Расширяя границы познания

В детском санатории «Юбилейный» (Бердск) в рамках «Академического часа», организованного пресс-службой Сибирского отделения, замдиректора Института ядерной физики СО РАН академик КУЛИПАНОВ прочитал лекцию о синхротронном излучении.

Почти кино

Из нескольких десятков юных участников встречи не все слушали лекцию с должным вниманием – дети есть дети. Но были и те, кто этот урок академика восприняли как увлекательный научно-популярный фильм. Специально для встречи с молодежью Геннадий Николаевич приготовил презентацию из полусотни красочных слайдов, на которых наряду с формулами и диаграммами содержится множество иллюстраций экспериментов, приборов и установок, применяемых в современных исследованиях.

Слайды меняются один за другим и на экране оживает история развития важного направления современной физики... В 1944 году академик И. Померанчук совместно с Д.  Иваненко предсказал синхротронное излучение. А в 1947-м американские ученые впервые увидели его на синхротроне, построенном в компании «Дженерал Электрик». Несколькими годами позже синхротронное излучение наблюдали в ФИАН СССР на первых советских синхротронах.

Для генерации излучения служит вигглер. Через него с ускорителя, расположенного рядом, пропускается пучок электронов с околосветовой скоростью. В магнитных полях вигглера электроны вынуждены двигаться по синусоиде. Теряя энергию, они преобразуются в поток фотонов. Это узкий монохроматический луч очень высокой яркости, который значительно превосходит по своим параметрам излучение рентгеновских установок. С его помощью можно видеть на просвет структуру вещества на атомарном уровне, структуру белковых молекул.

Для науки и народного хозяйства

Основные методы использования синхротронного излучения – спектроскопия, дифракция/рассеяние, визуализация. В лекции академика Кулипанова, кроме чисто научных аспектов этого интересного физического явления, рассматривается информация и о работе с ним. А применение охватывает почти все области современной науки и технологий. Диапазон излучения от терагерцового до жесткого рентгена делает его востребованным в изучении физики твердого тела, кристаллографии, структурной биологии, химии, науки о Земле и экологии, материаловедении, медицине... Одно из самых важных применений – анализ элементного состава медицинских препаратов, т.е. неразрушающий контроль и сертификация медикаментов на уровне чувствительности к малым (вредным в том числе) примесям, недоступным для других методов.

Сегодня методы синхротронного излучения в значительной мере определяют развитие генетики, генной инженерии, биотехнологий. Его предполагается использовать для широкого круга исследований: изучения таких объектов, как мышечные волокна, кристаллография белка и исследования структуры органических молекул и различных биокатализаторов, микрохирургии и фототерапии. Химики получают возможность очень экономного с энергетической точки зрения управления реакциями. Физики занимаются исследованием метаматериалов – искусственных материалов, которые обладают в определенном диапазоне длин волн отрицательным показателем преломления, становясь полностью невидимыми.

С гордостью за наших ученых

Технологии электромагнитного излучения требуют напряженного труда ученых всего мира, и особый вклад в развитие этого направления внесли именно российские ученые.

Академик Померанчук еще в 30-х годах написал формулу на потерю энергии на синхротронное излучение, задавшись вопросом «А почему космические лучи доходят до Земли с ограниченной энергией?»

Академик Арцимович первым опубликовал простые, понятные формулы, описывающие синхротронное излучение, в связи с решением атомной проблемы, когда в 50-е годы прошлого века нужны были ускорители высоких энергий для решения разных задач, связанных с созданием атомного оружия.

Академик Векслер предложил создать некий тип ускорителей, который назвали синхротроном. Его изобретение принципа автофазировки позволило строить все современные ускорители.

Академик Будкер, организатор и директор ИЯФ СО РАН, разработал накопители заряженных частиц, в которых частицы не только ускоряются, но и долго живут. Это позволяет создавать очень яркие источники синхротронного излучения.

Академик Гинсбург – нобелевский лауреат 2003 года, получивший премию за создание теории сверхпроводимости. В 1947 году он предложил ондулятор – устройство, создающее переменное магнитное поле, которое позволяет создавать ондуляторное излучение.

На стыке наук

Значительная часть лекции Кулипанова посвящалась междисциплинарным проектам фундаментальных исследований. Такая организация современных исследовательских технологий характерна для институтов СО РАН.

В 1974 году Альвина Вазина из Института биофизики (Пущино) на источнике ВЭПП-3 в Новосибирке начала изучение структуры биополимеров с большими периодами, в частности, структуры мышцы.

Группа ученых ИХТТМ, ИГиЛ, ИЯФ при использовании излучения, полученного на ускорителе ВЭПП-3, создали экспериментальную станцию «Взрыв-1» для исследования детонационных процессов при мощности взрыва до 50 г тротилового эквивалента.

С верой в молодых

Завершая свое выступление, Геннадий Николаевич обратился к юным слушателям:

– Осенью, когда у вас начнутся занятия, мы в Институте ядерной физики регулярно проводим экскурсии для школьников. Обращайтесь к своим преподавателям физики. Может, это вам будет интересно, и после посещения ИЯФа, лекций наших ученых мы будем рады видеть вас в физматшколе, университете. С третьего курса студенты НГУ работают у нас в институте. Они слушают специальные курсы. Для этого существует семь студенческих аудиторий, где регулярные занятия ведут наши сотрудники. По окончании курсов 20-30 студентов мы берем в аспирантуру, из которых15-20 человек принимаем на работу в институт. Буду доволен, если благодаря этой лекции хотя бы пятеро из вас заинтересуются физикой.

Круг общения, яркие впечатления детства оставляют не только воспоминания на всю жизнь, но и нередко определяют выбор жизненной позиции, будущее дело. И очень важно, когда первый импульс к ориентации личности в обществе исходит от человека, умудренного опытом, с глубокими познаниями. Может быть,  среди слушателей этой лекции найдется будущий математик, физик или химик, который оставит свой яркий след в российской науке.

Лекцию можно увидеть и прослушать здесь:

http://youtu.be/wPWmbq48dqI

Евгений МАРКОВ, фото автора