ТЕМА НОМЕРА / #9_2021
«Большая наука» в объективе
Фото: Iter.org, Gsi.de, Cds.cern.ch, Росатом, Bnl.gov, Nica.jinr.ru, Fair-center.eu
«Атомный эксперт» подготовил подборку ключевых проектов мегасайенс, в которых принимает участие Россия. Большинство установок из этой подборки строятся, некоторые проекты только стартовали, некоторые будут запущены совсем скоро. Это доказывает, что «большая наука» развивается, несмотря ни на что.
Международный термоядерный экспериментальный реактор (International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER)
Место: юг Франции, рядом с исследовательским центром Кадараш.
Участники: 35 стран (28 стран Евросоюза, Великобритания, Россия, США, Индия, Китай, Япония и Южная Корея).
Участники: 35 стран (28 стран Евросоюза, Великобритания, Россия, США, Индия, Китай, Япония и Южная Корея).
Проект разрабатывался с 1980‑х годов, строительство ведется с 2010 года. В 2020 году началась сборка реактора. Запуск намечен на конец 2025 года.
В основе ITER — установка токамак. Цель проекта — демонстрация возможности управляемого термоядерного синтеза со временем горения и мощностью промышленного масштаба. ITER станет первым термоядерным устройством, выход энергии которого будет превосходить ее затраты на разогрев плазмы, и первым, способным поддерживать термоядерный синтез в течение длительного времени.
У России — одна из ключевых ролей в проекте, наша страна должна изготовить и поставить 25 систем (9% от стоимости сооружения реактора). Росатом назначен организацией, ответственной за выполнение российской стороной обязательств по проекту.
В основе ITER — установка токамак. Цель проекта — демонстрация возможности управляемого термоядерного синтеза со временем горения и мощностью промышленного масштаба. ITER станет первым термоядерным устройством, выход энергии которого будет превосходить ее затраты на разогрев плазмы, и первым, способным поддерживать термоядерный синтез в течение длительного времени.
У России — одна из ключевых ролей в проекте, наша страна должна изготовить и поставить 25 систем (9% от стоимости сооружения реактора). Росатом назначен организацией, ответственной за выполнение российской стороной обязательств по проекту.
Международный центр нейтронных исследований на базе высокопоточного исследовательского реактора ПИК
Место: Россия, Гатчина (Ленинградская область).
Участники: в строительстве участвовали Росатом и НИЦ «Курчатовский институт».
Участники: в строительстве участвовали Росатом и НИЦ «Курчатовский институт».
Строительство началось еще в 1976 году, несколько раз прерывалось. В феврале 2021 года реактор был выведен на энергетический режим работы, начались тестовые нейтронные исследования на первых пяти станциях. Полномасштабное начало экспериментов планируется на 2022 год, после ввода в эксплуатацию первого источника холодных нейтронов и нейтроноводной системы.
Реактор ПИК — один из самых мощных в мире высокопоточных источников нейтронов и по ряду параметров лучшая в мире установка для изучения вещества на уровне наномасштабов. По своим возможностям ПИК превосходит все существующие и строящиеся нейтронные источники.
Новизна проекта заключается в концепции компактной энергонапряженной активной зоны, отделенной корпусом от отражателя. ПИК — один из шести проектов, включенных правительством РФ в программу создания мегаустановок на территории России. Он входит в федеральную программу развития синхротроннонейтронных исследований.
Строительством ПИКа занималась только Россия. Однако на базе ПИКа будет создан Международный центр нейтронных исследований (МЦНИ) — заинтересованность в участии в этом проекте уже проявили многие европейские научные организации.
Реактор ПИК — один из самых мощных в мире высокопоточных источников нейтронов и по ряду параметров лучшая в мире установка для изучения вещества на уровне наномасштабов. По своим возможностям ПИК превосходит все существующие и строящиеся нейтронные источники.
Новизна проекта заключается в концепции компактной энергонапряженной активной зоны, отделенной корпусом от отражателя. ПИК — один из шести проектов, включенных правительством РФ в программу создания мегаустановок на территории России. Он входит в федеральную программу развития синхротроннонейтронных исследований.
Строительством ПИКа занималась только Россия. Однако на базе ПИКа будет создан Международный центр нейтронных исследований (МЦНИ) — заинтересованность в участии в этом проекте уже проявили многие европейские научные организации.
Ускорительный комплекс NICA (Nuclotron based Ion Collider fAcility)
Место: Россия, Дубна (Московская область).
Участники: Россия и страны — участницы ОИЯИ (государства Европы, Азии и Латинской Америки).
Участники: Россия и страны — участницы ОИЯИ (государства Европы, Азии и Латинской Америки).
NICA сооружается с 2013 года. Первые эксперименты планируется начать в 2022 году.
Ученые надеются воссоздать в лабораторных условиях особое состояние вещества, в котором пребывала наша Вселенная в первые мгновения после Большого взрыва, — кварк-глюонную плазму.
Фундаментальные направления исследований: природа и свойства сильных взаимодействий между кварками и глюонами, поиск новых состояний барионной материи и др.
В состав NICA войдут модернизированный ускоритель Нуклотрон (он работает в ОИЯИ с 1993 года) и три детектора: MPD, SPD и BM@N. Также на NICA будут работать криогенный комплекс, фабрика магнитов (здесь будут производиться магниты для NICA и FAIR) и чистая комната (производство трековых систем для детекторов).
Ученые надеются воссоздать в лабораторных условиях особое состояние вещества, в котором пребывала наша Вселенная в первые мгновения после Большого взрыва, — кварк-глюонную плазму.
Фундаментальные направления исследований: природа и свойства сильных взаимодействий между кварками и глюонами, поиск новых состояний барионной материи и др.
В состав NICA войдут модернизированный ускоритель Нуклотрон (он работает в ОИЯИ с 1993 года) и три детектора: MPD, SPD и BM@N. Также на NICA будут работать криогенный комплекс, фабрика магнитов (здесь будут производиться магниты для NICA и FAIR) и чистая комната (производство трековых систем для детекторов).
Многоцелевой научно-исследовательский реактор на быстрых нейтронах поколения IV (МБИР)
Место: Россия, Димитровград (Ульяновская область).
Участники: строительством МБИР занимается Росатом.
Участники: строительством МБИР занимается Росатом.
Строительство МБИРа началось в 2015 году; ввод в эксплуатацию намечен на 2028 год.
МБИР станет самым мощным в мире исследовательским реактором на быстрых нейтронах. Он должен заместить БОР60, работающий в НИИАРе уже более полувека. На реакторе планируется проводить исследования в области замыкания ядерного топливного цикла и утилизации младших актинидов; изучать перспективные топливные и конструкционные материалы, а также новые и модифицированные теплоносители; наблюдать за поведением топлива в нестационарных и аварийных режимах эксплуатации и т. д.
На базе МБИРа будет создан Международный центр исследований; предполагается, что он станет глобальной платформой для проведения экспериментальных ядерно-физических исследований и для обоснования развития двухкомпонентной атомной энергетики.
МБИР станет самым мощным в мире исследовательским реактором на быстрых нейтронах. Он должен заместить БОР60, работающий в НИИАРе уже более полувека. На реакторе планируется проводить исследования в области замыкания ядерного топливного цикла и утилизации младших актинидов; изучать перспективные топливные и конструкционные материалы, а также новые и модифицированные теплоносители; наблюдать за поведением топлива в нестационарных и аварийных режимах эксплуатации и т. д.
На базе МБИРа будет создан Международный центр исследований; предполагается, что он станет глобальной платформой для проведения экспериментальных ядерно-физических исследований и для обоснования развития двухкомпонентной атомной энергетики.
Релятивистский коллайдер тяжелых ионов (The Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC)
Место: США, Брукхейвенская национальная лаборатория.
Участники: в финансировании и экспериментах заняты организации из стран Европы, США, Китая, Кореи, Японии, Бразилии, России и др.
Участники: в финансировании и экспериментах заняты организации из стран Европы, США, Китая, Кореи, Японии, Бразилии, России и др.
RHIC работает с 2000 года. На установке изучаются структура нуклонов и кварк-глюонная плазма, формирование спинов протона и многое другое.
Изначально на установке работали четыре детектора: PHOBOS (завершил работу в 2005 году), BRAHMS и PHENIX (закрыты в 2016 году), STAR (работает). Эксперимент PHENIX модернизируется: в том же зале строится новый детектор sPHENIX (должен начать работу в 2023 году).
Россия участвует в международных коллаборациях sPHENIX и STAR.
Изначально на установке работали четыре детектора: PHOBOS (завершил работу в 2005 году), BRAHMS и PHENIX (закрыты в 2016 году), STAR (работает). Эксперимент PHENIX модернизируется: в том же зале строится новый детектор sPHENIX (должен начать работу в 2023 году).
Россия участвует в международных коллаборациях sPHENIX и STAR.
Сибирский кольцевой источник фотонов (ЦКП «СКИФ»)
Место: Россия, Кольцово (Новосибирская область).
Участники: генеральный проектировщик — АО «ЦПТИ» (входит в Росатом), заказчик — Институт катализа СО РАН.
Участники: генеральный проектировщик — АО «ЦПТИ» (входит в Росатом), заказчик — Институт катализа СО РАН.
Строительство стартовало в августе 2021 года, первые эксперименты намечены на 2024 год.
СКИФ — источник синхротронного излучения (СИ) поколения IV+ с энергией 3 ГэВ. Он будет иметь минимальный объем фазового пучка среди всех существующих в мире источников, что позволит проводить очень точные эксперименты.
СКИФ будет включать ускорительный комплекс и развитую пользовательскую инфраструктуру: экспериментальные станции и лаборатории. Создание источника СИ планируется завершить в 2023 году, а в 2024 году приступить к проведению научных исследований.
При ЦКП созданы научный и ускорительный комитеты, в которые вошли признанные международные эксперты; их задача — консультировать руководителей проекта при научно-техническом проектировании и эксплуатации исследовательского объекта. Центр коллективного пользования создается в рамках национального проекта «Наука» как первое звено современной российской сети источников синхротронного излучения нового поколения.
СКИФ — источник синхротронного излучения (СИ) поколения IV+ с энергией 3 ГэВ. Он будет иметь минимальный объем фазового пучка среди всех существующих в мире источников, что позволит проводить очень точные эксперименты.
СКИФ будет включать ускорительный комплекс и развитую пользовательскую инфраструктуру: экспериментальные станции и лаборатории. Создание источника СИ планируется завершить в 2023 году, а в 2024 году приступить к проведению научных исследований.
При ЦКП созданы научный и ускорительный комитеты, в которые вошли признанные международные эксперты; их задача — консультировать руководителей проекта при научно-техническом проектировании и эксплуатации исследовательского объекта. Центр коллективного пользования создается в рамках национального проекта «Наука» как первое звено современной российской сети источников синхротронного излучения нового поколения.
Центр по исследованию ионов и антипротонов (Facility for Antiproton and Ion Research, FAIR)
Место: Германия, Дармштадт (на базе Центра по изучению тяжелых ионов им. Г. Гельмгольца, GSI).
Акционеры: 9 стран (Россия, Германия, Индия, Франция, Польша, Румыния, Словения, Швеция, Финляндия). 20% оборудования для проекта будет произведено в России.
Акционеры: 9 стран (Россия, Германия, Индия, Франция, Польша, Румыния, Словения, Швеция, Финляндия). 20% оборудования для проекта будет произведено в России.
Сооружается с 2010 года, первые эксперименты планируется начать в 2025 году.
FAIR называют «Вселенной в лаборатории». Миссия проекта — изучение фундаментальных свойств и структуры материи, исследование эволюции Вселенной с момента ее зарождения.
Эксперименты будут проводиться по четырем основным направлениям: атомная физика, физика плазмы (Atomic, Plasma Physics and Applications, APPA), исследование сверхплотного барионного состояния материи (Compressed Baryonic Matter, CBM), изучение процессов, происходящих внутри звезд и при образовании планет (Nuclear Structure Astrophysics and Reactions, NUSTAR), изучение антиматерии (antiProton ANnihilation in DArmstadt, PANDA).
FAIR называют «Вселенной в лаборатории». Миссия проекта — изучение фундаментальных свойств и структуры материи, исследование эволюции Вселенной с момента ее зарождения.
Эксперименты будут проводиться по четырем основным направлениям: атомная физика, физика плазмы (Atomic, Plasma Physics and Applications, APPA), исследование сверхплотного барионного состояния материи (Compressed Baryonic Matter, CBM), изучение процессов, происходящих внутри звезд и при образовании планет (Nuclear Structure Astrophysics and Reactions, NUSTAR), изучение антиматерии (antiProton ANnihilation in DArmstadt, PANDA).
Проекты Европейского центра ядерных исследований (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN)
Место: граница Швейцарии и Франции.
Участники: члены СERN — 23 страны. Еще 10 стран — ассоциированные члены. Россия, США и Япония имеют статус наблюдателя при БАК. Всего в проектах CERN участвуют ученые из более чем 70 стран.
Участники: члены СERN — 23 страны. Еще 10 стран — ассоциированные члены. Россия, США и Япония имеют статус наблюдателя при БАК. Всего в проектах CERN участвуют ученые из более чем 70 стран.
CERN — крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий, основанная в 1954 году.
В состав CERN входят несколько ускорителей, в том числе Большой адронный коллайдер (БАК, или LHC) — самая крупная в мире экспериментальная установка. В 2012 году на БАКе было сделано одно из важнейших открытий в современной физике — доказано существование бозона Хиггса, элементарной частицы, отвечающей за наличие массы у материи. В состав БАКа входят четыре больших детектора (ATLAS, CMS, ALICE, LHCb) и три малых (TOTEM, LHCf, MoEDAL). С 2018 года БАК находится на модернизации.
Россия имеет статус страны-наблюдателя, при этом активно участвует в 15 экспериментах, проводимых в CERN. Ключевые — эксперименты на ATLAS, CMS, ALICE, LHCb. Здесь ведется поиск новых частиц, изучается кварк-глюонная плазма, исследуются различия между материей и антиматерией.
В состав CERN входят несколько ускорителей, в том числе Большой адронный коллайдер (БАК, или LHC) — самая крупная в мире экспериментальная установка. В 2012 году на БАКе было сделано одно из важнейших открытий в современной физике — доказано существование бозона Хиггса, элементарной частицы, отвечающей за наличие массы у материи. В состав БАКа входят четыре больших детектора (ATLAS, CMS, ALICE, LHCb) и три малых (TOTEM, LHCf, MoEDAL). С 2018 года БАК находится на модернизации.
Россия имеет статус страны-наблюдателя, при этом активно участвует в 15 экспериментах, проводимых в CERN. Ключевые — эксперименты на ATLAS, CMS, ALICE, LHCb. Здесь ведется поиск новых частиц, изучается кварк-глюонная плазма, исследуются различия между материей и антиматерией.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #9_2021