Зачем Россия строит рентгеновский лазер в Германии?

13.05.2009

Гости: Михаил Ковальчук 
Ведущие: Алексей Воробьев ,
Татьяна Фельгенгауэр 
Передача: Разворот

А. ВОРОБЬЕВ - Михаил Ковальчук – глава Российского научного центра "Курчатовский институт". Здравствуйте.

М. КОВАЛЬЧУК - Здравствуйте.

Т. ФЕЛЬГЕНГАУЭР - Тема у нас прекрасная.

А. ВОРОБЬЕВ – Со знаком вопроса.

Т. ФЕЛЬГЕНГАУЭР - Зачем Россия строит рентгеновский лазер в Германии.

А. ВОРОБЬЕВ – Это такая история, которая появилась не так давно и мало кто о ней знает в достаточной степени. Известно, что Россия будет участником с вкладом в 25% в создании мощнейшего международного рентгеновского лазера на свободных электронах. Что это? Для чего это?

М. КОВАЛЬЧУК - Сначала я бы ответил на другое. Зачем Россия строит. Существуют некие вещи, которые не под силу, вот вы можете поднять 20 килограммов, а вместе мы можем поднять 40. Вот такая же ситуация и здесь. Вы создаете некую уникальную установку, которая продвинет понимание человечества существенно вперед. Эта установка стоит очень дорого, и она требует колоссального синтеза всех возможностей человечества. И поэтому человечество, по крайней мере, руками ученых начало сближаться, создавая общие установки. Например, в Женеве после войны был создан центр ядерных исследований европейский CERN. У нас был создан центр объединенных ядерных исследований в Дубне. Люди объединились, количество стран большое и вместе стали строить установки. То же самое с XFEL. Но только если CERN он был создан для изучения истоков Вселенной, чтобы промоделировать ситуацию, которая была 14 млрд. лет назад во времена Большого взрыва. Когда считается, возникла наша Вселенная. То в лазере на свободных электронах рентгеновских, что называется по-английски X-ray free-electron laser, эта установка, которая дает возможность нам проникнуть вглубь материи, в основы первозданного материаловедения.

То есть понять, как природа устроена и как ее можно дальше переконструировать с точки зрения нанотехнологического подхода. Эта машина для этого делается.

А. ВОРОБЬЕВ – Вы говорите о том, что этот проект настолько масштабный, что в нем требуется участие значительно большего количества стран, нежели одной. США, Япония создают свои проекты.

М. КОВАЛЬЧУК - Дело в том, что каждая страна может это сделать. И Россия могла бы делать. Но кооперация как правило всегда выгодна. Например, американцы создают, сейчас строятся три лазера на свободных электронах рентгеновских. Потому что, например, есть лазеры терагерцовые, субмиллиметровые длинных волн, другие. Так вот такой лазер у нас есть в Новосибирске. Один из лучших в мире. Он уже действует несколько лет. Но это масштабная сложная установка и сложилось так, что Россия в силу объективных условий, последние годы не строили крупных установок таких. А здесь есть проект европейский, в котором 13 европейских стран, и Россия получила предложение от Германии стать привилегированным партнером этого проекта.

А. ВОРОБЬЕВ – Что этот статус позволяет нам получить?

М. КОВАЛЬЧУК - Это вообще редкая ситуация, потому что мы впервые в истории Советского Союза и постсоветского времени становимся полноправным участником крупного масштабного международного проекта. Это означает, что нам принадлежит, если мы вносим взнос порядка 250 миллионов долларов, мы являемся привилегированным партнером, то есть, обеспечиваем себе масштабный доступ к участию в работе установки и что очень важно – идея изначально принадлежала советским ученым. Два ученых из Новосибирска фактически ее сформулировали, и создание рентгеновских лазеров это есть реализация идей советских ученых в чистом виде. Фактически мы сегодня тем самым, становясь легальными членами этой конгломерации международной, возвращаем назад свою интеллектуальную собственность. Наше предложение нам есть признание нашего общецивилизационного вклада. Это на уровне понятия такого. А теперь для чего нам это надо.

А. ВОРОБЬЕВ – Давайте мы сначала попытаемся в структуре разобраться. На что мы реально сможем влиять, находясь внутри этого проекта. Будем ли мы ведать финансовыми потоками, будем ли мы каким-то образом распределять по секторам виды научной деятельности.

М. КОВАЛЬЧУК - Например, один из четырех научных директоров там сегодня уже российский.

Т. ФЕЛЬГЕНГАУЭР - А их всего сколько?

М. КОВАЛЬЧУК - Четыре научных директора.

Т. ФЕЛЬГЕНГАУЭР - Будет больше?

М. КОВАЛЬЧУК - Это будет видно, что будет дальше. Вопрос заключается в следующем: существуют органы управления, разные комитеты, мы легально входим в каждый из этих комитетов. Имеет представительство официальное. Мы имеем легальный доступ с неким большим числом голосов. Но тут очень важный вопрос вот в чем заключается. Вот если CERN идет развитие проекта в рамках межгосударственного сотрудничества, обращаю ваше внимание, то это GMBH. То есть общество с ограниченной ответственностью. И, как правило, крупные установки в мире сегодня создаются в виде неких акционерных обществ. И в этом смысле мы становимся членами этого акционерного общества. Которое регулируется… И в этой связи крайне важным обстоятельством является следующее, вот Курчатовский институт, который я имею честь представлять, ему поручено правительством научное руководство, разработка программы с нашим участием. А коммерческая вся остальная часть деятельности, финансовая, они входят в сферу государственной корпорации Роснано, поскольку ей поручено представлять финансовые интересы РФ. Она вносит деньги туда, и она является легальным официальным представителем России финансовым и это тоже очень важная вещь. Мы наконец начинаем разграничивать ответственность. Я как представитель научного сообщества точно знаю, за что отвечаем. Научная программа.

Т. ФЕЛЬГЕНГАУЭР - Здесь не смешиваются деньги и наука.

М. КОВАЛЬЧУК - Совершенно верно. И потом, если мы профессионально хотим делать и быть успешными что-то, то надо, чтобы это делалось людьми, которые отвечают за разные вещи.

Т. ФЕЛЬГЕНГАУЭР - Вопрос по поводу участия российских ученых, Сергей из мы спрашивает: привлекаются ли к этой работе молодые российские ученые, если да, то как можно подать заявку на участие в этом проекте.

М. КОВАЛЬЧУК - Очень хороший вопрос. Спасибо Сергею. У нас есть конференция, она еще тянется с советских времен, называется «Рентгеновское синхротронное излучение нейтронов и электронов для исследования наносистем и материалов». В ноябре в Курчатовском институте и в Институте кристаллографии Российской академии будет очередная седьмая российская конференция, при которой будет четыре дня школа для молодых ученых, посвященная лазеру на свободных электронах. Поэтому можете послать заявку, и с удовольствием всех желающих будем собирать. Для этого школа и делается, чтобы рекрутировать молодых ученых.

Т. ФЕЛЬГЕНГАУЭР - Каков шанс, что потом эти молодые ученые будут в Германии работать с этим лазером.

М. КОВАЛЬЧУК - Для этого мы там и участвуем, чтобы иметь туда доступ. Они будут работать в РФ, но пользоваться возможностями этого лазера на свободных электронах наряду с имеющимися у нас установками.

А. ВОРОБЬЕВ – Может быть сначала попытаться понять, что это такое. Мы действительно уже все выучили название большого адронного коллайдера. Мы из прессы знаем, что новый рентгеновский лазер тоже какое-то грандиозное сооружение. Он тоже будет находиться под землей. Длина его почти 3,5 километра.

М. КОВАЛЬЧУК - И глубина до 6 до 38 метров. Залегание разное. Давайте я вам на пальцах проведу небольших ликбез. Сто лет назад Рентген открыл свое излучение. В 1895 году. В Германии. И получил первую Нобелевскую премию в 1900 году. Рентгеновское излучение осуществило переворот с моей точки зрения наиболее глубокий в цивилизации. Потому что осознанное материаловедение, создание и конструирование материалов началось после открытия рентгеновских лучей. Поскольку рентгеновский луч имеет очень короткую длину волны, сравнимую с расстоянием между атомами в веществе. И вы можете видеть дифракционную картинку, как расположены атомы. И после этого началось осознанное материаловедение. И поэтому получение информации детальной о расположение атомов дает возможность нам понять, сначала, как устроены минералы, любые вещества, а теперь уже биологические объекты. Так вот теперь сейчас происходит время, которое называется ренессанс рентгеновской физики или оптики. Оно связано с тем, что начали появляться новые сверхмощные рентгеновские источники. Раньше было так, как рентгеновское излучение получается – очень просто, у вас, даже если гуманитарное образование, вы легко поймете. У вас есть вакуум как в лампочке, есть анод, это такое массивное железное, например, медь. А здесь электроны. То есть ниточка, которую вы нагреваете. Из нее вылетают электроны. Вы их электрическим полем ускоряете, они ударяются в анод, тормозятся, и вылетает рентгеновское излучение тормозное. Вот так работает рентгеновская трубка, которая смотрит нас с вами на медицинском анализе. Если вы увеличите ток, анод расплавится, вы поднять интенсивность не можете, а вам надо поднять, чтобы видеть отдельные атомы и прочее. Человечество думало, сообразило сделать трубку с вращающимся анодом. Этот анод стало крутить, и электронный пучок каждый раз попадал в новое место. В 30 раз увеличили яркость. А потом оказалось, что есть ускорители. Прибор для физики высоких энергий ядерной физики. Который ничего общего не имеет с рентгеном. Но когда ускоряют частицы до световой скорости, как работала ядерная физика. У вас есть кольца синхротрон, например, как в коллайдере известном. Внутри вакуум как в космосе пустота. Огромный вакуум. Вы разгоняете частицы, например, электроны или позитроны внутри до околосветовой скорости. Почти до скорости света. Они крутятся по кругу. Потом открываете дырочку, частицы вылетают, ударяют в мишень, и вы изучаете атомную ядерную реакцию. Так вот оказалось, что когда вы ускоряете частицы, когда летящий прямо электрон поворотным магнитом в кольце поворачивает, чтобы держаться на кольце внутри, он излучает. Это Ландау магнитно-тормозное излучение получило название синхротронного излучения. Сначала с ним боролись, потому что это были потери для ускорения электронов. А потом оказалось, что это уникальное излучение рентгеновское, весь спектр в нем. И после этого стали ускорители строить, не как ускорители, а как рентгеновские источники, как лампочка для света. И вокруг них стали обстраивать экспериментальные станции, где стали работать биологи, материаловеды, химики, физики. Пример этого вы можете увидеть в Курчатовском институте. У нас есть один из 17 в Европе специализированных источников синхротронного излучения. У которых яркость на порядки, на 5-10 порядков выше рентгеновской трубки. А значит вы можете видеть тонкие вещи. Лазер на свободных электронах дает возможность вам еще в миллиард раз поднять яркость этого излучения рентгеновского, а значит, можете следить за отдельным атомом, но главное что здесь в миллиард раз еще ярче, чем синхротрон в лазере излучение, но главное оно имеет временную структуру и импульс один за одним, а импульс фемтосекунды. Вы можете видеть очень тонкую временную жизнь атомов, не только их положение в пространстве, что мы сегодня делаем. Но и как они меняются во времени. Это и называется фотонная наука, с атомным разрешением в пространстве и во времени. Это принципиально новый момент.

Т. ФЕЛЬГЕНГАУЭР - Ученые, наверное, в восторге.

А. ВОРОБЬЕВ – В восторге я, потому что все очень красочно описано. Как я понимаю, эти исследования сыграют большую роль в нанотехнологиях.

М. КОВАЛЬЧУК - Абсолютно да. Фактически есть прибор для нанотехнологий. Но представьте себе, ведь самое главное, цель науки, у науки, грубо говоря, две цели. Первая – понять, как устроен мир, и наше место в нем. Получение новых знаний. А вторая – сделать эту жизнь нормальной, качественной, удобной и так далее. И любая научная мысль материализуется через создание материалов. Что бы вы ни делали, измеряли кривые, какие-то свойства, но реализация для нас с вами как обывателей любой научной идеи это создание нового материала. Новый материал клапанов для сердца, жидкокристаллических экранов, заменителей кожи, лекарств. Это материал. Но материал состоит из атомов, и его свойства зависят от того, как эти атомы расположены. Сейчас изменилась парадигма развития науки. Меняется. Это мало кто понимает. До этого наука пыталась в первую очередь с помощью рентгеновского излучения понять, как устроен окружающий мир. Мы это научились делать. А сегодня нанотехнологии означают, что мы перешли к конструированию этого мира. Мы теперь знаем, как построены атомы и как их расположение влияет на свойства того материала, который мы построили. А сегодня мы целенаправленно начинаем конструировать эти материалы. И в этом есть смысл нанотехнологий. Так вот это лазер дает вам возможность видеть отдельный атом, его движение, положение и самое главное – во времени. Вы берете белковую молекулу и она под действием сверхяркого импульса рентгеновского от лазера на свободных электронах, разваливается во времени. Вы можете реконструировать во времени посмотреть, как она живет во времени, все процессы, которые происходят. То, чего сегодня мы не можем делать. Это ключевой переворот в подходе к пониманию материалов и возможности их конструировать.

Т. ФЕЛЬГЕНГАУЭР - У меня есть вопрос чисто практический. Если США, Япония занимаются аналогичными исследованиями, то в этой тройке на каком месте мы, соответственно наши европейские партнеры, отстаем ли мы от американских и японских конкурентов. Нет ли тут гонки вооружений условно.

М. КОВАЛЬЧУК - Гонка всегда есть и это хорошо.

Т. ФЕЛЬГЕНГАУЭР - Мы в этой гонке на каком месте?

М. КОВАЛЬЧУК - Понимаете, американцы торопятся. Чтобы застолбить приоритет. Они сделали простую вещь, они пошли очень экономным путем. Они взяли старый ускоритель SLAC в Стэнфорде, его немножко модифицировали и быстро сделали лазер. Но у них есть проблемы, потому что лазер их уже заработал, но у них фиксированная длина волны. А в лазере европейском длина волны существенно может изменяться от мягкого рентгена до ультражесткого. Чего нет в американском. То есть американцы сделали первый шаг быстро, это правильно, они сейчас какие-то снимут результаты, но возможности несопоставимы. Японцы чуть лучше американцев, но существенно хуже европейского проекта. Это по факту. И я бы сказал, что теперь очень важный момент, для нас очень важно понимание того, что мы на самом деле великая страна. И великая научная держава. И это есть абсолютно общепризнанный миром факт. Потому что я сейчас прочитал в одном иностранном журнале, что Россия стала домом интеллектуальной моды мира. Все крупные проекты, которые развиваются, начиная с космоса, в атомной энергетике, в фундаментальной науке, CERN например, ITER - создание термоядерного реактора в Кадараше, Ницце и здесь. Это все советские идеи. И более того, это идеи, сформулированные в Курчатовском институте. И весь мир сегодня, запуская все крупные проекты, реализует наши с вами идеи.

Т. ФЕЛЬГЕНГАУЭР - Только реализуются они не в России.

М. КОВАЛЬЧУК - Подождите, будет время и будет очередная установка строиться в России. Это другой вопрос. Американцы тоже строят, например, в CERN участвуют или все остальные, но он же тоже находится не в Америке и не в Японии. Кадараш ITER во Франции строится около Ниццы. Но, тем не менее, там участвует восемь стран. И все хотели. Но это есть некий конкурс идей. Поэтому это проблемная вещь. И мы должны сегодня четко думать о развитии своей национальной базы, но сегодня мы должны не отстать. Мы, например, в CERN, на адронный коллайдер поставили практически все магниты. Их выпускали наши институты, в первую очередь Новосибирский институт ядерной физики. Сейчас тоже основа лазера на свободных электронах большая часть сверхпроводящих ондуляторов будет изготавливаться у нас. Мы получаем на десятки миллионов долларов заказы на высшие пробы, высокотехнологичную продукцию. Которую поставляем в центр Европы и тем самым открываем выставку как в CERN. В CERN выставка технологических достижений постсоветской России. Можете приехать и посмотреть.

А. ВОРОБЬЕВ – Значит, в этом проекте участвует достаточно много стран.

М. КОВАЛЬЧУК - 300 институтов.

А. ВОРОБЬЕВ – Каким образом будет распределяться время. Российские ученые, проводя какие-то исследования на этом устройстве, будут ли делиться своими результатами, выводами, анализами со своими коллегами европейскими.

М. КОВАЛЬЧУК - Это самый главный и сложный вопрос. Потому что дележ как два жадных медвежонка. Это всегда самое сложное дело. На самом деле сейчас эти комиссии, комитеты они обсуждают вопрос охраны интеллектуальной собственности, национальной и вместе созданной – раз. Второй вопрос – доступ, пропорционально ли время. Вот мы платим 25%, значит 25% пучкового времени должно принадлежать нам. Но это сейчас обсуждается. Это живая ткань, но достигается определенный компромисс. Но вы должны понимать, что участие в таком проекте помимо того, что надо получить доступ к времени, вы должны иметь такое количество квалифицированных людей, которые могут этим временем воспользоваться.

Т. ФЕЛЬГЕНГАУЭР - А у нас есть проблема с кадрами достаточно квалифицированными, чтобы работать с этой установкой.

М. КОВАЛЬЧУК - Новая установка тем и хороша, что на ней можно учиться тому, что делать дальше. Но у нас есть наиболее разветвленная и подготовленная среда для этого. Я уже говорил, такие имена как Померанчук, Арцимович, Векслер, Будкин. Это люди, которые всю ускорительную технику в мире придумали. Все, что строится сегодня и делается это советские ученые, которые придумали эти все вещи. Автофазировки, принцип встречных пучков. И у нас есть колоссальная школа. Вы же знаете, что в CERN, например, работало почти постоянно до тысячи наших людей. Инженеров, рабочих, которые собирали это и научных работников. Но вопрос подготовки кадров и в первую очередь привлечения молодежи, у нас же вымыто среднее звено, вот люди 50-60 лет есть, есть молодежь. А людей 30-40 лет нет. Они вымыты частично отъездом за границу, что в значительно меньшей мере. А в основном они ушли в другие зоны, которые раньше были не развиты в советское время. И нам очень важно сейчас нить Ариадны протянуть, молодежь, это сейчас отдельная забота ее подготовки. Но все двигается на самом деле. Не так легко, в правильную сторону.

А. ВОРОБЬЕВ – Все-таки о дележке. Как вы будете защищать интеллектуальную собственность…

М. КОВАЛЬЧУК - На самом деле есть прецеденты очень простые. Есть центры синхротронные, нейтронные, в которых работают много десятилетий общие команды международные. У вас если есть фундаментальный научный результат реальный, он публикуется в журналах. С огромным списком фамилий. Это приоритет, вот он есть. Дальше если вы занимаетесь его коммерциализацией, то это следующий шаг, вы же здесь получать будете фундаментальные результаты. А дальше если вы их хотите коммерциализировать и превратить во что-то, то вы должны брать соответствующие патенты. Но это уже конкретное дело и вы дальше видите, если вы привезли свой материал туда, сами провели исследования, а потом здесь сообразили, то вы взяли патент и вам никого не надо об этом спрашивать. Если же это, например, коллаборация, совместное дело, вы представляете Францию, вы – Германию, я – Россию, мы с вами вместе делали, взяли общий патент, который принадлежит трем странам. То есть в каждом случае предмет отдельного обсуждения. Здесь нет рецепта, как решить это.

Т. ФЕЛЬГЕНГАУЭР - Но это острая проблема?

М. КОВАЛЬЧУК - Это острая проблема для нас. И вообще для мира она острая всегда. Но для нас особенно, потому что у нас культура патентная пропала за последние годы. В советское время, у меня есть 25 авторских свидетельств, я как заслуженный изобретатель. Это все было сделано в советское время. А в постсоветское время у меня нет ни одного, потому что это было никому не надо, не востребовано. И культура пропала. Но я вам скажу некую крамольную мысль, которая не входит в створ нашей передачи, вот кризис мы обсуждаем. Американцы создали некую искусственную систему, фактически пирамиду и всех на нее поставили. Так вот, эти патенты с моей точки зрения, я стал глубже этим заниматься, сегодня они в значительной мере, есть продолжение этой пирамидальной системы, когда вы торгуете просто бумажками. И надо очень тщательно думать, если мы говорим о новой конструкции систем безопасности в Европе, о новых финансовых системах, то защита интеллектуальной собственности с моей точки зрения требует детального глубокого анализа и принципиально новых подходов.

А. ВОРОБЬЕВ – Здесь без «большой восьмерки» или «семерки» не обойдешься.

М. КОВАЛЬЧУК - Но при этом надо иметь свою позицию абсолютно точно. Вот что важно. И надо задумываться. Тогда не будет проблем с дележом. Было бы что делить.

Т. ФЕЛЬГЕНГАУЭР - Тут слушатели заинтересовались очень этой темой. Сразу несколько человек прислали вопросы, Айрат спрашивает: не дай бог авария, чем грозит, а человек, подписавший Кощей спрашивает: вы что собираетесь облучить пол-Европы?

М. КОВАЛЬЧУК - Это тоже такое глубокое заблуждение. Вот есть нейтронный реактор, там идет реакция, как правило, спонтанного деления, урана, топлива. И все время есть излучение, нейтроны, которые убивают все на своем пути и далеко проникают и остаточная радиация, радиоактивное излучение. Ускоритель абсолютно безопасный прибор. В ускорителе вакуум чистый, пылинки нет. Как в космосе. Внутри этого вакуума крутится разогнанный до световой скорости пучок, например, электронов. И он только, тормозя, излучает рентгеновское излучение. Не радиоактивное. Но как только вы выключили рубильник, у вас больше ничего нет. Ни наведенной радиоактивности, ничего. Вот здесь та же история. И даже сейчас реакторы нейтронные делаются также безопасными, делается пучок частиц, который ударяет в мишень, и выделяются оттуда нейтроны. Как только вы выключили рубильник, у вас нет нейтронов. Вам не нужны даже нейтронные реакторы. Даже нейтронный реактор становится безопасным.

А. ВОРОБЬЕВ – Когда ввод в эксплуатацию?

М. КОВАЛЬЧУК - В 2014 году. Но сейчас там уже несколько лет работает установка FLASH и работает лазер терагерцовый в Новосибирске. У нас есть прекрасная база в Германии и в Новосибирске и в Курчатовском специализированный синхротрон, на котором мы готовим, тренируемся и двигаемся вперед.

А. ВОРОБЬЕВ – Спасибо большое. Я под впечатлением, если честно.

М. КОВАЛЬЧУК - Приходите в Курчатовский институт, посмотрите живьем существующую часть. И пусть молодежь, которая задает вопросы, приходит с вами. Проведем оттуда открытый эфир.

А. ВОРОБЬЕВ – Вопросов много действительно. Михаил Ковальчук – глава Российского научного центра "Курчатовский институт".

Источник: Эхо Москвы