю. Туманова, П. Зольникова, Е. Лозовской.

Дубна и Объединенный институт ядерных исследований практически синонимы. Улицы Дубны носят имена великих физиков, а название города получило "прописку" в таблице Менделеева, где под номером 105 зарегистрирован элемент дубний. В 2006 году Объединенный институт ядерных исследований отмечает свое пятидесятилетие. Накануне юбилея российских и зарубежных журналистов пригласили в Дубну на экскурсию. Она началась с рассказа об истории Объединенного института, об успехах и трудностях, о планах на будущее. За прошедшие полвека Дубна стала родиной множества открытий. Именно в Дубне появились идеи нейтринных осцилляций, цветных кварков, возникло понятие "дубненский кварковый мешок", зародилась физика ультрахолодных нейтронов. Здесь открыт "остров стабильности" сверхтяжелых ядер, разработаны новые методы синтеза элементов. Только в последние годы - с 1999-го по 2005-й - открыто пять новых химических элементов, включая 118-й. Можно привести еще много ярких примеров вклада дубненских ученых в ядерную физику. Но не меньшее значение имеет гуманитарная миссия Объединенного института - через совместные исследования окружающего мира способствовать взаимопониманию и взаимодействию между людьми разных стран.

Циклотрон ДЦ-72 - базовый ускоритель тяжелых ионов и протонов, созданный в ОИЯИ для Циклотронного центра Словацкой Республики.
Циклотрон ДЦ-72 - базовый ускоритель тяжелых ионов и протонов, созданный в ОИЯИ для Циклотронного центра Словацкой Республики.
Циклотрон ДЦ-72 - базовый ускоритель тяжелых ионов и протонов, созданный в ОИЯИ для Циклотронного центра Словацкой Республики.
Циклотрон ДЦ-72 - базовый ускоритель тяжелых ионов и протонов, созданный в ОИЯИ для Циклотронного центра Словацкой Республики.
У административного корпуса Объединенного института ядерных исследований установлен памятник академику Н. Н. Боголюбову, возглавлявшему институт в 1966-1988 годах.
У административного корпуса Объединенного института ядерных исследований установлен памятник академику Н. Н. Боголюбову, возглавлявшему институт в 1966-1988 годах.
Первый директор института Д. И. Блохинцев (в центре), вице-директоры М. Даныш (Польша) и В. Вотруба (Чехословакия).
Первый директор института Д. И. Блохинцев (в центре), вице-директоры М. Даныш (Польша) и В. Вотруба (Чехословакия).
Профессор Ян Климан, заместитель директора Лаборатории ядерных реакций, рассказывает журналистам об исследовании синтезированных в Дубне тяжелых изотопов водорода.
Профессор Ян Климан, заместитель директора Лаборатории ядерных реакций, рассказывает журналистам об исследовании синтезированных в Дубне тяжелых изотопов водорода.
В ОИЯИ строго следят за соблюдением норм радиационной безопасности.
В ОИЯИ строго следят за соблюдением норм радиационной безопасности.
Ускоритель тяжелых ионов У-400 работает с исключительной эффективностью. Он дает пучки ионов требуемой энергии и интенсивности при минимальном расходе редких изотопов.
Ускоритель тяжелых ионов У-400 работает с исключительной эффективностью. Он дает пучки ионов требуемой энергии и интенсивности при минимальном расходе редких изотопов.
Физики Дубны нанесли на карту сверхтяжелых нуклидов немало новых химических элементов и их изотопов.
Физики Дубны нанесли на карту сверхтяжелых нуклидов немало новых химических элементов и их изотопов.
Фотография трековой мембраны, полученная с помощью электронного микроскопа JMS-840. Увеличение в 2000 раз.
Фотография трековой мембраны, полученная с помощью электронного микроскопа JMS-840. Увеличение в 2000 раз.
На сколе мембраны видны каналы. Они в тысячи раз длиннее своего поперечного сечения.
На сколе мембраны видны каналы. Они в тысячи раз длиннее своего поперечного сечения.
Поры трековых мембран на три порядка тоньше человеческого волоса. Такие мембраны служат отличными фильтрами.
Поры трековых мембран на три порядка тоньше человеческого волоса. Такие мембраны служат отличными фильтрами.
Изготовление трековых мембран.
Изготовление трековых мембран.
С помощью трековых мембран можно создать микроструктуры на поверхности медной трубки.
С помощью трековых мембран можно создать микроструктуры на поверхности медной трубки.
Медная трубка с микроструктурами на поверхности гораздо лучше отводит тепло, чем гладкая. На фото видно, что на участке с микроструктурами происходит интенсивное кипение охлаждающей жидкости.
Медная трубка с микроструктурами на поверхности гораздо лучше отводит тепло, чем гладкая. На фото видно, что на участке с микроструктурами происходит интенсивное кипение охлаждающей жидкости.
О том, как делают трековые мембраны, журналистам рассказал Борис Николаевич Гикал, начальник отдела ускорительных установок Лаборатории ядерных реакций.
О том, как делают трековые мембраны, журналистам рассказал Борис Николаевич Гикал, начальник отдела ускорительных установок Лаборатории ядерных реакций.
Нуклотрон - сверхпроводящий ускоритель многозарядных ионов.
Нуклотрон - сверхпроводящий ускоритель многозарядных ионов.

Подмосковный город физиков часто сравнивают с островом. Для такого сравнения есть основания: территорию окружают реки - Волга, Дубна и Сестра, а также канал им. Москвы. Но дело не только в географии. Объединенный институт ядерных исследований с самого своего создания оказался "островом открытой науки" среди многочисленных "почтовых ящиков".

К середине 50-х годов XX века стало ясно, что ядерная физика не может и не должна ограничиваться разработкой оружия в секретных лабораториях. Пришло понимание, что единственная гарантия мирного использования ядерной энергии - объединение ученых для работы над совместными международными проектами. Но мирные исследования требовали большой концентрации сил и средств, и страны Западной Европы объединились. В 1954 году в Швейцарии, неподалеку от Женевы, был создан ЦЕРН - Европейская организация ядерных исследований. А 26 марта 1956 года подписано соглашение об организации Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в 120 км к северу от Москвы. Учредителями института стали одиннадцать социалистических стран. Это был в некотором роде "восточный" ответ на создание "западного" ЦЕРНа. Однако ученые оказались мудрее политиков, и оба ядерных центра начали активно сотрудничать задолго до окончания холодной войны.

"Национальной науки нет, как нет национальной таблицы умножения", - процитировал слова Чехова директор ОИЯИ Алексей Сисакян во время разговора с журналистами. Модель международного научного взаимодействия, осуществленная в Дубне, доказала свою эффективность. Сейчас институт объединяет 18 стран-участниц; четыре страны, в том числе недавно присоединившаяся Южно-Африканская Республика, входят на правах ассоциированных членов. Институт поддерживает связи почти с 700 научными центрами и университетами в 60 странах мира. В ОИЯИ работают 5500 человек, из них 1200 научных сотрудников. Около 500 исследователей - представители зарубежных стран. Если статистикам вздумается посчитать число научных работников на душу населения, то Дубна наверняка будет иметь самый лучший показатель в России, а может быть, и в мире. К сожалению, этого нельзя сказать о бюджете института: он складывается из взносов стран-участниц и составляет 37,5 миллиона долларов в год. Для такого большого института это мало (бюджет ЦЕРНа раз в двадцать выше).

Международное сотрудничество не ограничивается совместными экспериментами, обсуждением и публикацией результатов - это еще и обмен технологиями. Зарубежные физики приезжают в Дубну не с пустыми руками, они привозят с собой новые приборы, оборудование. В свою очередь установки, созданные в Дубне, используются в ЦЕРНе, в том числе и на готовящемся к запуску в 2007 году большом адронном коллайдере.

Объединенный институт готов принять участие и в проекте международного линейного коллайдера. Научная программа этого проекта предусматривает изучение проявлений темной материи - загадочной субстанции, о существовании которой ученые заподозрили лишь на рубеже XX и XXI веков. Физики надеются, что если взять пучок электронов и пучок позитронов, разогнать их почти до скорости света и направить навстречу друг другу, то можно будет зарегистрировать процессы и частицы, которые не удавалось увидеть в других экспериментах. Возможности разгона частиц в циклических ускорителях ограничены законами физики: когда заряженная частица движется по кругу, она излучает, а раз она излучает, то теряет энергию. В линейном коллайдере потерь, связанных с излучением, практически нет. Но чтобы разогнать частицы до больших энергий, требуется соорудить очень длинный тоннель. Предполагается, что он будет состоять из двух участков длиной по 25 километров. Проект, стоимость которого оценивается в 6-8 миллиардов долларов, находится в стадии разработки. Естественно, что для его реализации потребуются совместные усилия многих стран. В ОИЯИ обсуждают возможность строительства линейного коллайдера в России: у нас есть для этого и свободные территории, и инфраструктура, и достаточные производственные мощности.

Дубна обладает уникальным комплексом реакторов и ускорителей. С их помощью можно проводить эксперименты со всеми видами излучений, с самыми разными частицами - и легкими и тяжелыми - в широком диапазоне энергий и интенсивностей. Такого набора одновременно работающих установок нет ни в одной лаборатории мира. Первый дубненский ускоритель - синхроциклотрон, способный ускорять заряженные частицы до энергии 680 Мэв, - старше института. Его строительство началось в 1947 году и было закончено в рекордные сроки. Запуск осуществили в декабре 1949 года к юбилею Сталина - таковы были реалии тех лет. К моменту создания института завершалось сооружение синхрофазотрона, рассчитанного на энергию 10 Гэв, рекордного для того времени значения. Сейчас на смену воспетому в песнях и стихах синхрофазотрону пришел нуклотрон - современный ускоритель на сверхпроводящих магнитах. Нуклотрон может разгонять любые ядра - от протонов до ядер урана. Одна из оригинальных разработок дубненских ученых - реактор на быстрых нейтронах ИБР-2 (см. "Наука и жизнь" № 1, 2005 г.), идея которого была предложена первым директором ОИЯИ Дмитрием Ивановичем Блохинцевым. Сейчас эксперименты на этом реакторе проводятся в рамках европейской программы исследований нейтронного рассеяния. Для работы с легкими частицами предназначен фазотрон: он используется не только для фундаментальных исследований, но и в медицинских целях, например для диагностики онкологических заболеваний методом позитронно-эмиссионной томографии (см. "Наука и жизнь" № 12, 2004 г.).

"Вы сможете увидеть ускорители своими глазами", - пообещал журналистам вице-директор института Михаил Иткис, и мы отправились в Лабораторию ядерных реакций.

Объединенный институт ядерной энергии состоит из восьми лабораторий, каждая из которых по мощности и размаху исследований сопоставима с научным институтом среднего размера. Лаборатория ядерных реакций, которая носит имя своего первого директора академика Г. Н. Флерова, основана в 1957 году. На стенах в вестибюле здания лаборатории - два больших панно: на одном изображена схема расположения циклотронов и движения ионных пучков, на другом - карта нуклидов с материком и знаменитым "островом стабильности".

В физике давно стоит вопрос: существует ли верхний предел в таблице Менделеева? Синтез искусственных элементов, следующих за ураном, начался в 40-х годах XX века. Первые 12 трансурановых элементов от нептуния (атомный номер 93) и до фермия (номер 100) получили американские физики в Беркли путем облучения урановых мишеней мощными потоками реакторных нейтронов. Но затем процесс застопорился. Казалось, что предел достигнут. В лаборатории Флерова нашли выход, предложив использовать для синтеза реакции с тяжелыми ионами. Этот метод привел к успеху, и в Дубне были синтезированы элементы с более высокими атомными номерами. Но время жизни трансурановых элементов очень мало, например, 106-й элемент живет всего несколько микросекунд. Теория, родившаяся в середине 1960-х годов, предсказывала существование "острова стабильности" сверхтяжелых элементов. Он должен располагаться вблизи магического ядра, состоящего из 114 протонов и 184 нейтронов. И хотя синтезировать ядро с таким содержанием нейтронов пока не удалось, "остров стабильности" все же был экспериментально обнаружен, когда научная группа под руководством академика Юрия Оганесяна синтезировала элемент с атомным номером 114, живущий не микро- и не миллисекунды, а несколько полновесных и вполне ощутимых секунд.

Нас привели в помещение, где находится циклотрон У-400М, предназначенный для ускорения тяжелых ионов, от лития до урана. Как происходит "типичный" эксперимент? Берется какое-то вещество, например изотоп лития, и переводится в состояние плазмы. При этом атом лития теряет два электрона и превращается в положительно заряженный ион. Ионы лития ускоряются в электрическом поле. Система синхронизации работает так, чтобы энергия все больше увеличивалась. Наконец разогнавшийся пучок попадает на мишень из атомов другого элемента, обычно более тяжелого. То, что происходит после этого - слияние ядер, деление, образование новых частиц, - и есть самое интересное для физиков. "Синтез очередного элемента не самоцель, - считает директор Лаборатории ядерных реакций Юрий Оганесян. - Гораздо важнее понять закономерности, которые существуют в природе, изучить физические и химические свойства новых изотопов".

Есть надежда, что сверхтяжелые элементы, образовавшиеся вместе с нашей планетой при высоких температурах и давлениях, еще остались в земной коре. Для их поиска в ОИЯИ создана специальная очень чувствительная установка. Она расположена в недрах Альп, в глубоком тоннеле. Гора служит защитой от космических лучей, поэтому регистрируются те радиоактивные распады, которые происходят в недрах Земли.

Но не только сверхтяжелые элементы представляют интерес для науки. В Дубне научились синтезировать и экзотические легкие ядра, например водород, который содержит четыре, пять или шесть нейтронов (напомним, что ядро обычного водорода состоит из одного протона, ядро дейтерия включает протон и нейтрон). Это можно назвать нейтронной материей.

Фундаментальные исследования, какими бы отвлеченными они ни казались, имеют замечательное свойство давать неожиданные "побочные" результаты, и эти результаты находят применение в самых разных областях человеческой деятельности. Один из примеров прикладного применения ускорителей - изготовление ядерных фильтров (трековых мембран). Полимерную пленку облучают тяжелыми ионами (ядрами), ускоренными примерно до одной десятой скорости света. Пролетая сквозь пленку, ионы разрывают связи между молекулами. Остается скрытый след - его называют латентным треком. Затем такую пленку подвергают химической обработке, и на месте латентных треков образуются отверстия - узкие длинные поры. Таких пор может быть от миллиона до миллиарда на квадратный сантиметр, причем все поры одного размера. В результате получается сито субмикронного размера, которое можно использовать как фильтр для очистки воздуха, воды, разделения химических веществ, стерилизации биологических сред, а изменяя параметры облучения - получать фильтры с диаметром отверстий от одной сотой до нескольких десятков микрометров. Поскольку длина пор может быть в тысячу раз больше диаметра, фильтр обеспечивает очень высокую степень очистки. В Лаборатории ядерных реакций производится около 100 тысяч квадратных метров такой пленки в год. Разработана новая технология, позволяющая пробивать в полимерной пленке поры в форме конуса, сигары, песочных часов. Подобная технология дает возможность выращивать фрактальные структуры с увеличенной площадью поверхности. Это важно для процессов, в которых протекают поверхностные химические реакции, например в электрической батарее.

Как это ни удивительно, но для Объединенного института ядерных исследований не характерна проблема утечки мозгов. Здесь сложилась обстановка, которая позволяет реализовать научные идеи, а для ученого - это очень сильная мотивация. Конечно, люди уезжают, чтобы поработать в других научных центрах, но потом снова возвращаются. Относится это не только к российским исследователям. "Мы, как музыканты, играем то в одном оркестре, то в другом", - заметил профессор из Словакии Ян Климан. Он впервые приехал в Дубну студентом в 1975 году, а сейчас занимает выборную должность заместителя директора Лаборатории ядерных реакций. В студенческие годы здесь начал научные исследования и чешский физик Рихард Ледницкий, ныне вице-директор ОИЯИ. Существует даже такое понятие, как "дубненская диаспора", - это те ученые, что прошли школу Дубны, а сейчас работают в других научных центрах.

"Совместное стремление к получению новой информации о том, как устроен мир, является сильнейшим магнитом, который сближает народы и вызывает доверие друг к другу, - сказал Владимир Георгиевич Кадышевский, научный руководитель ОИЯИ. - Наука имеет дело с законами природы, а они универсальны. Важен результат, один на всех. Поэтому лучше, выгоднее, эффективнее, когда этот результат получен сообща. Принцип работы международных организаций, таких, как наш институт или ЦЕРН, как раз в том, чтобы объединить ресурсы и самым быстрым, самым экономным путем продвинуться к цели. А наша цель - открытие новых законов природы, получение новых сведений о структуре материи, об окружающем нас мире, понимание того, как образовалась и развивается вселенная, в которой мы живем, - то, что всегда интересовало человечество".

Опубликовано в "Науке и жизни":

Губарев В. Поиски 118-го элемента. - 2002, № 9.

Губарев В. Нейтронный скальпель. - 2005, № 1.

Дубна - город открытий. - 2002, № 9.

Дубна сегодня. - 1976, № 6.

Оганесян Ю. В поисках сверхтяжелых ядер. - 1973, № 10.

Оганесян Ю. Как создавался циклотрон. - 1980, № 4.

Побожий Ю. Сверхтяжелые элементы с полуострова Челекен. - 1978, № 3.

Побожий Ю. Сто седьмой. - 1977, № 4.

Флеров Г., Оганесян Ю. Сто шестой. - 1975, № 2.

См. в номере на ту же тему

В. ГУБАРЕВ - Профессор Алексей Сисакян: физика и химия определили судьбу цивилизации.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Научные центры»

Детальное описание иллюстрации

Профессор Ян Климан, заместитель директора Лаборатории ядерных реакций, рассказывает журналистам об исследовании синтезированных в Дубне тяжелых изотопов водорода. В них содержится от трех до шести нейтронов на один протон, поэтому физики называют такое вещество нейтронной материей.
Физики Дубны нанесли на карту сверхтяжелых нуклидов немало новых химических элементов и их изотопов. Только в последние годы в Лаборатории ядерных реакций им. Флерова впервые синтезированы пять новых сверхтяжелых элементов и изучены цепочки их распада. Удалось даже добраться до "острова стабильности", занимающего область вокруг магического ядра, содержащего 114 протонов и 184 нейтрона. На карте нуклидов по вертикали отложено число протонов, а по горизонтали - число нейтронов в ядре атома. Каждая клеточка соответствует определенному изотопу какого-либо элемента. Для тех элементов, которые еще не получили названия, даны атомный номер Z (число протонов) и атомная масса A (число протонов и нейтронов в сумме). В центре клеточки указано время жизни (период полураспада) нуклида. Цветом обозначен тип радиоактивных превращений ядер: желтым - альфа-распад (E<SUB>a</SUB> - энергия альфа-частицы, образующейся при распаде), розовым - электронный захват (CE), голубым - бета-распад, зеленым - спонтанное деление (SF).
Изготовление трековых мембран. Ионы из ускорителя поступают в специальную систему сканирования, которая производит развертку пучка на мишени, чтобы облучение было равномерным. Для этого используют специальные магниты, дающие пилообразное магнитное поле.
С помощью трековых мембран можно создать микроструктуры на поверхности медной трубки. Делают это следующим образом: сначала на полимерную пленку направляют пучок тяжелых ионов, которые пробивают треки. После химической обработки треки превращаются в микроскопические отверстия. Получившуюся полимерную мембрану обматывают вокруг медной трубки и помещают заготовку в электролитную ванну. Медь из раствора осаждается на поверхности трубки, образуя микроструктуру, напоминающую щетку.
Нуклотрон - сверхпроводящий ускоритель многозарядных ионов. Его работу обеспечивают уникальные сверхпроводящие магниты, специально сконструированные в Лаборатории высоких энергий, которая носит имя академиков В. И. Векслера и А. М. Балдина.