Их имена - в истории Института

23 сентября исполнилось 75 лет со дня рождения Владислава Павловича Саранцева, чья жизнь и деятельность неразрывно связаны с Объединенным институтом ядерных исследований, с его становлением и развитием.

Как дань памяти и уважения В.П.Саранцеву, ведущему специалисту в области ускорителей заряженных частиц в нашем Институте и в стране, на базе ускорительного отделения ЛФЧ были организованы семинары по проблемам ускорительной техники, проводившиеся раз в два года. Со временем эти семинары стали заметным событием в отечественной ускорительной науке, приобрели международный характер и стали, по существу, "дублером" Российской ускорительной конференции. Теперь они проводятся "под флагом" ОИЯИ и РАН (Научный совет по проблемам ускорителей). В этом году 8-11 сентября был проведен уже шестой семинар в Алуште, и на нем было представлено более 20 докладов. Необходимо отметить, что уровень семинара год от года растет, и в этом году в нем приняли участие несколько десятков докторов и кандидатов наук и, в том числе, три члени РАН.

Отличительной особенностью этого семинара было большое представительство молодых ученых, для которых дирекция ОИЯИ выделила специальный грант. Впервые было решено учредить премию за лучший доклад молодого ученого, и представительное жюри под председательством члена-корреспондента РАН А.Н.Лебедева признало лучшим доклад молодого сотрудника ЛЯП Г.В.Трубникова (на снимке).

Владислав Павлович Саранцев родился в Саратове. В 1932 году семья переезжает в Сталинград. В огне войны прошло его детство и именно тогда солдаты, защитники Отечества, люди, прошедшие войну, стали для него святы. Будучи руководителем ОНМУ, он много сделал для ветеранов войны.

В 1948 году В.П.Саранцев поступает на физический факультет МГУ, который блестяще заканчивает в 1953 году. С первых дней работы в Дубне Владислав Павлович принимает непосредственное участие в создании и запуске самого большого в мире ускорителя - синхрофазотрона.

В 1962 году Владислав Павлович защищает кандидатскую диссертацию по материалам создания нового инжектора. В это время ему было 32 года. Даже по меркам тех бурных лет защитить диссертацию после восьми лет экспериментальной работы было событием неординарным.

После запуска и успешной работы гигантского ускорителя, самого большого в мире, как по энергии в то время, так и по весу до сих пор, многие задумались о путях повышения эффективности ускорения и, соответственно, достижения предельных значений энергии протонов. Это помогло бы существенно сократить размеры и вес, а, следовательно, и стоимость ускорителей протонов и ионов. В.И.Векслер высказал идею о новом, "коллективном" методе ускорения заряженных частиц. Первым шагом на пути реализации идеи коллективного ускорения стало создание в ЛВЭ расчетно-теоретического бюро (РТБ), и В.И.Векслер доверяет В.П.Саранцеву руководить разработкой этого принципиально нового подхода к ускорению частиц, основанного на использовании собственных электрических полей двухкомпонентного электронно-ионного сгустка.

Коллектив В.П.Саранцева под руководством В.И.Векслера создает теоретическую модель коллективного метода ускорения на основе использования собственного электрического поля сгустка электронов. На начальном этапе этой работы было очевидно, что роль подобного сгустка может выполнить электронное кольцо. В это же время Г.И.Будкер высказал и теоретически обосновал идею устойчивости электронного кольца релятивистских электронов, "нагруженного" ионами. В результате напряженной работы группы сотрудников РТБ О.Яркового, Э.Перельштейна, И.Иванова, Н.Рубина, Л.Кузнецова, Г.Долбилова и других была создана основа теоретической концепции коллективного метода ускорения ионов с помощью электронного кольца. С тех прошли годы, и стоит напомнить красивую идею этого метода. Она настолько прозрачна, что может быть понята даже школьниками: ионы удерживаются электрическим полем сгустка электронов, суммарный заряд которых намного превосходит суммарный заряд ионов. В результате каждый ион как бы становится отрицательно заряженным с зарядом -Ne, где N >> 1. "Поместив" такой ион в ускоряющее внешнее поле, получаем выигрыш в энергии, набранной ионом, в N раз.

Коллектив экспериментаторов под руководством В.П.Саранцева начал впервые в мире создавать экспериментальную установку для ускорения ионов электронными кольцами, основой которой стал АДГЕЗАТОР (адиабатический генератор заряженных тороидов). Для решения этой задачи в ОИЯИ в 1968 году был создан Отдел новых методов ускорения (ОНМУ). В 1970 году на созданной модели ускорителя были впервые зарегистрированы ионы гелия, ускоренные до энергии в несколько МэВ.

Неоценим вклад ближайших сотрудников В.П.Саранцева - Н.И.Балалыкина, И.Н.Иванова, А.К.Каминского, В.В.Косухина, Н.И.Лебедева В.И.Миронова, В.Г.Новикова, В.В.Петрова, В.П.Рашевского, Н.Б.Рубина, С.Б.Рубина, А.И.Сидорова, А.П.Сумбаева, А.А.Фатеева, теоретиков группы Э.А.Перельштейна и многих других в создании на первом этапе модели коллективного ускорителя тяжелых ионов (КУТИ), потом прототипа КУТИ и, наконец, разработка КУТИ-20, который должен был стать рабочим ускорителем тяжелых ионов.

В то время, несмотря на большую помощь дирекции ОИЯИ в создании материально-технической базы ОНМУ, основной груз научной ответственности лег на плечи В.П.Саранцева. Коллективом в короткие сроки были решены вопросы технологии создания нового типа ускорителей АДГЕЗАТОР на основе уникальной тонкостенной титановой камеры с системой формирования полей вне вакуумной камеры. Сначала было много скептиков, высказывавших сомнения, как по технологии изготовления, так и по научным вопросам. Но здесь большую роль сыграла научная интуиция Владислава Павловича, подкрепленная точным расчетом. В 1976 году на созданном прототипе КУТИ была проведена серия экспериментов по ускорению ионов азота до энергии 2 МэВ/нукл.

После успешной работы над прототипом ускорителя В.П.Саранцев форсирует работы по созданию полномасштабного ускорителя тяжелых ионов КУТИ-20. Этот объект создавался исключительно силами сотрудников ОНМУ: от вакуумной камеры и систем питания - до линейного ускорителя СИЛУНД-20. Подобных прецедентов в мире еще не было. Только по прошествии значительного времени, с опытом решения других задач, становится ясно, насколько сложной была решаемая тогда проблема.

Роль В.П.Саранцева как дирижера этой работы исключительно велика. Детально вникая во все проблемы, он старался перед людьми ставить конкретные задачи, и люди отвечали ему своей добросовестной работой. Не было излишней суеты, каждый знал свое дело. Очень важно то, что В.П.Саранцева и в работе, и в отдыхе всегда был в коллективе. В первую очередь он был требователен к себе, какой бы сложной ни была ситуация, находил из нее выход.

Несмотря на то, что деятельность ОНМУ была под неусыпным "внешним" контролем, иногда даже слишком пристальным, Владислав Павлович никогда не позволял себе "разряжаться" на людях. Как руководителя его отличало умение на каждом этапе работ выделить главное и подобрать нужных людей. Ставка была сделана на молодых, как на наиболее работоспособную часть коллектива, но и при внимательном учете опыта ветеранов. И плоды такого подхода мы видим до сих пор - из "молодых" 70-х и 80-х годов выросла плеяда ведущих специалистов, многие из которых сейчас занимают ведущее положение и в науке, и в руководстве ЛФЧ, ОИЯИ и даже администрации г. Дубна.

На каждом преодоленном этапе были свои герои - и рабочие, и ученые. К сожалению, в то время трудно было представить все сложности и подводные камни на пути реализации коллективного метода ускорения. С одной стороны, технологический уровень 80-х годов не позволил в полном объеме получить устойчивые проектные параметры: размеры и интенсивность электронного кольца, необходимый вакуум в камере ускорителя и многое другое. С другой стороны, сама задача оказалась слишком масштабной для относительно небольшого коллектива ОНМУ. Сейчас можно сказать, что по своей сложности и масштабу задача была эквивалентна попытке решения проблемы термоядерного синтеза в лабораторных условиях.

На созданной В.П.Саранцевым базе впоследствии была образована новая Лаборатория сверхвысоких энергий, впоследствии переименованная в Лабораторию физики частиц (ЛФЧ), в которой работы по ускорительной тематике занимают важнейшее место. В настоящее время в ЛФЧ в рамках ускорительного отделения сосредоточены все работы по ускорительной тематике, направление которых было инициировано или поддержано В.П.Саранцевым.

Так, в 1983 году он положил начало в ОИЯИ исследовательским работам по созданию источников когерентного СВЧ-излучения - лазеров на свободных электронах (ЛСЭ). В миллиметровом диапазоне длин волн такие источники получили название мазеров на свободных электронах (МСЭ). Как одно из основных прикладных применений, рассматривалось использование МСЭ в работах по двухпучковому ускорению (ДПУ). В ДПУ источником СВЧ-энергии для запитки ускоряющих секций пучка основного ускорителя, в которых обеспечивается высокий (более 100 МВ/м) темп ускорения, является пучок низкоэнергетического сильноточного ускорителя. Для получения высокого темпа набора энергии в основном ускорителе предполагалось заметное увеличение (до 10-40 ГГц) частоты ускоряющего поля.

Полученные результаты позволили использовать указанный тип МСЭ-генератора в экспериментах по тестированию ускоряющей структуры коллайдера CLIC. Значительный вклад в эти работы внесли А.К.Каминский, С.Н.Седых, А.П.Сергеев, Э.А.Перельштейн.

Следующий цикл работ по генерации уже жесткого коротковолнового излучения был предложен коллективом сотрудников под руководством М.В.Юркова, который за свои фундаментальные работы по теории ЛСЭ получил позже престижную научную премию в Германии.

Современное состояние дел с квантовыми генераторами таково, что область длин волн короче 100 нм (граница вакуумного ультрафиолета) практически недостижима для обычных лазеров. Рентгеновский ЛСЭ обладает большим потенциалом для увеличения яркости выходного излучения по сравнению с классической однопролетной схемой. Была разработана схема двухкаскадного ЛСЭ-усилителя, которая в настоящий момент принята как основная для рентгеновского ЛСЭ в DESY.

Первые экспериментальные результаты на рентгеновском ЛСЭ в DESY, полученные в феврале 2000 года, продемонстрировали обоснованность научного подхода к созданию рентгеновского лазера и правильность принятых технических решений. Ускоритель работал на энергии 180-260 МэВ, и ЛСЭ производил мощное, плавно перестраиваемое излучение в области вакуумного ультрафиолета 80-180 нм.

Исследования свойств электрон-ионных колец коллективного ускорителя КУТИ-20 привели к пониманию того, что они являются источником синхротронного излучения (СИ) в инфракрасной части спектра с очень высокой импульсной яркостью, значительно превосходящей все известные в мире. СИ релятивистских электронных колец было использовано при создании на базе КУТИ-20 установки ERIS для получения и накопления многозарядных ионов. На этой установке, использующей СИ, удалось получить рекордное сжатие (до радиуса 2 см) и рекордное удержание (около 100 мс) релятивистских электронных колец с ионами криптона и ксенона, которые регистрировались по характеристическому излучению в рентгеновском диапазоне. Кроме того, СИ электронных колец в ИК-области спектра было использовано впервые для фундаментальных исследований оптических свойств нового класса материалов - высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) с температурой перехода Т>90о К.

Исследования на пучке СИ коллективного ускорителя позволили накопить опыт в этой области и послужили основой для создания в последние годы специалистами ускорительного отделения ЛФЧ энергодисперсионного спектрометра EXAFS на специализированном источнике СИ "Сибирь-2" в РНЦ "Курчатовский институт".

Как было сказано, в процессе работ по коллективному методу ускорения накоплен уникальный опыт в разработке различных ускорительных технологий. Это позволило включиться в одну из важнейших работ по созданию большого адронного коллайдера (LHC) в ЦЕРН. С 1997 года в ускорительном отделении ЛФЧ осуществляется разработка и создание системы подавления поперечных колебаний пучка большого адронного коллайдера LHC, сооружаемого в ЦЕРН (проект LHC Damper). Проект выполняется в рамках соглашения ОИЯИ-ЦЕРН по участию нашего Института в ускорительной части создания LHC, поддерживается Министерством науки и промышленности РФ (ныне Министерство образования и науки РФ) как часть общей программы участия России в этом проекте и сейчас близится к успешному завершению.

Основная задача этих систем изначально состояла в подавлении когерентных колебаний сгустка заряженных частиц, инжектированных в накопитель, что позволяет существенно повысить интенсивность ускоряемых пучков. В соответствии с соглашением ОИЯИ-ЦЕРН коллаборация производит 20 электростатических кикеров и 40 широкополосных усилителей для системы поперечной обратной связи LHC. Параметры разрабатываемых устройств не имеют аналогов в мировой практике. Инициатором этой программы был ученик В.П.Саранцева - И.Н.Иванов, возглавлявший ускорительное отделение до 2003 года. Благодаря его усилиям был сформирован коллектив, который успешно ведет работы по проекту - В.М.Жабицкий (сейчас руководитель этих работ), Н.И.Лебедев, В.А.Мельников, Е.В.Горбачев и другие.

Решением дирекции ОИЯИ значительно активизирован процесс изготовления комплекса ИРЕН на основе мощного линейного ускорителя электронов на энергию 200 МэВ для создания источника импульсных пучков нейтронов в ЛНФ. С этой целью в Лаборатории физики частиц в 2001 году был создан отдел ускорительных систем (НЭОУС) и за прошедший период проделана большая работа по изготовлению и наладке основных узлов ускорителя. В настоящее время в ЛНФ идет работа по установке этих узлов в зале ускорителя в здании 43 ЛНФ (руководитель - А.П.Сумбаев).

В отделении накоплен большой опыт создания мощных высоковольтных ускоряющих систем для индукционных ускорителей электронов на основе нелинейных линий. Все это позволило создать высококлассные индукционные ускорители: Силунд-20 (руководители Г.В.Долбилов, А.П.Фатеев), ЛУЭК-20 (индукционный ускоритель для ускорения электронных колец, руководитель А.И.Сидоров).

Придавая большое значение прикладным работам, в ускорительном отделении созданы оригинальные ускорители электронов для радиационных технологий под руководством Г.В.Долбилова.

Сегодня ускорительное отделение в первую очередь заботится о притоке молодежи, сохраняя традиции, заложенные В.П.Саранцевым. Так, только в нынешнем году принято на работу восемь молодых специалистов.

В настоявшее время совместно с руководством ОИЯИ определена важная задача - создание серии ЛСЭ в широком диапазоне частот на основе "амстердамского" линейного ускорителя электронов на энергию 800 МэВ, переданного в ОИЯИ из NIKEF. В ЛФЧ ведется монтаж этого ускорителя. В ближайшие месяцы на первых секциях ускорителя планируется получить электронный пучок с энергией несколько десятков МэВ, который уже в 2006 году должен быть использован для генерации излучения в ИК диапазоне с помощью ондулятора на постоянных магнитах. Электронный пучок этого ускорителя предполагается также использовать для прикладных исследований. Создаваемые установки на базе ЛИНАК-800 значительно расширят возможности экспериментальных исследований не только в ОИЯИ, но и в России. Как показывает опыт зарубежных научных центров, только на пути интеграции различных областей науки и техники возможно получение новых фундаментальных результатов.

Имеющийся со времен В.П.Саранцева опыт и традиции ускорительного отделения в области создания линейных ускорителей электронов получат свое дальнейшее развитие при сооружении ЛИНАК-800 и могут иметь решающее значение в случае участия ОИЯИ в проекте будущего международного линейного коллайдера на сверхвысокие энергии ILC.

Анализируя деятельность В.П.Саранцева как ведущего физика-ускорительщика, в том числе его вклад в теоретическое и экспериментальное обоснование коллективного метода ускорения, можно сделать вывод, что он внес исключительный вклад в историю нашего Института. В ОИЯИ было создано новое научное направление, создан коллектив, владеющий теорией, экспериментом, технологией создания уникальных ускорительных установок. До сих пор ускорительное отделение ЛФЧ, ведущее свою историю от ОНМУ, является наиболее крупным коллективом ускорительщиков ОИЯИ, который принимает активное участие в целом ряде ускорительных проектов как в нашем Институте, так и в ведущих научных центрах мира, таких как CERN, DESY, KEK, ИФВЭ, "Сибирь-2" (РНЦ "КИ") и другие, и может быть использован совместно с коллегами-ускорительщиками других лабораторий Института при реализации в ОИЯИ новых крупных общеинститутских ускорительных проектов.

И.Н.Мешков, А.Н.Сисакян, С.И.Тютюнников, Г.Д.Ширков.