В середине июня произошло событие, которого с одинаковым нетерпением ожидали ученые Венгрии, Германии, Греции, Дании, Испании, Италии, Польши, России, Словакии, Франции, Швейцарии и Швеции: спустя два года после начала строительных работ был официально открыт туннель для сверхмощного Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (European XFEL). Общая протяженность системы туннелей, созданных для этого уникального мегапроекта в недрах федеральных земель Гамбург и Шлезвиг-Гольштейн — 5,8 км, а глубина — от 6 до 38 метров. Площадку Центра синхротронного излучения DESY в Гамбурге соединяет с городом Шенефельд в земле Шлезвиг-Гольштейн туннель длиной 3,4 км. В Шенефельде расположится собственно исследовательский центр XFEL, где международные коллективы ученых будут проводить эксперименты с ультракороткими и сверхъяркими рентгеновскими вспышками.
Доступ в туннели, над прокладкой которых без устали трудились две буровые машины впечатляющих размеров — TULA (нем. сокр. “ТУннель для ЛАзера”, диаметром 6,17 м, длиной 71 м и весом 550 тонн) и ее “младшая сестра” AMELI (нем. сокр. “Свет В Конце”, диаметром 5,48 м, длиной 84 м и весом 500 тонн) — будет осуществляться в трех разных местах. Строительство “метрополитена” для European XFEL обошлось международному консорциуму в сумму порядка 220 миллионов евро — примерно одну пятую от общей стоимости проекта. Всего же затраты на строительство нового лазера составят более одного миллиарда евро, из которых 54% лягут на плечи Германии, как страны-организатора, а 26% (около 300 миллионов евро) составит доля России. Степень участия других стран-партнеров составит от одного до трех с половиной процентов от общей суммы финансирования. В значительной мере этот проект, который по праву может считаться германо-российским, будет реализовываться и за счет взносов оборудованием со стороны акционеров и партнеров. Полный ввод мегаустановки в эксплуатацию намечен на конец 2015 года. Пока же до завершения работ еще далеко, следующим этапом станет прокладка в туннеле коммуникаций, заполнение его уникальными приборами.
Не случайно руководство и пресс-служба XFEL организовали на строящийся Европейский лазер специальную экскурсию для научных журналистов из России. Ведь, по словам управляющего директора XFEL Массимо Альтарелли, “помимо крупного финансового вклада Россия вносит и очень значительный интеллектуальный вклад в развитие столь уникального проекта”. Например, в состав научно-консультативного комитета XFEL входит глава РФФИ академик РАН Владислав Панченко, среди трех научных директоров проекта тоже есть россиянин — Сергей Молодцов. Функции научного координатора, отвечающего за формирование научной программы исследований и руководителя реализации проекта European XFEL с российской стороны исполняет Национальный исследовательский центр (НИЦ) “Курчатовский институт”, чей уникальный научный потенциал в сфере исследований в области рентгеновского, синхротронного и нейтронного излучений, физики высоких энергий, нанотехнологий позволяет НИЦ активно участвовать на всех уровнях создания нового лазера: в научной и административной дирекции, в управляющем совете, в работе различных комиссий и комитетов. Так, директор НИЦ член-корреспондент РАН Михаил Ковальчук уполномочен представлять интересы российской стороны в Международном наблюдательном совете проекта XFEL. В целом, по количеству ученых, привлеченных в той или иной степени к реализации данного проекта, Россия сегодня занимает второе — после Германии — место.
— Стоит обязательно отметить и существенный вклад, который сделали российские исследователи и научные организации в создание нашей мегаустановки, — подчеркнул Массимо Альтарелли. — Сейчас я говорю о тех российских институтах, которые вносят свою лепту в поставки оборудования на XFEL. Среди них — НИЦ “Курчатовский институт”, Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В.Скобельцына МГУ, Институт физики высоких энергий, расположенный в Протвино, Объединенный институт ядерных исследований в Дубне и др. Эти институты поставляют компоненты не только для нашего “сердца” — ускорительного комплекса, но и для значительного количества других элементов, входящих в состав лазера на свободных электронах. Поэтому можно сказать, что на большой части компонентов, из которых он будет состоять, будет стоять лейбл “made in Russia”. Например, изготовлением сверхпроводящих магнитов для лазера займутся сотрудники Научно-исследовательского института электрофизической аппаратуры им. Д.В.Ефремова (Санкт-Петербург), а последние секции ондулятора — устройства для генерации когерентного синхротронного излучения — вероятно, появятся на свет в стенах новосибирского Института ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН. В тех самых стенах, кстати, где более 30 лет назад именно советскими учеными впервые был предложен режим генерации лазерного рентгеновского излучения, впоследствии легший в основу проекта XFEL.
Один из научных директоров European XFEL Сергей Молодцов, рассуждая о будущей практической пользе мегаустановки, привел любопытный пример, сравнив все то, что знают о физике и химии современные ученые, с урезанной версией трансляции футбольного матча. Поскольку наша встреча состоялась накануне открытия ЕВРО-2012, журналисты сразу оценили, что именно имел в виду ученый.
— Европейский лазер на свободных электронах поможет раскрыть суть процессов, происходящих на атомарном уровне, — заметил он. — Мы сможем научиться снимать “real-time кино” о том, как протекает химическая или физическая реакция. Выражаясь в терминах футбольного матча, раньше мы могли наблюдать лишь “состав команд перед игрой” и “финальный счет”. Когда были “забиты голы”, увидеть было невозможно. Ученым для этого был нужен очень короткий и очень яркий импульс, позволяющий снимать ход “матча” (реакции) “кадр за кадром”. Такую возможность нам предоставит XFEL, который покажет “запись всей игры”. Эта информация перевернет современное представление о физике и химии, мы сможем видеть, как атомы взаимодействуют друг с другом и действительно поймем, каким именно образом идет та или иная реакция. Наконец-то сможем запечатлеть, например, как вирус проникает внутрь клетки. Кто знает, быть может, там, в промежутках, которые пока не разглядеть, происходит что-то еще более интересное, чем то, с чем мы сталкивались до сих пор.
Работа на XFEL откроет огромные возможности для изучения химических и физических процессов в молекулах, а также создания новых материалов и наноструктур. Эта установка предназначена не столько для исследования материи или поиска ответов на вопрос о том, как появилась Вселенная. С помощью рентгеновского лазера мы сможем создать, например, совершенно новое лекарство. Именно поэтому ожидается, что основными нашими “клиентами” станут биологи, фармацевты, медики, а также физики и химики, наблюдающие за ходом реакций с фемтосекундным разрешением. Уже сегодня у нас есть несколько заказчиков на проведение подобных исследований, в основном это фармацевтические компании. Правда, есть один нюанс: для коммерческих организаций час работы на нашем пучке обойдется в 14 тысяч евро, однако возможности, которые дает XFEL, того стоят… О том, как получить “время на пучке” некоммерческим исследовательским группам, подробнее рассказал заместитель директора Курчатовского института, специальный представитель НИЦ в европейских исследовательских организациях Михаил Рычев:
— Как и в большинстве подобных проектов, здесь будут сформированы отдельные экспертные панели по каждому научному направлению, куда можно послать свои предложения по проведению экспериментов. Как правило, эти панели создаются из ведущих специалистов в соответствующей области, представляющих все страны-участницы проекта. Главных здесь нет: оценки отдельных экспертов будут сложены и усреднены. Как правило, мнения специалистов не очень-то и разнятся: сильная или слабая работа сильна или слаба в одинаковой степени для любого профессионала из любой страны. Однако поскольку сегодня мы еще не слишком близки к началу экспериментальных работ на XFEL, экспертные панели пока не сформированы. Когда же деление по научным направлениям все-таки произойдет, в каждой из экспертных панелей обязательно будет несколько российских ученых. С процедурой отбора заявок, думаю, больших проблем не возникнет. Ведь работы будут отбираться строго по научному уровню, правда, далеко не всегда получается так, что количество заявок от страны, вложившей больше всего денег в данную конкретную установку, совпадает с количеством заявок на проведение экспериментов, полученных от ее ученых. Но это уже задача для менеджмента проекта — сбалансировать процентное соотношение. Однако подчеркну еще раз: отбор заявок у нас будет вестись только по научной значимости. Мне кажется, что опыт, ранее накопленный НИЦ “Курчатовский институт” в аналогичных проектах, например, в работе с коллегами из Европейского центра синхротронного излучения (ESRF, Гренобль, Франция), вполне может нам помочь.
Кстати, благодаря нашим усилиям последних лет вот уже два конкурса подряд в Гренобле принимаются предложения по проведению экспериментов от российских научных групп (раньше наши ученые были обязаны искать себе иностранных партнеров, чтобы подать заявку). И здесь я хотел бы отметить, что слухи о “смерти” российской науки сильно преувеличены: ведь если на предыдущий конкурс в ESRF пришло около 50 заявок из России (в общей сложности их поступило несколько сотен), то на последний конкурс — уже 70. Это самая большая группа заявок за все время существования ESRF, поступивших от одной страны!
Сегодня НИЦ “Курчатовский институт” объединяет четыре крупнейших научных центра, занятых в нашей стране эксплуатацией и строительством мегаустановок. Это, собственно, сам Курчатовский институт, Петербургский институт ядерной физики им. Б.П.Константинова, Институт физики высоких энергий в Протвино и Институт теоретической и экспериментальной физики. Большая часть отечественных заявок ожидается от этих участников (поэтому так или иначе нам придется координировать данную часть аппликантов), а также от ряда других ведущих российских университетов и институтов.
Еще более остро стоит вопрос подготовки отечественных кадров для European XFEL. Это ответственное задание тоже сегодня возложено на НИЦ “Курчатовский институт”. Планируется, что эту площадку будут посещать несколько сотен экспериментаторов из России в год. Безусловно, основной кадровый потенциал, на который мы делаем ставку, — научная молодежь. Нам бы очень хотелось “достучаться” до этой аудитории, до тех, кто сегодня только пришел на химические, физические, биологические факультеты ведущих российских вузов, рассказать им, какие уникальные эксперименты здесь можно поставить, каких результатов добиться. Как правило, на установках такого класса наравне со всеми работают и нобелевские лауреаты. Сегодня в нашей стране трудно это представить, но такие примеры оказывают гигантское воспитательное влияние на молодых ребят — по сути, у приборов происходит передача знаний, навыков, возможностей от поколения к поколению. Нам бы очень хотелось, чтобы и российские университеты подключали к этому процессу своих студентов: благо, сегодня расстояния не являются препятствием и возможна даже удаленная работа на этих установках, хотя мы делаем все для того, чтобы российские молодые ученые могли сюда свободно приезжать — для этого тут будет создана отдельная инфраструктура.
Для работы на новой мегаустановке в Гамбурге НИЦ “Курчатовский институт” совместно с нашим партнером DESY с 2009 года проводит ежегодные занятия Международной школы для молодых ученых “Перспективные исследования в области фотонных наук. Экспериментальные возможности Европейского лазера на свободных электронах”. Сюда приглашаются студенты старших курсов со всего мира. Среди тех, кто приезжает из России, в основном учащиеся МГУ, СПбГУ, МФТИ, МИФИ, ряда других ведущих отечественных вузов. Нас радует, что число российских участников постоянно растет. Если в прошлом году их было около 10, в нынешнем будет порядка 20, и это только начало. Чтобы попасть на эту школу, ребята отправляют заявку в DESY, где описывают область, в которой они специализируются, свои интересы, чтобы мы им могли потом подобрать научного руководителя — ведь тут, в Германии, они не только слушают лекции, но и работают в группах. Если говорить о статистике, то, например, более половины российских участников летней школы прошлого года вернулись к нам на XFEL, чтобы сделать здесь диплом. И мы надеемся, что половина от этого числа потом вернется и в связи с диссертацией. Они могут делать ее и в России, а сюда приезжать ставить эксперименты. Кроме того, мы бы хотели проводить школы молодых ученых, ориентированные не столько на студентов, сколько на молодых аспирантов и научных сотрудников. Ближайшая такая встреча — трехсторонняя, российско-немецко-шведская — пройдет в следующем году и будет тоже посвящена тематике XFEL. Не менее важна и организация регулярных визитов представителей групп, работающих над созданием XFEL, в Россию. На такие встречи мы приглашаем всех студентов, без ограничений и предварительной подачи заявок. Задача этих мероприятий — показать, что здесь делается, каковы цели проекта, помочь ребятам выбрать подходящее для них научное направление.
Незадолго до официальной церемонии открытия туннеля European XFEL на нем побывал директор НИЦ “Курчатовский институт” Михаил Ковальчук, прибывший в Германию для проведения семинара по проекту Российско-германской экспериментальной станции на источнике синхротронного излучения PETRA-III. После семинара и экскурсии по площадкам Европейского XFEL Михаил Валентинович поделился с журналистами своими мыслями о важности подобных мегапроектов с позиции известного ученого в области рентгеновского и синхротронного излучения, о роли в них российских исследователей и в целом о месте России в современной мировой науке. Проект European XFEL он сравнил с состязаниями болидов класса Формула-1: для города такие машины, конечно, непригодны, но зато с их помощью можно испытать каждый отдельный узел автомобиля в условиях экстремальных перегрузок, а также совершить новый технологический прорыв, буквально изменив мир:
— XFEL обеспечит доступ к тем технологиям, которые в будущем станут человеку жизненно необходимы. Например, одним из самых известных “побочных событий” развития мегаустановок стало появление сети Интернет, возникшей в CERN. Или магнитные катушки, которые делались для CERN, — они легли в основу создания будущего томографа. Поэтому я уверен, что здесь, в XFEL, сейчас закладываются новые элементы для грядущих прорывов в науке.
Выразил директор НИЦ “Курчатовский институт” и свой особый взгляд на вечную проблему “утечки мозгов” с постсоветского пространства. Процитировав строки “…Но пораженья от победы / Ты сам не должен отличать…” из стихотворения Бориса Пастернака “Быть знаменитым некрасиво”, Михаил Ковальчук подразумевал, что у всякого явления есть две стороны и в корне неверно красить его только в черный или только в белый цвет:
— Когда начался массовый отток российских ученых за рубеж в начале 1990-х, мы быстро интегрировались в мировую науку, образовав фактически российскую научную диаспору, что существенно увеличило присутствие российских ученых, научных идей и опыта в мире. Сегодня мы активно участвуем в самых крупных международных научных проектах. Назову лишь четыре из них — Большой адронный коллайдер в CERN в Швейцарии; термоядерный реактор ITER во Франции — “прообраз искусственного Солнца”, рентгеновский лазер на свободных электронах XFEL и ускоритель тяжелых ионов FAIR в Дармштадте, тоже в Германии. Все это уникальные, очень сложные, дорогостоящие проекты, и реализация их немыслима без интеллектуального вклада российских ученых и, в значительной степени, без российских денег.
В проекте Европейского лазера на свободных электронах роль России — особая. Во многом участие России в проекте было инициировано Курчатовским институтом, в основе принципа работы лазера лежат разработки советских физиков. Фактически это будет принципиально новый источник синхротронного излучения, обладающего очень высокой яркостью, что позволит изучать процессы, происходящие в веществе, в фемтосекундные временные промежутки. XFEL будет значительно превосходить по своим техническим параметрам существующие аналоги именно по скорости вспышек — 27 000 импульсов в секунду! Использование этого лазера сулит революционные прорывы во многих областях науки, в первую очередь в материаловедении, нанотехнологиях, биотехнологиях, и российские ученые будут иметь приоритетный доступ к таким уникальным технологиям пропорционально вносимому нами вкладу.
Мне кажется, пример XFEL очень характерен: у истоков самой идеи стояли наши коллеги из Новосибирска, использовались наработки Курчатовского института. Конечно, впоследствии проект стал результатом коллаборации ученых многих стран, но российское “присутствие” здесь весьма ощутимо по всем аспектам. В проекте активно работают российские ученые из Института кристаллографии им. А.В.Шубникова РАН, Новосибирского ИЯФ, ОИЯИ (Дубна) и других научных центров, а координирует научную программу с российской стороны Курчатовский институт. Хотелось бы подчеркнуть, что в последние годы существенно изменился формат участия России в подобных зарубежных научных проектах. На протяжении многих лет отдельные ученые нашей страны были задействованы в работе таких крупных организаций, как CERN, DESY, ряда американских исследовательских лабораторий и др. Их вклад всеми признавался, но это была активность лишь на уровне индивидуально представленных специалистов. В последние два года, с запуском правительственной программы развития меганауки (что подразумевает и создание крупных установок внутри страны, и участие в аналогичных проектах за рубежом), наша страна готова не только поставлять отдельных специалистов в эти проекты, но и инвестировать серьезные средства, став действительно полноценным партнером в крупнейших прорывных научных проектах.
Анна ШАТАЛОВА
Гамбург — Москва
Фото автора
ПОЛНОСТЬЮ МАТЕРИАЛ СПЕЦВЫПУСКА ДОСТУПЕН В ФОРМАТЕ PDF
Нет комментариев