ПИКовое событие

В последние два десятилетия, несмотря на нелегкие для отечественной науки времена, российские ученые и  разработки были очень востребованы в крупнейших ядерных проектах, и наша страна «превратилась в дом интеллектуальной моды». Россия внесла огромный вклад в международную ядерную большую науку, и теперь настало  время создать меганауку внутри страны.

В феврале состоялась первая загрузка топлива в реактор ПИК, на которой присутствовала комиссия из специалистов Росатома. Проведение первых научных исследований на ПИК станет возможным в 2013 году.

 

Физический пуск исследовательского нейтронного реактора ПИК в Гатчине (Ленинградская область), строи- тельство которого началось более 30 лет назад, может состояться через один-два месяца.

«Мы полностью готовы к осуществлению физического пуска, и он в ближайшее время будет проведен – я думаю, в течение ближайшего месяца-двух. Мы все доводим до совершенства, и, как только все будет завершено, мы  объявим об этом пуске. Я думаю, что в течение ближайших двух месяцев это произойдет», – сказал директор Национального исследовательского центра (НИЦ) «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук.

Проект ПИК поддерживает Германия, уже выделившая оборудование на сумму около 29 млн евро. Заключен кон- тракт с немецкими коллегами о перемещении на ПИК шести высокоточных исследовательских установок.

Реактор ПИК станет источником мощных пучков нейтронов, которые способны просвечивать различные материалы, что позволит видеть детали структуры, сопоставимые по размеру с атомами, различать строение биологических молекул.

 

Бюджет проекта высокопоточного пучкового исследовательского реактора ПИК, спроектированного в НИЦ «Курчатовский институт», оценивается в 15 млрд рублей.

 

Строительство реактора ПИК на территории Института ядерной физики имени Константинова в Гатчине началось в 1976 году, но этот проект, как и многие другие ядерные проекты во всем мире, был заморожен из-за Чер- нобыльской катастрофы. В 2007 году правительство России приняло решение о выделении 6 миллиардов рублей на достройку реактора.

За последние полгода специалисты очень сильно продвинулись вперед в подготовке к запуску, сделаны суще- ственные шаги для того, чтобы «реактор заработал и стал национальной мегаустановкой, одной из лучших в мире». Несколько лет назад была создана полномасштабная модель активной зоны реактора ПИК, на которой  проводились все физические эксперименты. «Теперь все полностью подготовлено к физическому пуску. 

Фактически все проверено и пуск мы можем провести хоть сейчас. Но, поскольку это очень важное событие, мы  хотим, чтобы в этом приняли участие люди, которые могли бы к этому важному событию привлечь внимание», – сказал глава Курчатовского института. После физпуска начнется подготовка к энергетическому пуску, что займет год-полтора. Параллельно будет устанавливаться научное оборудование, к настоящему моменту уже достигнута договоренность об участии в работе ПИКа исследователей из Германии, сейчас обсуждается расширение присутствия иностранных ученых.

 

Хотя проект начали разрабатывать еще в 1960-е годы, ПИК будет установкой мирового уровня – сейчас в мире есть лишь три подобных реактора.

 

Что станет с российским мегапроектом?

В 2011 году правительственная комиссия отобрала шесть основных претендентов на проект уровня megascience в России. Проекты такого уровня в перспективе должны развиться в крупные центры международного сотрудничества, поэтому требования к кандидатам предъявляются суровые. Какие же проекты прошли отбор?

 

Электростанция будущего

Токамак (тороидальная камера с магнитными катушками) «Игнитор» – совместный проект Италии и России, наце- ленный на создание прототипа термоядерной электростанции будущего.

По мнению основателя проекта, академика MIT Бруно Коппи, только «горение» плазмы в сильном магнитном поле сможет обеспечить коммерческое использование термоядерной энергии. Для того чтобы началась термоядерная реакция синтеза гелия, нужно нагреть смесь дейтерия и трития до температуры свыше 100 миллионов градусов. А для предотвращения разрушения элементов конструкции камеры и удержания внутри нее плазмы используется  сильнейшее магнитное поле. Это же магнитное поле создает в плазме посредством индукции мощный ток, и она,  обладая сопротивлением, нагревается. Такой метод позволит существенно уменьшить физический размер  термоядерной установки. Радиус плазменного тора Игнитора составит всего 1,3 метра, что сделает его существенно компактнее токамака ITER, хоть по проекту он должен быть значительно мощнее своего главного  конкурента.

 

Проект планируется разместить на территории ТРИНИТИ – Троицкого института инновационных и термоядерных технологий, где в советские годы был создан ТСП – токамак с сильным полем, напоминающий по конструкции «Игнитор». Работы по строительству ТСП были заморожены, но инфраструктура и коммуникации соответствуют требованиям нового проекта.

 

«Золотой» долгострой

Высокопоточный пучковый исследовательский реактор ПИК – один из крупнейших и самых дорогих долгостроев СССР и России в области фундаментальных и прикладных исследований.

В мировой науке подобные реакторы используются в качестве сверхмощных микроскопов. Нейтроны дают возможность изучать свойства материалов, «прозрачных» для гамма-лучей и рентгена, поскольку они взаимодей- ствуют не с электронными оболочками атомов, а с атомными ядрами. Нейтронные исследования открывают принципиально новые возможности в области нанотехнологий, физики твердого тела, материаловедении, химии, медицине и промышленности: лечение онкологии, изучение поведения металла в процессе облучения на АЭС,  свойства высокотемпературных сверхпроводников, изотопный состав вещества и многое другое.

 

Конструкция ПИКа аналогична современным зарубежным исследовательским реакторам; активная зона объемом  коло 50 л помещена в тяже- ловодный отражатель и представляет собой компактный интенсивный ис- точник нейтронов деления. Установка сможет выдавать нейтронный пучок с характеристиками, превышающими мировые аналоги, – 1015 нейтронов в секунду на квадратный сантиметр. На реакторе возможно одновременное проведение более 50 различных экспериментов.

 

MARS в Курчатовском институте

 

MARS – источник специализированного синхротронного излучения четвертого поколения, который планируется создать в Курчатовском институте в Москве. В настоящее время на территории института работает синхротронный источник поколения 2+, а в мире существуют три установки 3-го поколения (США, Япония, Европа).

В целом область применения фотонных источников излучения (синхротронов и лазеров) зависит от мощности  установки. Источник синхротронного излучения нового поколения станет самым мощным среди существующих установок подобного уровня, но будет уступать европейскому рентгеновскому лазеру XFEL (X-RAY Free Electron  Laser). Таким образом, он перекроет разрыв в области структурных исследований, образовавшийся между  источниками третьего поколения и лазерами.

 

Коллайдер тяжелых ионов NICA

 

Строительство ускорительного комплекс-коллайдера тяжелых ионов NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) ведется на территории Объединенного института ядерных исследований в Дубне на базе действующего уско- рителя Нуклотрон. Целью проекта будет изучение перехода ядерной материи в кварк-глюонную плазму, а также свойств смешанной фазы этих состояний.

Исследования в этой области помогут ответить на вопрос о том, какие процессы происходили в ранней Вселенной незадолго после Большого взрыва. Относительно низкие энергии столкновения ядер золота позволят дубненским экспериментаторам увидеть эффекты, незаметные для сверхмощных коллайдеров БАК (Церн) и RICH (Брукхей- вен). В настоящее время ведутся работы по модернизации систем Нуклотрона, а к 2015 году планируется  завершить строительство сверхпроводящих колец коллайдера. Финансирование проекта ведется за счет 23 стран- участниц ОИЯИ.

 

Сверхмощный лазер

 

Проект создания сверхмощного пятипетаваттного лазера PEARL (PEtawatt pARametric Laser) в Институте прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде. В ИПФ уже имеется богатый опыт в области строительства крупных  лазерных установок. Одиннадцать лет назад на территории этого института был построен первый в России лазер с титан-сапфиром в качестве рабочего вещества мощностью 1ТВт, а в 2006 году при финансировании Росатома был создан субпетаваттный лазерный комплекс, на базе которого планируется строительство проекта PEARL. Интерес  атомщиков к лазерной установке объясняется возможностью создания лазерного термоядерного синтеза, как альтернативы термоядерному реактору типа токамака. При помощи сверхвысокой интенсивности лазерного излучения можно обеспечить нагрев дейтерий-тритиевой мишени. При этом период удержания плазмы, необходи- мый для протекания реакции синтеза, составляет 10–10 секунды, что на 10 порядков меньше, чем в токамаке.

 

Фабрика очарованных частиц

 

Электрон-позитронный коллайдер и «чарм-тау фабрика» в Институте ядерной физики СО РАН в Новосибирске.  Проект в области фундаментальной ядерной физики, для реализации которого задумано строительство 800-метрового коллайдера и детектора частиц под территорией института. Новосибирский коллайдер сможет объяснить причину асимметрии между количеством вещества и антивещества во Вселенной. После Большого  взрыва вещество и антивещество должны были образоваться в равных количествах, но в современном мире по непонятным причинам антивещество не наблюдается. Очарованные (англ. «charm») частицы – D-мезоны, «фабрикой» для создания которых станет новый проект, могут послужить ключом к разгадке этого явления.  Данные, полученные на «чарм-тау фабрике», дополнят данные Большого адронного коллайдера, поскольку для ответа на вопрос об асимметрии материи там изучают другой тип частиц – прелестные (англ. «beauty»).

Проектом уже заинтересовались ученые из Италии, США и Японии, причем как строительством ускорителя, так и проведением экспериментов. Любопытно, что первый коллайдер – ускоритель на встречных пучках, получивший имя ВЭП-1, был придуман и построен именно в Новосибирском ИЯФ еще в 1960-х годах.