Протоны в томатном соусе

Валерий Попов

Протоны в томатном соусе

О Вселенной

Две вещи свидетельствуют мне о Боге: звёзды надо мной и совесть во мне.

Иммануил Кант

Что есть наша жизнь, наш мир? Чем больше мы познаём, тем больше вопросов, гипотез и нет ответа. Что такое вселенная и кто мы в этой бесконечности? Однажды остановитесь, посмотрите в звёздное ночное небо, ощутите эту бесконечность пространства и подумайте, где там есть начало или конец? Множество звёзд, галактик и пустота, космический вакуум и бесконечность, Земля и Мы.

Человечество постоянно совершенствуется, научилось преодолевать огромные расстояния, астрофизики открывают новые звёзды, планеты, галактики, придумали теорию большого взрыва, но не понимают природу гравитации и много ещё чего, вот недавно «увидели» гравитационные волны. Мир и вселенная полны загадок, материя и антиматерия, тёмная энергия и чёрные дыры. Познание бесконечно, как и вселенная, мы малыми шажками узнаём больше и больше и всё меньше остаётся сомнений в божественном происхождении разумного мира.

Американские ученые нашли в космосе удивительное место, в нем время течет назад. Согласно данной теории, наша Вселенная соседствует с другими, в которых время течет в обратную для нас сторону. Обитатели Вселенной с обратным отсчетом времени живут в нашем прошлом, а мы в их будущем, интересно, не правда ли? А мы копошимся на Земле, устраиваем войны и кризисы, уничтожаем природу… Жизнь это миг между прошлым и будущем, а наша Земля одна из многих песчинок мироздания, затеряннаая в бесконечности.

Я иду по лесу, наслаждаясь природой, кругом кипит незаметная жизнь. Вот большой муравейник на пути, муравьи трудяги, кажется хаотично снуют на своей планете-муравейнике, выполняя неведомую и непонятную нам работу. Сколько таких муравейников? Неведомо, как и планет, звёзд и галактик.

Лес для них космос и та же бесконечность. Муравейник – это их планета, место жизни. У них свой мир, свои проблемы и войны, это как бы параллельный маленький другой мир, в котором и порядок и разумное поведение. Наступишь нечаянно и катастрофа, начинается паника, муравьи защищаются, пытаются устранить разрушения.

Так и мы, устраиваем войны и конфликты, уничтожаем природу, нам грозят невиданные катастрофы, новый ледниковый период и конец жизни на Земле, но есть общий Вселенский Разум и надежда на неведомое будущее. А пока мы копошимся, боремся и пытаемся выживать, как и наши братья муравьи.

О нашей науке

Учёными принято считать людей, официально имеющих учёную степень кандидата или доктора каких либо наук, что далеко не всегда соответствует действительности. Уже давно не секрет, что всё продаётся и покупается, стало модным всем чиновникам и их свите иметь учёное звание, появились даже академии, где можно за деньги стать почётным академиком и это нормально воспринимается, только вот непонятно, для чего всё это? Ведь учёный в первую очередь должен иметь труды, заслуги, быть известным в своей области, только тогда звание что-то значит.

Всё покупается и продаётся,жизнь откровенно над нами смеётсяМы негодуем и возмущаемся,но продаёмся и покупаемся.Омар Хаям

В своё время я учился в аспирантуре, была тема диссертации и была возможность защитится, но так уж сложилось, что надо было выживать и не хватило энергии завершить работу. Я учился на машфаке Тульского политеха на кафедре у профессора Седыкина. У него была своя научная школа, регулярно проводились семинары, приезжали с докладами учёные со всей страны. Это было интересное время, я видел, как внедряются достижения науки в производство, каким образом появляются настоящие кандидаты и доктора наук. Последнее время появилось много публикаций на тему плагиата, когда на всех уровнях государства обнаружились практически списанные диссертации. Это не удивительно, такое наше общество, мы списываем на уроках, на экзаменах, чем же отличаются диссертанты? Мне не очень понятно, как можно написать диссертацию по истории, философии, экономике, не заимствуя других разработок, но что касается техники, то здесь всё предельно ясно, изобретение или новую разработку просто так не украдёшь и словоблудием не отделаешься.

В аспирантуру к Седыкину в Туле попасть в то время было не просто, много было блатных соискателей и желающих толковых ребят, которых брали работать пару лет на дядю, а уж потом, если повезёт, немного на себя. Нужно было делать чёрную экспериментальную работу для очередного блатного диссертанта, не выступать, терпеть, ждать своей очереди, когда тебе разрешат делать свою работу.

Многие мои сокурсники прошли этот путь и успешно защитились, мне же такая рабская система была неприемлема. Нужно было искать место в жизни, достойную работу, жильё, так я и попал в ИФВЭ, институт физики высоких энергий.

Протвино с высоты птичьего полёта

Красивый молодой город науки Протвино, построенный в лесу вместе с первым крупнейшим ускорителем У-70, прекрасные условия для работы. Так случилось, что меня взял на работу В. А. Тепляков в отдел линейных ускорителей. Это направление было востребовано и нужны были специалисты. Мы должны были разработать малогабаритный линейный ускоритель на основе открытия Теплякова, создать экспериментальную базу. Я с благодарностью вспоминаю то время, наш коллектив был заряжен на творчество и многое нам удалось сделать. Впоследствии тепляковский ускоритель с ВЧК-фокусировкой был признан лучшим в мире и начальные части линейных ускорителей в мире, как правило, имеют тепляковскую ВЧК-фокусировку (RFQ).

В. А. Тепляков был настоящим учёным, под его руководством и непосредственном участии был создан первый в мире линейный ускоритель с ВЧК-фокусировкой УРАЛ-30 на энергию 30 МЭВ. Работы по этой тематике были удостоены Ленинской премии, премии американской ускорительной школы и премии Европейского физического общества.

В проекте КАТРИН, физическом эксперименте по измерению массы нейтрино в исследовательском центре Карлсруе, где я имел честь работать 3 года, много известных учёных, в том числе и молодых, защитивших диссертацию недавно. В этом центре более 20 институтов по разным направлениям науки и техники. Чем же здесь отличается подготовка научных кадров? Следует отметить, что в работе над проектом КАТРИН участвовали специалисты самых разных направлений, но в основном это физики.

Физика правит бал и физики в почёте, но есть ещё и люди, работающие с радиоактивным тритием, до мелочей знающие все тонкости и задающие тон в работе. На территориии исследовательного центра находится тритиевая лаборатория, одна из немногих в мире. Подготовка эксперимента требует изучения широкого спектра и физических и технических вопросов, поэтому для молодых ребят всегда есть задачи, которые могут стать научной работой. Они приходят и работают на эксперимент и на себя, подходит время защищаются и продолжают работать, просто и без всякого блата. Конечно, не все попадают сюда, а скорее всего лучшие, но было бы желание!

На первый взгляд, как то всё уж очень просто, у них нет деления на кандидатов, докторов, есть просто доктор, который может стать профессором, выиграв конкурс, но наука от этого не страдает, а выигрывает, поскольку ценится действительно учёный, а не диплом учёного.

Звание профессора без задела в науке вряд ли можно получить. Мне довелось вместе работать в проекте КАТРИН с одним криогенщиком, впоследствии ставшим профессором. Ему где-то лет 40 или немногим больше, он тоже работал в ЦЕРНе в проекте большого адронного коллайдера LHC, защитился и участвовал в проекте КАТРИН, как основной эксперт по криогенике. В университете в Карлсруе периодически проходят конкурсы на замещение вакантных должностей и вот, однажды, он стал профессором по совокупности всех работ в его биографии. Правда, после этого он ушёл из проекта KATRIN, полностью переключившись на работу в университете, ведь с молодёжью общаться намного интереснее.

Проектом КАТРИН руководит относительно молодой профессор, физик по специальности, очень приятный в общении человек. Здесь, в исследовательском центре, работают в основном молодые учёные, многие приезжают по контракту из других стран, есть и из России. Они ведут свою научную тему, имеют все условия для плодотворной работы и хорошую зарплату. Не так давно я познакомился с двумя ребятами из России, они защитились в Москве в институте стали и сплавов и получили контракты в институте материаловедения.

Мы вместе жили в гостинице и немного общались, мне было интересно, чем они занимаются. Оказалось, они ведущие специалисты, каждый по своему направлению, не прерывают контактов с Россией, часто участвуют в семинарах. У одного из них заканчивался контракт и он решил уехать в научный центр в Мадрид, чтобы специализироваться там с уклоном в экономику, хотя ему предлагали продлиться на более хороших условиях. Вот так, молодым везде у нас дорога, а молодых и умных из России везде приглашают.

Следует отметить, что очень важно для становления учёного хорошее базовое образование, знание языков, стремление к познанию. Сегодня в мире нет границ для науки, дерзай, твори! Дух захватывает, когда видишь перспективы создания первой в мире управляемой термоядерной станции (ИТЕР) во Франции или, когда знакомишься с достижениями современной астрологии, физики или генной инженерии. Человечество стоит на пороге величайших открытий и мы, возможно, станем свидетелями многих из них.

О Науке и Инновациях

Инжектор УРАЛ-30 в ИФВЭ

Июнь 2015 года, я иду по городу наукограду Протвино и грустные мысли не покидают меня. В этом городе, своим рождением который обязан протонному ускорителю У-70 и институту физики высоких энергий (ИФВЭ), прошла большая часть жизни. Судьба свела меня с выдающимся учёным, создателем всемирно известной конструкции линейных ускорителей с ВЧ-квадрупольной фокусировкой (RFQ) В. А. Тепляковым.

В его отделе я проработал более 10 лет и хорошо помню высококлассную команду специалистов, созданную им. Я иду по заросшей тропинке к отделу линейных ускорителей (ОЛУ), к комплексу зданий, построенных специально для команды Теплякова с целью создания современных проектов ускорителей.

Здесь прошли последние годы творческой работы В. А. Теплякова, к сожалению совпавшие с лихими 90-ми, когда про науку просто забыли. Теплякова знают во всём научном мире, все ускорительщики и то, что его дело не продолжается, что страна ничего не имеет от этого самого передового научного направления в ускорителях, вина нашего общества.

В. А. Тепляков

Открытие (авторы И. М. Капчинский и В. А. Тепляков) принципа высокочастотной квадрупольной фокусировки пучка протонов (ВЧК-фокусировки или RFQ) стало одним из крупнейших достижений в физике и технике ускорителей второй половины XX века.

В настоящее время линейные ускорители протонов и ионов с ВЧК-фокусировкой широко используются в инжекционных каскадах ускорительных комплексов, выполняющих фундаментальные и прикладные исследования.

Это достижение и создание первого в мире ВЧК-ускорителя (УРАЛ-30) удостоены Ленинской премии, а также премий Американской ускорительной школы и Европейского физического общества.

Мы много говорим об инновациях, о нанотехнологиях и равнодушно созерцаем, как теряем многое рядом, под боком. Как тут не вспомнить мудрое изречение, что имеем не храним, потеряем плачем.

Пройдёт время, будем вспоминать и сожалеть. Я помню, как создавался отдел, его производственая великолепная база, оснащённая современным оборудованием, помню, как мы впервые изготовили сложнейшие волновые электроды, рассчитанные командой Мальцева А. П. А ещё помню новую конструкцию 2-х камерных резонаторов, прецизионную установку электродов ускоряющей структуры и многое, многое другое.

Двухкамерные резонаторы Теплякова с электродами – УРАЛ-30

Макет начальной части ускорителя с ВЧ квадрупольной фокусировкой RFQ

Так случилось, что работая в Германии, мне пришлось участвовать в проекте аналогичной начальной части для американской лаборатории в Окридже (SNS RFQ). Конструкция начальной части практически повторяла конструкцию Теплякова, правда на новом технологическом уровне. Многое для меня было знакомо и понятно.

Модуль 4-х камерного медного резонатора с электродами из 4 частей

Сколько раз я ловил себя на мысли, что и мы бы могли силами нашего отдела в Протвино делать современные ускорители, зарабатывать хорошие деньги, ведь всё для этого было и производственная база и прекрасная команда, но не сложилось, всё приходит в упадок и дорожки зарастают.

Американец Джим Стовал пишет историю RFQ с момента создания и до наших дней. Эта работа начинается с фотографий изобретателей RFQ И. М. Капчинского и В. А. Теплякова и первого модуля ускорителя с ВЧК фокусировкой (RFQ), созданного ещё в 1972 году. Сегодня техника и технологии шагнули далеко и современные возможности позволяют создавать уникальные малогабаритные ускоряющие структуры, но физический принцип остаётся прежним.

У меня закончился контракт с фирмой “Research-Instruments” и вот, после более чем 10 летнего отсутствия, я снова в моём родном наукограде. Протвино расположен в 100 км от Москвы и в 16 км от Серпухова у слияния рек Оки и Протвы. Построен город на месте соснового леса, строители старались по возможности оставить деревья, их можно видеть и сегодня между высокими домами, где по-прежнему много зелени.

Более 60 лет этому небольшому городу, который обязан своим рождением институту физики высоких энергий и самому большому по тем временам протонному ускорителю У-70. Сегодня многие новые жители скорее всего и не знают этого. Институт переживает не лучшие времена, можно сказать выживает. Престижная работа и наука остались в прошлом, зарплаты по современным меркам смешные, количество сотрудников уменьшилось в несколько раз.

Правда остался вечный памятник институту и нашей науке, это 21-километровый тоннель под землёй на границе Московской и Калужской областей на глубине более 50 метров, который никто не знает, как теперь использовать. Под проект нового ускорителя (УНК) были построены большие производственные здания, заброшенные сегодня, изготовлено большое количество различного оборудования.

Сверхпроводящие ниобиевые ускоряющие резонаторы, изготавливаемые фирмой Research-Instruments

Моя фирма в Германии, имея всего около 200 сотрудников, успешно ведёт проекты для физиков по всему миру, это и Корея и Китай и США и многие другие страны, при том, что у неё нет ни расчётчиков ни ускорительщиков.

А у нас все это было, большая команда специалистов, но сегодня дорожки к комплексу зданий отдела линейных ускорителей зарастают. Кто виноват и что делать?

Сколково это хорошо, а почему не Протвино? Почему город постепенно превращается в заурядный провинциальный район? Нет ответа. Я иду по заросшей дорожке к отделу линейных ускорителей ОЛУ, грустные мысли в голове, впереди в лесу несостоявшиеся инновации и нереализованные возможности, моё прошлое. Встречаю бывших коллег, все постарели и поседели, мы долго стоим и вспоминаем минувшие дни, вместе грустим.

СССР, проект УНК, ЦЕРН

По мнению некоторых аналитиков развал СССР стал катастрофой, сравнимой по последствиям с ВОВ 1941–1945 гг. Многие достижения в области науки и техники бывшего СССР до сих пор помогают России быть ведущей страной в мире, но многое мы потеряли. В середине восьмидесятых годов, незадолго до новой революции, в СССР было принято решение о строительстве на базе Серпуховского ускорителя протонов нового ускорительно накопительного комплекса (УНК) на энергию 3000 Гэв.

Предполагалось, что этот грандиозный проект позволит нашей науке быть впереди планеты всей в области физики высоких энергий на многие десятилетия вперёд. Ведь был же Серпуховский ускоритель (Протвино) много лет ведущим в мире, здесь жили и работали учёные из многих стран и было много научных открытий. Новый ускорительно накопительный комплекс (УНК) должен был вернуть престиж советской науки.

Работа велась параллельно по нескольким направлениям, на территории Калужской и Московской областей, глубоко под землёй рыли кольцевой тоннель диаметром 5,1 метра и длиной около 21 километра, были задействованы многие предприятия промышленности для оснащения ускорителя оборудованием, создавалась мощная криогенная система для испытаний сверхпроводящих магнитов.

Однако сложность и уникальность систем УНК, привели к ошибочному мнению, что многие важнейшие узлы ускорителя, такие, как сверхпроводящие магниты, не могут быть разработаны и освоены промышленностью, было решено развивать собственное производство по изготовлению сверхпроводящих магнитов. В последующем это только усугубило и так непростую ситуацию с проектом.

Что такое организовать, хотя и не на пустом месте, уникальное производство? Как оказалось впоследствии, эта сложнейшая задача, была просто невыполнима на тот момент и требовала больших затрат и времени. Но нашим большим учёным, мало что понимающим в производстве, и не имеющим соответствующего опыта, всё казалось выполнимым под их чутким руководством. Но как только стало очевидно, что проект не будет выполнен, отдельные руководители успешно «переселились» в Америку.

Да, был экспериментальный цех, конструкторский отдел, где создавались и испытывались первые образцы сверхпроводящих магнитов, но это были опытные работы, где отрабатывалась конструкция и технология изготовления сверхпроводящих магнитов (СПМ). Сама по себе это долгая и кропотливая работа, а далее необходимо было выходить на серийное производство порядка 3000 СПМ, которое требовало уже полностью отработанного изделия и необходимых мощностей.

Без сомнения, была проведена огромная работа по созданию оборудования для изготовления СПМ, это и комплекс уникальных машин для изготовления сверхпроводящего кабеля, разработанных под руководством А. Суркова, это оборудование и технология изготовления 6-метровых дипольных обмоток, включающая огромный пресс на 3000 т. Было создано производство железа магнитов, закуплены и установлены уникальные швейцарские пресса для штамповки воротников магнитов.

Сверхпроводящий дипольный магнит (СПМ) на 5 Тесла, сам по себе сложнейшее изделие, создаваемое по уникальной технологии и требующее строгого соблюдения технологической дисциплины. Опытные работы по созданию СПМ успешно велись несколько лет в институте физики высоких энергий под руководством В. Сытника.

Технология изготовления кабеля трапецеидальной формы, технология изготовления дипольных обмоток, технология сборки магнита, это и многое другое требовалось многократно отработать и перепроверить. За несколько лет было изготовлено и успешно испытано несколько полномасштабных образцов СПМ. Следует отметить, что одной из наиболее удачно решённых задач была разработка высокоточного сверхпроводящего кабеля и уникальной технологии его изготовления. Сверхпроводящий ниобий-титановый проводник для кабеля и технология его изготовления были успешно разработаны на одном из предприятий (УМЗ) в Казахстане.

В СССР запустили первый спутник, был первый полёт Ю. Гагарина вокруг Земли и должен был быть самый большой ускоритель заряженных частиц. Но не случилось, СССР приказал долго жить, как и наш большой ускоритель. Подобный же ускоритель (коллайдер) LHC был успешно запущен в Швейцарии (ЦЕРН) и уже на нём впервые в ходе эксперимента учёным удалось открыть новую частицу Бозон Хигса.

Мы потеряли не только уникальные технологии, мы потеряли команду, сумевшую создать прототипы СПМ, мы потеряли людей. Чтобы возродить всё это нужно будет начать сначала, а на это потребуется много лет. А пока наши учёные успешно участвуют в экспериментах на большом адронном коллайдере LHC в ЦЕРНе (Женева), делают новые открытия.

Фрагмент ускорителя LHC, Женева

Схема колайдера LHC на территории Франции и Швейцарии

Протоны в томатном соусе

Каждый Новый Год мы встречаемся с бывшими коллегами по отделу линейных ускорителей института физики высоких энергий в Протвино, общаемся и вспоминаем.

В нашем отделе впервые в мире был создан малогабаритный линейный протонный ускоритель с СВЧ-фокусировкой, новый ускоритель УРАЛ-30, прототип медицинского ускорителя.

В этот раз один из коллег показал нам маленькую консервную баночку с интересным названием «Протоны в томатном соусе». Никто вначале не понял, что означает эта баночка, и только потом до меня дошло, насколько символична эта аллегория.

Долгое время мы все вместе участвовали в разработке и создании линейного протонного ускорителя нового поколения под руководством Теплякова В. А., достигли признания в мире и теперь эта баночка, как мне кажется, символизирует печальную судьбу нашего отдела линейных ускорителей (ОЛУ) и консервацию этого направления в институте физики высоких энергий.

Тем временем по центральному телевидению прошла передача о первом в России центре протонной терапии в Санкт Петербурге, построенном при участии американской фирмы VARIAN, об успешном лечении как взрослых, так и детей со злокачественными опухолями. Как сообщалось, протонная терапия самый современный, эффективный и щадящий на сегодня вид лучевого лечения рака.

Об эффективности протонной терапии известно уже давно, но огромная сложность создания таких ускорителей и современной системы лечения, а также стоимость, препятствовала до недавнего времени широкому применению этого вида лечения.

Так распорядилась судьба, что я оказался у истоков создания данного ускорителя в Германии. В 2002 году после окончания моего 3х-летнего контракта в ЦЕРНе (Женева), где мне посчастливилось участвовать в создании большого адронного колайдера (БАК), я инженер-конструктор на фирме ACCEL в Германии.

Конструкция сверхпроводящего циклотрона фирмы ACCEL

В это время в цехе фирмы идёт сборка первого сверхпроводящего циклотрона необычной конструкции, огромные детали магнитов и сложность сборки которого поражали воображение. Этот был первый ускоритель и создавался он для клиники доктора Ханса Ринекера в Мюнхене.

Позднее я побывал в командировке в Мюнхене на стадии отладки и испытаний, более того, мне пришлось разрабатывать устройство для контроля интенсивности пучка протонов в глубине человеческого тела.

Общий вид лечебного модуля

Сверхпроводящий ускоритель, система вывода и распределения пучка, 3-х координатное ложе для перемещения тела в пространстве были отлажены и работали без каких-либо проблем. Однако далее события развивались по неблагоприятному сценарию для фирмы ACCEL. Оказалось, при заключении контракта, стороны сознательно или нет, «не поняли» друг друга.

Заказчик считал, что он должен получить установку, что называется, «под ключ», чтобы пришли врачи, нажали кнопку и начали лечить. Справедливое желание, но на тот момент невыполнимое, поскольку наша фирма не владела ни программным обеспечением, ни медицинскими кадрами. Эти разногласия привели к тому, что был подан многомиллионный иск, и это грозило банкротством фирме ACCEL.

Здесь вдруг нарисовалась VARIAN, всемирно известная американская фирма и воспользовалась данной ситуацией, поскольку имела далеко идущие стратегические планы в Европе. В 2007 году она купила ACCEL, тем самым спасла её от банкротства.

Мне трудно сказать, сколько денег было вложено в проект, думаю много. Была проведена реорганизация, набрали много новых специалистов в области программного обеспечения и медицины, штат увеличился почти вдвое. В течение нескольких лет велась тщательная работа с документацией, всё проверялось до последнего винтика. Я помню, мои коллеги просто изнывали от такой рутинной работы, параллельно в Мюнхене доводилась до ума и первая установка, там постоянно работала группа специалистов, нарабатывая опыт и многократно проверяя все системы.