Коллектив и его дело

Как звучат "электронные струны"

Выполненный в Лаборатории высоких энергий под руководством профессора Евгения Денисовича Донца цикл работ "Обнаружение и исследование феномена электронной струны в электронно-лучевом ионизаторе "КРИОН" и его применение для получения релятивистских пучков ионов Ar16+ и Fe24+ на нуклотроне ОИЯИ" отмечен первой премией в номинации научно-методических исследований.

В рецензии члена-корреспондента РАН главного инженера ОИЯИ Г.Д. Ширкова особенно подчеркивается новизна и актуальность этих исследований:
"Электронно-струнный метод получения высокозарядных ионов обладает существенными преимуществами перед широко используемым в настоящее время электронно-лучевым методом: уменьшение в десятки и сотни раз мощности применяемых электронных пучков и, как следствие, значительное повышение надежности аппаратов, реализующих этот метод, при одновременном увеличении токов высокозарядных ионов".

А положенный в основу этого метода эффект заместитель директора Института теоретической и экспериментальной физики профессор Б. Ю Шарков охарактеризовал так:
"Не известный ранее феномен, названный авторами электронной струной, - устойчивое в определенных условиях стационарное состояние однокомпонентной электронной плазмы, проявляющееся в динамическом равновесии теряемых и инжектируемых электронов". Назвав работу "основополагающей" и отметив, что "авторами проведены детальные теоретические и экспериментальные исследования обнаруженного ими эффекта", профессор Б.Ю. Шарков сделал следующее заключение: "Представленный на конкурс научно-исследовательских работ ОИЯИ цикл работ является завершенным исследованием, в результате которого получены приоритетные научные и практические результаты, превышающие мировые достижения в области пучков высокозарядных ионов, созданы уникальные условия для новых экспериментов на основной базовой установке ОИЯИ в области высоких энергий - нуклотроне".

Особенностью авторского коллектива этой работы является то, что фамилия Донец в его списке фигурирует три раза: вместе с Евгением Денисовичем работают два его сына. Вот с этого мы и начали беседу с главой научной династии.

Сыновья решили заниматься наукой в тяжелые времена, и я думаю, что для этого более подходящего места, чем наш Институт, в России они вряд ли смогли бы найти.

Старший сын, Евгений, физик-теоретик. Он автор и соавтор более 40 научных публикаций в самых престижных журналах. Примерно половина из них - работы по физике заряженной плазмы, а другая половина по супергравитации. Некоторое время назад он предсказал один феномен, который мог бы проявиться в эксперименте по формированию электронной струны, и вскоре это предсказание подтвердилось, что заставило нас несколько иначе взглянуть на изучаемые процессы.

Младший сын, Денис, электронщик. Я сожалею, что он не стал экспериментатором, потому что у него есть совершенно удивительное чутье в деле постановки эксперимента. Тем не менее, самые сложные и необычные электронные разработки, которые необходимы для того, чтобы эти новые явления исследовать, вместе со Стасиком Гудковым, высококвалифицированным радио-электромонтажником, они всегда обеспечивают. Должен сказать, что никогда за несколько лет мы не оказывались в таком положении, что не смогли начать эксперимент, потому что они не успели что-то разработать.

Сам я экспериментатор, так что получается такое неплохое неформальное сообщество. Как долго оно будет существовать, я не знаю. Но пока нам удается активно работать. Думаю, что еще не время говорить о династии: посмотрим, чем займутся внуки.

Владимир Викторович Сальников - это один из тех, о которых в свое время говорили - у него золотые руки. Плюс понимание того, что малейшая небрежность, неточность в конце концов аукнутся, и мы откатимся далеко назад, потеряем месяцы, и может быть, даже годы. Он главный механик, который готовит эксперимент. Плюс к этому он обеспечивает криогенную поддержку, вакуумную.

Юля Туманова еще молодой конструктор, но очень прилежная сотрудница, и за последние полтора года она сильно выросла. Она начинала с деталировки узлов, которые мы рисовали, создавала компьютерную версию, а теперь разрабатывает собственные детали, узлы. И это очень отрадно, потому что у других сотрудников освобождается время.

Виталий Борисович Шутов - программист высокого класса. Последний сеанс с ускорением ядер железа, который мы обеспечивали со своим источником, был полностью автоматизирован. Виталий делит себя между нашей группой и работой в Германии на ДЭЗИ.

Валерий Петрович Вадеев в основном участвует в сеансах, когда мы работаем на ускорителе. Здесь у него большой опыт, так как он также участник работ по ускорению поляризованных ионов.

У нас сложилось хорошее сотрудничество с Евгением Михайловичем Сыресиным из Лаборатории ядерных проблем на уровне феноменологического описания электронной струны. Он специалист по электронному охлаждению пучков. У нас есть несколько совместных статей, в которых предпринимаются попытки описать струну как некое данное стационарное состояние.

Работа, которую мы представили на премию ОИЯИ, состоит из двух неравных частей. Первая, многолетняя, - это открытие явления электронной струны, его исследования, многократные проверки, использование для получения ионов… Потом, наконец, применение на ускорителе - последний этап, в результате которого мы объявили, что это есть, это интересно, это работает. Как раньше говорили: практика есть критерий истины.

Мне трудно оценить работу ускорительщиков, там очень большой коллектив, и каким образом нужно было перестроиться, чтобы ускорять ионы именно аргона и железа, - все это гораздо лучше знает А.Д. Коваленко. Ясно, что они готовились тоже серьезно. То есть: в конце концов сложились две работы, нацеленные на то, чтобы эти результаты были получены в Объединенном институте и стали известны миру.

Александр Дмитриевич Коваленко, который руководит всеми работами на нуклотроне, постоянно в курсе наших результатов Он всегда верил, что они могут быть применены в ускорительной практике, и теперь это оправдалось. После аргона и железа мы собираемся ускорять криптон, повышать интенсивность и так далее. И как специалист, который обеспечивает работу нуклотрона, и как руководитель он проявляет достаточно мудрости, чтобы поддерживать работы, которые в принципе являются поисковыми.

Я кратко сказал о тех, кто был включен в авторский коллектив. Участников работы, конечно, намного больше. Обо всех, к сожалению сказать в газетном интервью невозможно. Но нельзя не отметить коллектив Цеха опытного экспериментального производства (ЦОЭП) лаборатории под руководством Юрия Ивановича Тятюшкина. Без участия этого коллектива, его сотрудников высочайшей квалификации никакая экспериментальная работа в лаборатории, в том числе и наша, не могла бы состояться. К сожалению, этот коллектив находится сейчас в бедственном положении. И, какие бы причины ни назывались, ясно, что нужна продуманная и обеспеченная ресурсами программа спасения ЦОЭП.

Вы сказали, что здесь сошлись два потока - совершенствование нуклотрона и ваши работы внутри лаборатории. А если бы не сошлись?

Если бы мы не смогли применить это здесь? Честно говоря, мне трудно сказать, что было бы. Возможно, через три-четыре года работа здесь бы и остановилась. Но наши результаты получили уже довольно большой резонанс. Мы подтвердили образование электронной струны на трех зарубежных установках: в лаборатории им. Манна Зигбана в Стокгольме, в Брукхейвенской национальной лаборатории и в Институте прикладной физики во Франкфурте на Майне. Принципиально это установки родственные, но конструктивно совершенно разные. Тем не менее, во всех трех случаях феномен струны был продемонстрирован абсолютно четко. Насколько я знаю, это первый случай, когда обеспечено стационарное, устойчивое состояние горячей однокомпонентной электронной плазмы. Если бы еще пять лет назад вы подошли к теоретику или экспериментатору в области физики плазмы и сказали: "Мне нужно получить заряженную чисто электронную плазму с температурой, скажем, в 10 килоэлектронвольт", - то вам бы ответили: "Ее невозможно удержать". На самом деле - возможно. И она названа электронной струной потому, что, по нашим представлениям, напоминает басовую струну, только вместо проволок - электроны, движущиеся по разнообразно закрученным траекториям. Она и "звучит" на достаточно низких электромагнитных частотах - всего десятки и сотни мегагерц.

Когда все это было определенно подтверждено, доложено на многих конференциях, эту работу уже нельзя остановить. Сейчас в Японии в университете Осаки создается установка для накопления электронов, построена установка, хотя и с несколько другими целями, в РИКЕН, да и в Брукхейвене резервируют это направление после того, как они так или иначе завершат свои работы по увеличению мощности электронных пучков до сотен киловатт.

Есть интересная проблема исследования термоядерных реакций, происходящих при очень низких энергиях. Она имеет отношение к энергетической модели Солнца, в которой сечение ключевой ядерной реакции слияния экспериментально не проверено. Есть предложение совместно с японскими коллегами создать установку под названием НАРИТА (аэропорт Токио - воздушные ворота Японии). Расшифровка этой аббревиатуры с английского означает исследование астрофизических явлений в установке с ионными ловушками. Так что, если не сейчас, то в ближайшие годы это направление, даже если каким-то образом погаснет здесь, то все равно где-то возникнет.

Но мы уже привыкли к тому, что в течение последних 30 - 35 лет опережаем события лет на 10 - 15, а потом они начинают развиваться в других странах.

Иногда это даже приводит к курьезам. Вот пример: еще в 1978 году мы впервые наблюдали образование невиданных состояний атомов и ионов аргона, состояний, когда 17 из его 18 орбитальных электронов находятся на высоких орбитах в то время, как обычные электронные орбиты не заселены. Позднее мы исследовали подобные состояния у криптона с его 35-ю одновременно возбужденными электронами и ксенона - с 53-мя. По предложению академика А.М. Балдина мы назвали такие особенные атомы и ионы сверхвозбужденными, которые очевидно могут существовать у любого элемента. И только в начале 90-х объединенная франко-американская группа обнаружила (независимо!) аналогичные состояния у углерода с его 6-ю электронами и придумала для них другое название - hollow (пустой, полый, пустотелый). И сейчас это, к сожалению, неверное с исторической, терминологической и, главное, с физической точки зрения название существует в мировой литературе.

И все-таки условия работы, когда вы точно знаете, что намного обошли, как теперь говорят, конкурентов, а вернее - еще их не создали, что можно не торопиться, все как следует обдумывая, очень комфортны. Но!!! - это поисковые работы, и они почти всегда не поддерживаются ни лабораториями, ни институтами. Такова плата за лидерство. И все же моя точка зрения не меняется многие годы. Надо искать там, где нет бума. Там, где нет бума, работать сложнее, но, главное, интереснее. Вы читали "Маленького Принца"? Маленький Принц говорит автору, Сент-Экзюпери: "Знаешь, чем хороша пустыня? - Где-то в ней скрываются родники".

А вы никого из маститых теоретиков не пытались заинтересовать своими проблемами? Может быть, людей Скринского?

Во-первых, замечу, что Е.М. Сыресин и есть представитель школы академика Скринского. Но знаете, если говорить о накопительных кольцах, скажем, ионных, то там требуются очень точно выверенные траектории частиц, которые поддерживаются и управляются. Но если система испытывает серьезнейшие возмущения, связанные, например, с резонансными явлениями, то она, скорее всего, переходит в какое-то новое состояние, которое неинтересно для физиков. Возможно, что-то подобное переходу в состояние электронной струны, какая-то общая физика, может быть и в накопительных кольцах. Но - "заинтересовать"! Что вы имеете в виду? Давно прошли те времена, когда можно было пойти или поехать к теоретикам, рассказать о новом интересном явлении, и заинтересовавшиеся коллеги с энтузиазмом начали бы заниматься его теоретическим описанием. Сейчас слово, которое вы употребили, приобрело другой смысл.

Так что в теоретическом описании мы пока продвигаемся собственными силами. Кроме того, есть вопросы, на которые может ответить только эксперимент. О сотрудничестве в экспериментальных исследованиях я уже говорил.

Надо двигаться вперед. Сейчас мы разрабатываем так называемую трубчатую версию электронной струны. Если такая система горячей электронной плазмы может существовать и мы это подтвердим в экспериментах, то количество электронов в ней окажется в 100-1000 раз больше. Соответственно и токи высокозарядных ионов окажутся на два-три порядка выше, чем те, что мы сейчас получаем. А это обещает и новое качество нуклотрона и не только его одного, а и многих других ускорителей. И это еще не все. Тогда, например, исследование реакции гелий-3 плюс гелий-3 (помните, я говорил об энергетике Солнца?) становится вполне реальным. Мы сейчас к этому готовимся. Надо сказать, что два эксперимента, связанные с исследованием этой реакции, длились долгие годы - в Гран Сассо и в Осаке. Но, к сожалению, ситуация оказалась, на мой взгляд, тупиковой в том смысле, что в этих экспериментах не обеспечено чисто ядерное взаимодействие, как это происходит на Солнце. То, что у наших коллег сталкиваются не ядра, а ионы и атомы, существенно искажает картину. Далее надо решать задачу многих тел, исключать влияние электронов, но как это делать - неизвестно.

Появление электронной струны создает некоторую новую область физики, скажем так, - пучок в струне и мишень в струне. Электронная струна создает условия и генерации, и удержания частиц и пучка и мишени.

То есть, это еще одно направление неускорительной физики?

Энергии там небольшие. Но именно самые малые энергии - это та область, которая недостаточно исследована.

Вы знаете эту историю с "холодным" термоядом?

Да, о ней мало кто не слышал, потому что в свое время бум прокатился по всей планете, и ни одно массовое издание не могло отказать себе в комментариях по поводу этой научной сенсации.

Сейчас общепризнано, что это была ошибка, хотя я знаю многих, кто так не считает. На самом деле элементарные и коллективные процессы ядерного взаимодействия при сверхнизких энергиях - это одна из неисследованных областей.

Как вы считаете, общая обстановка в Институте располагает сейчас к подобным поисковым исследованиям? Вы же понимаете, что финансирование фундаментальной науки - процесс сложный: расстановка приоритетов, выделение средств - это своего рода политика.

Все зависит от того, сколь финансово-емкой является та часть науки, тот проект, которым вы занимаетесь. Если очень емкая, то никак не обойти те вопросы, которые вы затронули, и решить их крайне сложно или невозможно. Если не очень - то можно попытаться найти какое-то минимальное финансирование, например, получить грант и работать. В таком случае вы свободны в своем выборе, в планировании, в выборе методики, и это хорошо. Но с другой стороны, вы непрерывно находитесь в поиске этих других независимых источников финансирования, что, естественно, отвлекает от основного занятия. При этом важно отметить, что условия для работы Институт предоставляет. Есть минимальная зарплата, есть тепло, есть электричество, в нашем случае очень важно, что есть криогенные жидкости, есть (пока еще есть) в лаборатории ЦОЭП, в который вы можете обратиться. Конечно, не до бесконечности: в лаборатории должны знать, что вы занимаетесь нужным делом, а не работаете, чтобы что-то продать на сторону. То есть занимаетесь стоящей научной темой, включенной в тематику ЛВЭ.

Но, с другой стороны, если работа включена в проблемно-тематический план ОИЯИ, да еще в тему первого приоритета, как в нашем случае создания электронно-струнного источника ионов для нуклотрона, то я не могу объяснить ни себе, ни моим сотрудникам, почему за все эти годы, начиная с 1994-го, она не была поддержана ни одним рублем институтских капитальных вложений.

А какой бы вопрос вы сейчас сами себе задали от моего имени?

- (с заметной хитрецой) Почему вы и ваши сотрудники не уехали за границу?

Но, вы же не уехали! Хотя, наверняка, зовут?

Да, и мы периодически работаем там, но все-таки человеком и ученым "в своей тарелке" я чувствую себя только здесь. Сколь бы ни была интернациональна наука, все же многолетняя связь с Институтом, жизнь и работа в Дубне выработали некоторое внутреннее состояние притяжения. Я вам приведу такой пример. Однажды я, будучи в отпуске, работал в Исследовательском центре ядерной физики в Осаке. Случилось так, что в это время отмечалось 70-летие университета. Было множество всяких культурных программ. И вот мы с Верой, моей супругой, пошли на одну из программ, которая нам показалась привлекательной. На афише был изображен певец, и сердце у него нарисовано большое - то есть нечто от сердца идущее. И, представляете себе, японские мальчишки и девчонки - студенты начала 21-го века вдруг запели: "Белеет ли в поле пороша...". Я взглянул на супругу: у нее слезы текут ручьями... Это я не к тому, что совсем неожиданно и необычно было там эту песню услышать. Но то глубокое волнение, которое мы в те минуты испытали, показало, сколь крепко мы связаны со своей культурой, со своей страной. И не только в эмоциональном плане - то же и в плане научном.

Евгений Молчанов