Поиск - новости науки и техники

Малы да удалы. Университетская лаборатория создает компактные ускорители нового поколения.

О действующем в ЦЕРН Большом адронном коллайдере слышали, наверное, если не все, то очень многие. Но мало кто знает, что своим рождением он обязан… академику Владимиру Векслеру. Это благодаря принципу автофазировки, открытому ученым, в мире сейчас строят всевозможные ускорители заряженных частиц для фундаментальных исследований и прикладных целей. Количество последних (их используют в медицине, например, для лечения онкологических заболеваний, в промышленности – для инспекции грузов и др.) в сотни раз превышает число установок для фундаментальных исследований. Заметим, что лишь менее десятка наиболее продвинутых в мире компаний в состоянии сделать подобные наисложнейшие устройства, которые стоят от миллиона до десятков миллионов долларов. И среди них – Лаборатория электронных ускорителей Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова (ЛЭУ МГУ), образованная на базе одного из отделов НИИ ядерной физики им. Д.В.Скобельцына (НИИЯФ) МГУ в 2013 году как совместное предприятие МГУ и ООО “Скантроник системс”. Творческий союз науки, высоких технологий и бизнеса позволяет выпускать ускорители, превосходящие по своим характеристикам как отечественные, так и зарубежные аналоги. В этом году ЛЭУ поставит шесть ускорителей различных типов для государственных и частных заказчиков. В ее “портфеле” – договоры на создание еще более десятка установок в течение ближайших двух лет. Для вузовского коллектива численностью всего в 20 человек достижение несомненное.
Путь лаборатории к успеху начался давно – в кризисные 1990-е годы. Известный американский ученый обратился в ФИАН с просьбой разработать так называемый разрезной микротрон – один из видов ускорителя электронов – для обнаружения взрывчатых веществ. Нашим физикам неожиданный заказ пришелся как нельзя кстати, отнеслись они к нему со всем вниманием и собрали команду из лучших на то время четырех специалистов в данной области: из ФИАН, МИФИ, Института физических проблем им. П.Л.Капицы РАН и НИИЯФ МГУ. Последний представлял Василий ­Шведунов, сегодня – профессор, главный научный сотрудник института, генеральный директор ЛЭУ МГУ.
– Время было трудное, ученые хватались едва ли не за любую возможность, лишь бы выжить и не бросить науку, – вспоминает Василий Иванович. – И вдруг неожиданный заказ, да к тому же непосредственно в России. Хотя задание было далеко не простое: сделать дешевый, компактный ускоритель, который можно было бы поместить на автомобиле, а энергия ускоренного пучка электронов составляла бы 70 миллионов электронвольт. Ничего подобного в мире тогда не существовало. 
Наша группа достаточно быстро предложила классический вариант ускорителя, основанный на апробированных решениях. Однако фонды США – они должны были финансировать проект – наша заявка не вдохновила. Нас это сильно задело – и мы внесли в разработку целый ряд революционных изменений: применили, например, редкоземельные материалы для магнитных систем. На этот раз американцы замысел оценили и деньги выделили. Отмечу, что помимо сотрудников НИИЯФ МГУ к созданию ускорителя подключились специалисты из различных институтов России, а также американские коллеги высочайшего класса, чьи имена были широко известны в мире ускорительной техники. Они присоединились к нам позднее, и их опыт, безусловно, очень нам помог. Мы сделали ускоритель, выполнив все требования заказчиков, и, подчеркну, его технические возможности не удалось превзойти до сих пор. Он существует в единственном экземпляре. 
Окрыленные успехом, при поддержке зарубежных фондов в короткие сроки совместно с МИФИ, ИТЭФ, ИФВЭ, МРТИ, Саратовским университетом мы построили еще три уникальные машины различного типа (в это время лаборатория тесно сотрудничала и с немецкими учеными). Считаю, что в трудные девяностые годы нам удалось сохранить и приумножить накопленные ранее опыт и знания. 
– Почему американцы обратились именно в ФИАН?
– Потому что прекрасно знали о существовании мощной научной школы, основанной академиком В.Векслером, работавшим в ФИАН. В статье, написанной в 1944 году, он впервые описал принцип автофазировки и предложил ускоритель, получивший позднее название “классический микротрон”, дальнейшим развитием которого стал разрезной микротрон. Продолжая традиции, заложенные В.Векслером, в начале 1980-х годов наш институт сделал разрезной микротрон непрерывного действия на энергию 175 миллионов электронвольт. Этот проект физики-ядерщики НИИЯФ начали “с нуля”, поскольку СССР не обладал подобным опытом. В то время были заложены основные подходы к разработке и созданию ускорителей – институт успешно использует их и сегодня. В результате были отлажены все главные системы ускорителя, а его инжектор – линейный ускоритель непрерывного действия – по своим характеристикам превосходил аналогичные устройства США и ФРГ. 
А когда в начале 2000-х экономическая ситуация в стране начала меняться к лучшему, совместно с НПП “Торий”, одним из ведущих предприятий электронной промышленности России, НИИЯФ выпустил мощный импульсный линейный ускоритель электронов. Он заинтересовал “Росатом”: новые ускорители были необходимы для радиографического контроля качества сварных швов корпусов реакторов, выпускаемых предприятиями отрасли. Установку также оценили специалисты по инспекционно-досмотровым комплексам (ИДК). На базе этого ускорителя были разработаны и изготовлены специализированные установки для радиографии – сегодня они работают на четырех предприятиях “Росатома”, и для ИДК – установлены на пограничных таможенных постах для контроля грузов. Рентгеновское излучение высокой энергии помогает определить, представляют ли опасность перевозимые товары и продукция, нет ли, скажем, в контейнерах взрывчатых веществ. (Для этих же целей служат рентгеновские установки в аэропортах для обнаружения взрывчатых веществ в багаже пассажиров.) Причем по многим показателям, подчеркну, наши разработки не имеют аналогов.
– Как лаборатории удается этого добиться?
– Выделю три наших основных преимущества, имеющих приблизительно равное значение. Первое: опора на результаты фундаментальных исследований – это позволяет находить нетривиальные и неочевидные решения. Второе: использование уникальных технологий и изделий отечественной электронной промышленности. Третье: полная компьютеризация наших разработок – этому требованию должны отвечать все проектируемые ускорители. Под управлением компьютера они способны изменять характеристики ускоренного пучка в широких пределах и гарантировать уникальную стабильность параметров. Лет десять назад производственники об этом и мечтать не могли: они управляли работой ускорителей с помощью громоздких пультов и имели минимальную возможность изменить параметры. А сегодня все делает компьютер – в результате один ускоритель заменяет несколько установок, работающих при фиксированных параметрах. Фактически это роботизированная аппаратура нового поколения.
За счет этих новшеств мы и выигрываем в борьбе с конкурентами. Лаборатория, скажем, провела испытания ускорителя для железнодорожного ИДК, который позволит распознавать содержимое контейнеров на ходу, на скорости 70 км/ч – вдвое выше принятой сегодня в мире. Делаем мы и ускорители для комплексов обработки сельхозпродукции, что значительно увеличивает сроки ее хранения. Большие перспективы имеют также разработанные ранее в НИИЯФ компактные линейные ускорители непрерывного действия, которые используются как для тестирования на радиационную стойкость элементов космического оборудования, в первую очередь солнечных батарей, так и для повышения твердости токарных резцов, сверл, фрез. Облучение инструмента малыми дозами, как показали испытания, проведенные на нашем ускорителе специалистами МГУ и частной компании, увеличивает срок его службы в полтора-два раза. Машиностроительным заводам это сулит колоссальную экономию. Специальные центры, оснащенные нашими компактными ускорителями, в скором времени могут появиться на многих предприятиях страны.
– Как при возрастающем спросе на установки университетская лаборатория может обеспечить их серийный выпуск?
– Это действительно проблема. Поэтому одна из ближайших наших задач – передать конструкторскую документацию предприятию, способному освоить серийный выпуск ускорителей. При этом мы возьмем на себя поставку наукоемкой части устройств: систему контроля и управления, осуществление авторского надзора… И конечно, будем продолжать разрабатывать новые ускорители – у нас в запасе достаточно новых идей.
Юрий Дризе
Фото Андрея Моисеева

Нет комментариев