Со 2 по 5 апреля в Доме международных совещаний проходило второе рабочее совещание "ДЭЛСИ - 2001: синхротронный источник ОИЯИ - перспективы исследований". В нем принимали участие ученые ведущих научных центров России, стран-участниц ОИЯИ и других государств Европы, которых интересует создание в Дубне источника синхротронного излучения (СИ).

"Создание источника СИ в Дубне - требование времени и попытка наверстать отставание России в этом направлении, - сказал в приветственном слове к участникам конференции директор ОИЯИ академик В.Г.Кадышевский. - Благодаря своей многопрофильности, наш Институт обладает специалистами, необходимыми как для создания источника, так и для проведения исследований... Дубна как научный центр существует уже 45 лет, здесь создана инфраструктура, позволяющая приглашать ученых из-за рубежа для работы на СИ... Коллеги из стран-участниц, участвующие в совещании, - наши потенциальные пользователи".

"Придавать новую жизнь крупным физическим установкам, - сказал в своем приветствии участникам совещания вице-директор ОИЯИ профессор А.Н.Сисакян, - стало сегодня веянием времени. Вы знаете, что судьба, аналогичная амстердамскому накопителю, определена источнику СИ BESSY-I, который скоро совершит путешествие из Берлина в Иорданию. Это международный проект SESAME, инициатором которого выступил экс-директор ЦЕРН профессор Х.Шоппер. Проект ДЭЛСИ - своего рода пионер в такой "телепортации". И, конечно, Россия и ее соседи - страны-участницы ОИЯИ остро нуждаются в источниках СИ. Мы не сомневаемся, что найдем решение. И проект будет реализован!"

Руководители проекта подробно рассказали о планах его реализации, перспективах развития и о месте вновь создаваемой установки среди мировых аналогов. В свою очередь, участники конференции поделились опытом исследовательских работ, осуществляемых с помощью синхротронного излучения в различных областях науки - физике, химии, биологии и других. Цель этого совещания (а первое, напомню, состоялось полтора года назад) - более конкретна, его участники предприняли попытку сформировать научную программу проекта ДЭЛСИ.

В 1944 году советскими физиками Д.Д.Иваненко и И.Я.Померанчуком была сформулирована теория излучения электроном, двигающимся во внешнем магнитном поле ("светящийся электрон"). Три года спустя американцы Блюит и Хабер впервые наблюдали это явление в эксперименте. Поскольку излучение испускали электроны, ускоренные в синхротроне, это излучение с тех пор и называют синхротронным.

Синхротронное излучение, начиная с 60-х годов, нашло широкое применение в различных областях науки и техники. В России исследования с использованием синхротронного излучения начаты физиками ФИАН и МГУ на синхротроне ФИАН С-60 и в Институте ядерной физики в Новосибирске на накопителях ВЭПП. По оценкам специалистов, сегодня в мире 80 действующих источников СИ и 40 еще строится.

Как известно, история электронных ускорителей в России начиналась в ФИАН имени П.Н.Лебедева. Первые экспериментальные исследования свойств СИ были проведены советскими физиками уже в 50-е годы (П.А.Черенков, Ю.М.Адо, О.Ф.Куликов). В середине 60-х один из ускорителей в ФИАН был преобразован совместными усилиями физиков ФИАН и МГУ в источник СИ, построен вакуумный ультрафиолетовый канал, и в течение нескольких десятилетий здесь был накоплен огромный опыт работы по использованию СИ.

- Важно отметить, что одно из первых исследований свойств СИ было проведено здесь, физиками ФИАН и МГУ, - рассказывает директор Лаборатории электронов высоких энергий ФИАН профессор А.А.Комар. - Одно из важных направлений использования СИ было связано с люминесценцией кристаллов. Это излучение очень быстрое, время его действия соответствует наносекундам. Оно имеет важное практическое применение, в частности, его можно использовать для исследования сцинтилляторов и детекторов для физики высоких энергий. Второе направление наших исследований представляется нам очень перспективным - это изучение биологических объектов, в том числе разных типов белков. В основном, с точки зрения использования кинетики их люминесценции. Оказалось, что характер люминесценции белков связан с их свойствами и имеет важное значение для диагностики разных заболеваний, в частности, атеросклероза. Очень интересное направление связано с изучением разных возможностей подхода для создания элементов рентгеновской оптики, активно исследуются, скажем, капиллярные линзы. С помощью этих приборов мы надеемся многое сделать в области мягкого рентгеновского излучения.

В России работа с источниками СИ значительно отстает от мировых темпов. В Московском регионе на "карте" СИ обозначены лишь пять точек - синхротроны С-60 и "Пахра" в ФИАН, источники СИ "Сибирь-1" и "Сибирь-2" в РНЦ "Курчатовский институт", а также законсервированное строительство источника СИ в Зеленограде. Хорошими источниками СИ обладает также ИЯФ имени Г.И.Будкера в Новосибирске. Именно здесь сегодня находится крупнейший в России центр синхротронного излучения. Рассказывает старший научный сотрудник ИЯФ В.Ф.Пендюрин:

- Работы с СИ в нашем институте начались в 1973-74 годах, причем, не только по созданию, но и по совершенствованию источников. Многие направления исследований, проведенных за эти годы с помощью СИ, кажутся интересными, перспективными, они, как правило, носят междисциплинарный, интеграционный характер. Что касается аппаратуры, я бы прежде всего отметил последние разработки по рентгеновской оптике, в частности, по плоским рентгеновским волноводам, потому что это один из способов создания яркого источника когерентного излучения в рентгеновском диапазоне. С помощью такого источника можно будет решать задачи рентгеновской голографии и посмотреть, как устроена сложная молекула. С той же рентгеновской оптикой связаны технологии дифракционных решеток на многослойных зеркалах. Эти направления создают предпосылки развития методик работ с СИ.

Интересны исследования быстрых процессов взрывного типа. Такие процессы развиваются за наносекунды. Изучаются физика процесса взрыва, поведение веществ при взрыве.

Работы с использованием СИ интересны еще и тем, что они понятны и близки даже неспециалистам. Например, исследование климата в нашем столетии и далеком прошлом - тысячелетия и миллиарды лет назад. Это интересно всем - что происходило миллионы лет назад, какие были ледники, как менялся климат... Зная это, можно прогнозировать будущее нашей Земли. Эти работы были проведены с помощью рентгено-флюоресцентного анализа. Думаю, перспективны также работы по созданию LIGA-технологий - изготовление различных микроприборов, которые, скорее всего, через некоторое время перевернут нашу жизнь, подобно тому, как это сделали в свое время электронные чипы.

В.Ч.Жуковский, профессор кафедры теоретической физики физического факультета МГУ:

Мне бы очень хотелось рассказать об истории СИ. Люди многое забывают. На самом деле, основной вклад в исследование его свойств и, честно говоря, исчерпывающая теория в той области, где работает квазиклассическое приближение, была построена моими учителями - профессорами нашей кафедры А.А.Соколовым и И.М.Терновым. Формулы абсолютно точные, их можно использовать для калибровки других видов излучения и источников, потому что теория и эксперимент полностью совпадают. Я думаю, что это уникальное явление - синхротронное излучение - еще не до конца исследовано. В частности, в области очень сильных полей, в "ультраквантовой" области. Не до конца исследованы поляризационные свойства СИ, его влияние на динамику частиц, воздействие на электроны, которые это излучение испускают. В частности, поведение спина электрона. Это явление самополяризации электронного спина в результате испускания СИ называется эффектом Соколова и Тернова. Эффект самополяризации электронного спина в результате СИ уже широко используется в ускорителях электронов и позитронов - коллайдеров, где изучается столкновение поляризованных частиц. Перспективы приложений СИ очень богатые, это мы видим на проходящей в Дубне конференции, и нет другого источника электромагнитного излучения, который бы обладал таким набором свойств классических и квантовых.

В 1999 году Объединенному институту ядерных исследований голландским Институтом ядерной физики и физики высоких энергий (NIKHEF, Амстердам) безвозмездно был передан ускорительный комплекс. В него входят линейный ускоритель электронов, электронный синхротрон-накопитель и канал транспортировки пучка между ними, а также системы и устройства электропитания, охлаждения и управления. Стоимость этого оборудования превышает 25 млн. долларов. Работы по перевозке были начаты в июне 1999 года, а 21 декабря 2000-го в Дубну пришел последний транспорт с техникой. Работы оплачивались за счет долгосрочного кредита, предоставленного голландской стороной. О дальнейшем развитии работ рассказывает главный инженер ОИЯИ, руководитель проекта ДЭЛСИ, член-корреспондент РАН И.Н.Мешков:

- Сегодня вы слышали - все оборудование уже в Дубне, и мы можем начинать реализацию проекта. Более того, Государственный строительно-проектный институт Минатома России начал рабочее проектирование зданий. Но финансирования пока нет. Поэтому принято решение - для того, чтобы по возможности ускорить реализацию проекта, начинать его первый этап, используя существующее здание. В максимально короткое время предстоит смонтировать линейный ускоритель и на базе этого ускорителя создать несколько излучателей инфракрасного диапазона - лазеров на свободных электронах. Я говорю во множественном числе, потому что планируются три лазера разных энергий. Длина ускорителя около 200 метров, и энергия электронов нарастает по длине по мере их ускорения. На разных участках эти электроны будут выводиться и пропускаться сквозь магнитные "змейки" - ондуляторы. В зависимости от энергии генерируется излучение той или иной длины волны инфракрасного диапазона - от 10 микрон до 0,1 микрона. Это цель первого этапа. Параллельно изыскиваются возможности финансирования. Когда появятся средства, то немедленно начнется сооружение кольца. Это второй этап. Стоимость работ по проекту ДЭЛСИ порядка 5-7 млн. долларов США, что на порядок меньше, чем стоимость создания подобной установки "с нуля".

- Оборудование, которое привезено из Амстердама, уникально, - говорит старший научный сотрудник ОИЯИ М.В.Юрков. - И почему его передали в Дубну, я не очень понимаю. Это действительно так: если бы в Амстердаме был аналогичный проект, то дело решилось бы не в пользу передачи оборудования. Возможно, свою роль сыграла инерционность чиновников, которые только сейчас осознали перспективность этого направления. Сейчас бывшие хозяева очень заинтересованы в скорейшей реализации этого проекта, оказывают нам большую материальную и моральную помощь. В частности, организовывают поддержку нашего проекта на Западе. Если найдутся деньги на реализацию, дубненский электронный синхротрон будет установкой передового уровня, фактически источником четвертого поколения. Сегодня уже достигнута договоренность об участии в нашем проекте лаборатории DESY. Наш линейный ускоритель можно использовать как полигон для отработки элементов линейного коллайдера TESLA.

На конференции были представлены предложения научных центров, заинтересованных в использовании дубненского синхротрона. Уже сегодня более 30 институтов из России, СНГ и Европы изъявили о желании сотрудничать, многие готовы предоставить свое оборудование.

- Прежде всего, это "наш университет", здесь мы будем готовить специалистов по синхротронному излучению, - говорит председатель программного комитета ДЭЛСИ профессор МГУ В.В.Михайлин. - Назову лишь несколько центров, заинтересованных в этом проекте. ФИАН имени П.Н.Лебедева, Государственный оптический институт, Институт физики твердого тела и Институт элементоорганических соединений РАН и другие. Из зарубежных - лаборатория DЕSY (немецкий электронный синхротрон), с которой Дубна очень тесно связана. Затем, университет Клода Бернара в Лионе, там есть целый институт люминесцентных материалов, ЦЕРН и т.д... Уже сейчас мы можем оснастить три канала. Во-первых, канал метрологии и фотометрии - это будет "хлебный" канал. Вообще в стране должен быть метрологический стандарт на всю эту область излучения. Представляете, какая она большая, эта область, если ширина спектра видимого излучения в десятки тысяч раз меньше, чем область спектра, перекрываемого СИ. Оборудование для градуировки вторичных источников и детекторов, для приемников с абсолютной калибровкой уже есть. МГУ предлагает для канала вакуумной ультрафиолетовой спектроскопии твердого тела готовое оборудование, оно уже ждет. Еще одно конкретное предложение - спектральная аппаратура с временным разрешением для исследования люминесценции. Есть предложения по накачке твердотельных лазеров синхротронным излучением, по сцинтилляторам. Большие планы по использованию поляризационных характеристик СИ. Сейчас в мире они используются недостаточно. Твердое тело, как известно, анизотропно. Но если использовать и круговую поляризацию СИ, то можно исследовать и асимметрию живой материи (белки и сахара имеют разную круговую симметрию). Это, собственно, загадка жизни - асимметричный синтез. Есть планы по использованию СИ в биологии, химии, медицине.

Научный руководитель ЛНФ профессор В.Л.Аксенов:

- Пожалуй, главная черта современных исследований состоит в их междисциплинарности. В 1986 году были открыты фуллерены - новое состояние углерода, сфера из 60-ти атомов. Далее были созданы аналогичные состояния в конденсированной среде. Проблема исследования различных фуллереновых соединений интересна тем, что как раз и представляет собой пример такого междисциплинарного исследования, поскольку фуллереновые соединения обладают массой интереснейших физических свойств. Таких, например, как совершенно необычная сверхпроводимость, причем проявляется она при довольно высоких температурах, порядка 50 градусов Кельвина. Магнитные свойства фуллереновых соединений очень интересны. Одно из новых направлений - молекулярная электроника - использует в том числе фуллереновые соединения. Химия фуллеренов представляет интерес как чисто химическая задача, как изучение нового химического соединения. И, наконец, возможно использование фуллереновых соединений для создания новых лекарств, препаратов, которые могут быть использованы как ингибиторы, то есть вещества, подавляющие активность различных воздействий на человека, например, вирусов, радиации. Использование источника СИ может дать богатую информацию в широком диапазоне физических параметров, о составе и структуре новых соединений, которые возникают с использованием фуллеренов.

Заместитель генерального директора по науке Национального научного центра "Харьковский физико-технический институт" профессор И.М.Карнаухов:

- С Дубной я связан различными научными интересами с очень давних времен, в первый раз я здесь побывал в 1964 году. В последнее время я интересуюсь синхротронным излучением и, в частности, проектом ДЭЛСИ. Кроме того, на этом ускорителе я работал даже в Амстердаме, поэтому установку более-менее знаю. На Украине нет источников СИ, работать нам негде. И поскольку Украина - страна-участница ОИЯИ, мы могли бы несколько каналов занять под свои исследования. И последний интерес такой - эти работы частично могут проводиться за счет нашего взноса в ОИЯИ. Сейчас в Дубне уже работает наша техника - сверхпроводящая магнитная система, созданная совместно с французскими учеными. По договору нами изготовлены бериллиевые окна для ДЭЛСИ и рассматриваются другие варианты участия нашего института в этом проекте.

Заведующая лабораторией Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН А.А.Вазина (Пущино):

- Для нас использование источника СИ представляет прежде всего интерес в исследовании биологических структур. Сегодня, пожалуй, самое важное - это не молекулярные исследования, не исследование структур клетки, а исследование живой ткани. Для медицины, для каждого из нас вся патология, все наше выздоровление зависит от состояния нашей ткани. Мы привыкли к молекулярным исследованиям того, что находится внутри клетки. Но структура должна непрерывно меняться и отвечать на любое взаимодействие. Главное в этом веке - надо работать так, чтобы медики понимали, на чем основан гомеостаз, очень узкий диапазон различных физико-химических изменений, в которых организм только и может функционировать. Структурная основа гомеостаза - это центральная проблема, которая будет решаться физическими методами, в том числе с помощью СИ. Сейчас активно развиваются исследования состояния организма по какой-то одной структуре, например, по волосам.

Два года назад наши коллеги из Японии на синхротроне в городе Цукуба вместе с австралийскими учеными предложили такой тест, но они ошиблись. Там, действительно, есть изменение дифракции, и три наших института из Пущино занимались исследованием волоса для медицинской диагностики, используя СИ в Новосибирске, в ИЯФ имени Г.И.Будкера. Оказалось, что современный человек, применяя мощные детергенты, косметику, моющие средства, снимает защитную мантию, которую создают наши железы, и агрессивная среда может проникать в наш организм. Мы получили тест даже не на состояние здоровья, а на состояние нашей незащищенности перед внешней средой.

И второе потрясающее открытие - это так называемая Пазарыкская цивилизация на Алтае, где при раскопках была найдена знаменитая "Снежная Леди", которая пролежала во льду 28 веков. И парадоксально, что в ее волосах содержание свинца, меди в десятки раз больше, чем у нас, цинка в пять раз меньше. Было обнаружено очень много захоронений молодых людей. Нас спрашивали - почему, поставьте диагноз. Дело все в том, что антропогенное давление оказывает любая цивилизация - и бронзовый век, в котором кувшины изготавливались из меди, и следующий, когда активно использовали свинец. Граница всегда идет по социальному срезу: богатые люди, которые пили из прекрасных медных кувшинов, загрязняли свой организм, а бедные пользовались глиняной посудой, к которой мы вернулись (я имею в виду фарфор, фаянс). Миф о загрязнении окружающей среды не так опасен, как наше заблуждение о чистоте!

Руководитель ROBL-проекта в Институте Лауэ - Ланжевена (Гренобль), начальник отдела Исследовательского центра в Россендорфе В. Матц:

- Наш институт построил специальные каналы для изучения активных элементов и материалов. Я приехал рассказать о наших исследованиях. Возможно, они будут интересны и для ДЭЛСИ. Эти направления можно довольно легко развивать на источниках СИ. Они имеют большое прикладное значение, могут применяться в химии, в медицине, где используются радиоизотопы для диагностики и лечения, в охране окружающей среды, во всех направлениях, связанных с ядерной энергией, радиоактивными отходами. Что касается материаловедения, мы занимаемся тонкими пленками, и это интересно, с одной стороны, для микроэлектроники, с другой стороны, это улучшение некоторых качеств материалов, В медицине мы ведем исследование улучшения сплавов титана, который применяется при изготовлении имплантантов. Своего источника СИ у нас нет, мы используем синхротрон в Гренобле.

Начальник ОРРИ ОИЯИ профессор Е.А.Красавин:

- Синхротронное излучение является великолепным инструментом для проведения структурных исследований в различных областях биологии. Например, изучение структуры отдельных хромосом, положение некоторых генов в хромосомах и оценка топографии хромосом в живых клетках, клетках человека. Дело в том, что до сих пор отсутствует информация о положении хромосом в ядре, а это очень важно для того, чтобы прогнозировать ряд онкологических заболеваний, таких как лейкозы. Казалось бы, такие фундаментальные вопросы, но биологией они еще не решены, и новая установка СИ, возможно, позволит это сделать.

Ведущий научный сотрудник Института элементоорганических соединений им А.Н.Несмеянова РАН Ю.Л.Словохотов:

- Для всех участников этого совещания использование СИ очень актуально. Мы надеемся, что источник ДЭЛСИ будет введен в кратчайший срок, хотя понимаем, что все придется фактически сооружать с нуля. По применению СИ отставание России от мирового уровня уже давно зашло за опасную черту. Сообщество пользователей источников СИ в России есть, и оно очень нуждается в современном синхротронном центре. Мы занимаемся структурными исследованиями для химии с применением СИ в основном в Новосибирске, но часть данных получаем за границей. За границей - это разовый доступ, это, как правило, не самые современные станции. Работаем мы на них только потому, что нам выделяют свободное время. Однако уровень зарубежных центров значительно выше российских. И это еще одна задача - запланировать и организовать деятельность ДЭЛСИ так, чтобы источник отвечал мировому уровню, а не программировал отставание уже в самой структуре предполагаемых исследований и приборов, которые будут там размещаться.

В среду на совещании было проведено заседание "круглого стола", где участники обсудили перспективы и возможности проекта ДЭЛСИ. С его решением вы сможете ознакомиться в наших следующих номерах.

Галина МЯЛКОВСКАЯ