К юбилею ОИЯИ: страницы истории

Объединенный институт ядерных исследований был основан в 1956 году на базе двух крупных по тому времени ускорителей: синхроциклотрона, работавшего с 1949 года, и синхрофазотрона, строительство которого подходило к завершению. Поэтому история науки и техники ОИЯИ начинается с этих ускорителей.

Сегодня, когда с документов, касающихся первых ускорителей Дубны, уже частично снят гриф секретности, в основном можно проследить логическую цепочку развития событий, которая привела к их сооружению.

О необходимости создания в Советском Союзе серьезной ускорительной базы впервые на правительственном уровне было заявлено в марте 1938 года, когда группа ученых Ленинградского физико-технического института (ЛФТИ) во главе с А.Иоффе обратилась с письмом к председателю СНК СССР В.М.Молотову. В письме выражалась просьба помочь развитию исследований в области строения атомного ядра путем создания для этого технической базы. Вызвано это было тем, что в то время атомное ядро стало одной из центральных проблем естествознания, а потому ее развитие было в интересах престижа страны. Однако в Советском Союзе в этой области наблюдалось значительное отставание от капиталистических государств. Например, в Америке на тот период насчитывалось, по крайней мере, пять работающих циклотронов, а в Советском Союзе не было ни одного (единственный циклотрон РИАН, пущенный в 1937 году, из-за явных дефектов проектирования практически не работал). В обращении к Молотову была просьба создать все условия для окончания к 1 января 1939 года строительства циклотрона ЛФТИ. Работа по его созданию, начатая в 1937 году, была приостановлена из-за ведомственных неувязок и прекращения финансирования.

В результате этого письма уже в июне 1938 года комиссия от Академии наук СССР, которую возглавил П.Л.Капица, по запросу правительства дала заключение о необходимости строить циклотрон ЛФТИ на 10-20 МэВ в зависимости от сорта ускоряемых частиц и совершенствовать циклотрон РИАН.

В ноябре 1938 года С.И.Вавилов в обращении в Президиум АН предложил строить проектируемый циклотрон ЛФТИ в Москве, переведя в ФИАН из ЛФТИ лабораторию И.В.Курчатова, которая занималась созданием этого циклотрона. С.И.Вавилов хотел, чтобы центральная лаборатория по изучению атомного ядра располагалась там же, где находилась и Академия наук, то есть в Москве. Однако такое предложение не было поддержано в ЛФТИ. Споры, связанные с этим вопросом, разрешились в конце 1939 года, когда А.Ф.Иоффе выступил с предложением создать три циклотрона (РИАН, ЛФТИ, ФИАН).

Это предложение было принято, и 30 июля 1940 года на заседании Президиума АН СССР, ввиду необходимости использовать для работ по проблеме урана мощные циклотроны, предлагалось: а) РИАН закончить в текущем 1940-м году дооборудование действующего циклотрона; б) ЛФТИ окончить строительство циклотрона в первом квартале 1941 года; в) ФИАН подготовить к 15 октября текущего 1940 года необходимые материалы по строительству нового мощного циклотрона.

В связи с последним пунктом в ФИАН была создана так называемая циклотронная бригада, в которую вошли В.И.Векслер, С.Н.Вернов, П.А.Черенков, Л.В.Грошев и Е.Л.Фейнберг. 26 сентября 1940 года Бюро Отделения физико-математических наук (ОФМН) заслушало информацию В.И.Векслера о проектном задании на циклотрон, одобрило его основные характеристики и расчет затрат на строительство. Циклотрон был рассчитан на ускорение дейтонов до энергии 50 МэВ. ФИАН планировал начать его строительство в 1941 году со сроком пуска в 1943 году.

Создание этого циклотрона рассматривалось Правительством СССР как очень серьезное мероприятие, которое позволило бы советской науке подняться до уровня передовых позиций того времени.

Такова в целом была ситуация в Советском Союзе с ускорителями перед самой войной, которая нарушила все намеченные планы.

Острая необходимость в решении задачи по созданию атомной бомбы, возникшей во время войны, заставила Советский Союз мобилизовать свои усилия в исследовании микромира. А так как в этом ускорители оставались основным инструментом, то уже в 1943 году вновь обратились к трем циклотронам (РИАН, ЛФТИ, ФИАН), о которых шла речь перед войной, а также к созданию новых.

Один за другим были построены два новых циклотрона в Москве в Лаборатории №2 под кодовыми названиями М-1 (1944 год) и Мс (1946 год). В Ленинграде после снятия блокады были восстановлены циклотроны РИАН и ЛФТИ (1946 год).

Однако утвержденному перед войной проекту фиановского циклотрона не суждено было воплотиться в жизнь из-за революционного открытия Векслером принципа автофазировки. Хотя проект фиановского циклотрона и приняли перед войной к реализации, но было уже ясно, что классическая конструкция Лоуренса по энергии себя к тому времени исчерпала. Такое положение дел настоятельно призывало к поискам кардинально иного пути.

В феврале 1944 года после нескольких лет упорных размышлений Векслером, наконец, было найдено долгожданное решение. Открытый им принцип позволял значительно увеличить энергию ускоренных частиц, правда, при снижении их интенсивности по сравнению с той, что достигалась в циклотроне. Это было связано с цикличностью ускорения новым методом в отличие от плавного ускорения в циклотроне. На этот неприятный момент физики сразу обратили внимание на сессии ОФМН 20 февраля 1945 года при обсуждении способа ускорения, предложенного Векслером. Однако на этой же сессии все единодушно пришли к выводу, что это обстоятельство ни в коем случае не должно препятствовать его реализации. Хотя, к слову сказать, борьба за интенсивность впоследствии постоянно досаждала ускорительщикам.

Тогда же на сессии, по предложению С.И.Вавилова, было принято решение о необходимости незамедлительного практического осуществления двух типов ускорения, предложенных Векслером. Речь шла о синхроциклотронном и синхротронном способах, рассмотренных Векслером в его двух знаменитых статьях по автофазировке, опубликованных впервые в 1944 году в Докладах АН СССР. Синхроциклотронный способ ускорения предназначался для ускорения тяжелых частиц (протонов, дейтонов), а синхротронный - легких (электронов).

Здесь надо отдать должное Е.Л.Фейнбергу, теоретику циклотронной бригады, который в значительной мере помог Векслеру в математическом оформлении его идеи.

Кроме того, следует заметить, что в этих статьях, как и в работах по автофазировке Мак-Миллана, синхрофазотронный способ ускорения не рассматривался. Этот способ на основе идей Векслера как в СССР, так и в США был предложен позже. В Советском Союзе это было сделано в 1946 году академиком Украинской АН А.И.Лейпунским.

19 февраля 1946 года на заседании Специального комитета при Совнаркоме СССР соответствующей комиссии было поручено разработать проекты протонного и электронного ускорителей на основе автофазировки с указанием их мощности, сроков изготовления, а также места их строительства.

В результате 13 августа 1946 года вышло одновременно два постановления Совета министров СССР: 1) № 1764-766 сс "О строительстве мощного циклотрона" (установки "М"); 2) № 1765-767 сс "О проектировании и сооружении мощного резонансного ускорителя электронов" (установки "С").

Установка "М" - это кодовое название будущего дубненского синхроциклотрона. О его создании было рассказано в газете "Дубна" (№49, 2004 год). Под установкой "С" подразумевался синхротрон, рассчитанный на получение электронов с энергией до 450 МэВ с последующим увеличением до 1 ГэВ. В то время в США Лоуренс и Мак-Миллан уже начали строить подобный синхротрон на энергию 250-300 МэВ, поэтому в условиях политического противостояния США и СССР энергия проектируемого советского синхротрона превышала энергию уже сооружаемого в Америке. С помощью установки "С" намеревались получать искусственным путем мезоны, которые, по предположениям советских физиков в то время, способны были вызывать расщепление ядер.

Руководство по сооружению установки "С" вышеупомянутым постановлением было возложено на В.И.Векслера. Строить ее должны были на новой территории ФИАН по Калужскому шоссе (ныне Ленинский проспект) со сроком окончания в третьем квартале 1947 года. Однако с началом работы непредвиденные трудности выбили создание большого синхротрона из намеченного графика. Для разрешения возникших проблем пришлось создать два синхротрона на меньшие энергии - 30 МэВ и 250 МэВ. В документах они представлялись соответственно под названиями С-3 и С-25, в результате чего установка "С" впоследствии стала именоваться установкой "С-100".

Синхротроны С-3 и С-25 были размещены на территории ФИАН, где первоначально планировалось разместить установку "С-100", поэтому ее решили построить в другом месте за пределами Москвы.

На заседании Специального комитета при Совете Министров СССР 19 июня 1948 года был принят проект постановления Совета Министров об отводе под строительство установки "С-100" участка в Кимрском районе Калининской области общей площадью 436 га, в том числе земель гослесфонда 219,9 га и земель колхоза имени Демьяна Бедного 216,1 га. Как было установлено автором статьи, колхоз имени Демьяна Бедного находился в деревне Александровка в районе современной Дубны, то есть согласно документам в том месте, где сейчас расположен дубненский синхрофазотрон, первоначально планировалось построить синхротрон на 1 ГэВ. Выбранное место было удобно во многих отношениях, так как недалеко от него уже строился синхроциклотрон.

Отказ от строительства синхротрона был связан со следующим обстоятельством. Как было сказано выше, в 1946 году академик А.И.Лейпунский выдвинул идею о возможности создания ускорителя синхрофазотронного типа. В 1947 году в Лаборатории "В" вблизи станции Обнинское (ныне Обнинск) под его руководством начали разрабатывать технический проект такого ускорителя на энергию 1,3-1,5 ГэВ, который был готов к декабрю 1948 года. Эта работа входила в план специальных научно-исследовательских работ на 1948 год, утвержденный постановлением СМ СССР №1127-402 сс/оп.

В соответствии с этим же постановлением к марту 1949 года Лейпунский должен был представить эскизный проект кольцевого протонного ускорителя на 10 ГэВ (!) (название "синхрофазотрон" появилось позже).

Таким образом, в 1948 году в Советском Союзе одновременно разрабатывались два крупных ускорительных проекта: синхротрона на 1 ГэВ и синхрофазотрона на 1,5 ГэВ. Поскольку оба проекта были слишком дорогостоящими, то естественным образом возник вопрос целесообразности каждого из них. На одном из специальных заседаний в ФИАН, где собрались ведущие советские физики, сооружение ускорителя "С-100" сочли нецелесообразным из-за отсутствия большого интереса к ускорению электронов. Главным оппонентом такой позиции выступал М.А.Марков. Основной его аргумент состоял в том, что изучать и протоны и ядерные силы гораздо эффективнее с помощью уже хорошо изученного электромагнитного взаимодействия. Однако отстоять свою точку зрения ему тогда не удалось, и положительное решение оказалось в пользу проекта Лейпунского.

Тогда В.И.Векслер при поддержке С.И.Вавилова и Д.В.Скобельцына, не желая терять возможность построить самый мощный ускоритель в мире, предложил отказаться от сооружения синхрофазотрона на 1,5 ГэВ, а приступить сразу к проектированию ускорителя на 10 ГэВ, который ранее по перспективному плану был поручен А.И.Лейпунскому. Правительство СССР приняло это предложение, так как по опубликованным данным в апреле 1948 года Комиссией по атомной энергии США уже было известно о проекте синхрофазотрона на 6-7 ГэВ в Калифорнийском университете и хотелось хоть на время оказаться впереди США.

2 мая 1949 года вышло постановление СМ СССР №1773-646 сс/оп "О строительстве мощного кольцевого протонного ускорителя (установки "КМ")". Установка "КМ" - кодовое название будущего дубненского синхрофазотрона. Согласно этому постановлению, принималось предложение о сооружении кольцевого ускорителя протонов на энергию 7-10 ГэВ, под строительство которого передавалась земельная площадь, отведенная для установки "С-100". Научно-техническое руководство сооружением установки "КМ" возлагалось на ФИАН в лице Векслера.

Получить это руководство для ФИАН, несмотря на то, что дела у Лейпунского в этом направлении шли успешно, не представило особой сложности. Во-первых, по воспоминаниям современников Векслеру очень благоволил Берия, который был под впечатлением его доклада по автофазировке в правительстве. Во-вторых, С.И.Вавилов был в то время не только директором ФИАН, но и президентом АН СССР. Лейпунскому предложили стать заместителем Векслера, но он отказался и в дальнейшем в создании синхрофазотрона не участвовал.

Среди множества пунктов постановления был пункт о переводе на работу в ФИАН сотрудников Лаборатории "В", работавших в области ускорителей, а также передаче ФИАН соответствующего оборудования Лаборатории "В". А передавать было что - работа над ускорителем в Лаборатории "В" к тому моменту была доведена до стадии модели и обоснования основных решений.

Вопрос о сооружении установки "С-100" не снимался. Согласно последнему пункту постановления, Вавилов и Векслер должны были представить к 1 ноября 1949 года в Совет Министров СССР предложения по вопросу проектирования и строительства установки "С-100" на основании изучения опыта работы установки "С-25".

К созданию мощного синхротрона приступили лишь в 1962 году, то есть через несколько лет после пуска в 1957 году дубненского синхрофазотрона, но на энергию уже 6-7 ГэВ, в отличие от принятой первоначально в 1946 году энергии 1 ГэВ. Он был построен под Ереваном и пущен в 1967 году.

Лариса Зиновьева
Статья написана на основе документов, опубликованных в многотомнике "Атомный проект СССР" (М., Наука, 1998-2003).