Евгений Левичев с командой коллег работает над созданием источника синхротронного излучения — по сути большого рентгеновского «микроскопа», с помощью которого геологи, биологи, химики и другие специалисты смогут получить новую и полезную информацию.
Задача у Евгения Борисовича непростая — сделать установку с рекордными параметрами: придумать оригинальные технические решения, смоделировать процесс и настроить все наилучшим образом. Член-корреспондент РАН Евгений Борисович Левичев — директор Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») и заместитель директора Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН).
— В СМИ часто говорят о важности СКИФа для российской науки, а почему вы его выбрали для работы? Чем он вам интересен?
— Это не вполне корректный вопрос. Я не выбрал СКИФ, я его, вместе с коллегами, придумал! С другой стороны, если более точно: мы придумали только ускоритель, а как проект СКИФ существовал и до меня. Его продвигали Институт катализа СО РАН, Институт ядерной физики, другие институты. К моменту, когда начали развиваться события — это начало 2018 года — если бы меня кто-нибудь спросил, какая вероятность, что в ближайшие 50 лет в Сибири будет строиться новый источник синхротронного излучения, я бы сказал — нулевая. В это время мы работали над флагманским проектом Института ядерной физики — Супер чарм-тау фабрикой — установкой со встречными электрон-позитронными пучками с очень высокой эффективностью и интересной научной программой, вот про него я бы сказал, что вероятность его появления очень маленькая, но все-таки не нулевая. Но чтобы ее увеличить, нужно было работать, и мы работали. Однако в феврале 2018 года в Новосибирске Владимир Владимирович Путин провел Совет по науке и образованию при президенте РФ — я знаю о нем только по рассказам, там Валерий Иванович Бухтияров (директор Института катализа) и Павел Владимирович Логачев (директор Института ядерной физики) подготовившись совместно предложили проект источника синхротронного излучения в Новосибирске, и… внезапно получили одобрение. Вероятность реализации нашего СКИФа сразу стала равна 100%! Это была огромная удача! В тот момент я был совершенно не в теме, занят другими делами, но потом осознал, что можно попробовать реализовать опыт и идеи, накопившиеся у нас, и сделать реально красивую установку! Наш коллектив много лет занимался именно разработкой и созданием накопителей электронов: мы много сделали для других лабораторий мира, своими руками, много читали, много ездили по миру и смотрели, как делают другие. Был хороший задел.
— И чем все-таки СКИФ интересен?
— Самой первой строчкой обычно говорят, что у него рекордная яркость излучения для своего класса машин. Понятно, что такое яркость? Или лучше объяснить?
— Лучше объяснить, что такое яркость для источника.
— Представьте, что вы в темноте хотите рассмотреть какой-то мелкий предмет, расположенный на некотором расстоянии. Первый раз вы берете лампочку и поднимаете над собой, а второй раз — берете и вставляете лампочку в фонарик с рефлектором и направляете на предмет, в каком случае предмет будет виден лучше?
— С фонариком, конечно — если у него рефлектор.
— Да, потому что у фонарика бОльшая яркость, то есть концентрация фотонов, или лучей, в узком конусе — они не рассеиваются во все стороны, а направляются в определенное место, которое оказывается лучше освещено. Источник синхротронного излучения тоже такая «лампочка с рефлектором», только не обычная, потому что излучает не только видимый свет, а широкий спектр: инфракрасное излучение, ультрафиолетовое, мягкое рентгеновское излучение и жесткое рентгеновское. Все это излучение узконаправленное, интенсивное и яркое. Исследователь может выбрать из широкого спектра ту часть, которая ему нужна, в зависимости от объекта, который он хочет «рассмотреть» — исследовать. Для молекулярных структур — ультрафиолет, для атомных — рентген и так далее. В принципе, как получить источник синхротронного излучения с большой яркостью, или, по-нашему, с малым эмиттансом (или фазовым объемом пучка электронов), известно давно. Теоретически, на бумаге можно получить любую яркость, но нужно реализовать это еще и в установке, и вот тут возникает много физических и технических сложностей. На СКИФе нам удалось очень удачно скомпоновать технологические подходы и физические характеристики так, что высокая яркость реализуется при достаточно «комфортных» с точки зрения реализации технических решениях. Я стараюсь очень аккуратно говорить про рекордную яркость и, вообще говоря, не люблю это делать: сейчас среди тех проектов источников синхротронного излучения с энергией пучка 3 ГэВ и периметром не более 500 м, которые я знаю, у нас пока минимальный эмиттанс и потенциально самая высокая яркость. Но может сегодня-завтра кто-нибудь найдет еще лучшие решения и побьют наши рекорды. Прогресс неостановим. Ответил я почему выбрал СКИФ? У нашего коллектива были знания, опыт, компетенции и желание работать, мы верили, что можем сделать хороший источник… и у нас получилось!
— То есть ваша лаборатория создает сам прибор, но не проводит исследования на нем?
— Совершенно верно. ИЯФ был среди пионеров, можно назвать еще три-четыре института, которые в 1970-х годах в СССР начали тематику синхротронного излучения, потому что у нас были соответствующие электронные ускорители. Вообще, конечно, они были придуманы для другого: это были коллайдеры — установки для столкновения пучков. Коллайдеры появились почти одновременно в середине 1960-х во Фраскати (Италия), Стэнфорде (США) и у нас в Институте ядерной физики в Новосибирске. Принципиально саму идею — сталкивать пучки — придумал норвежский физик Рольф Видероэ в 1943 году и получил патент в 1953 году. Тогда ускорительная техника не позволяла реализовать эту идею, и активные работы начались в 1960-х годах примерно одновременно тремя командами. Итальянцы первыми столкнули электроны и позитроны, ИЯФ и Стэнфорд — электроны и электроны. Споры, кто что сделал первым можно услышать и по сей день, но мы не об этом. Это все были, так сказать, демонстрационные машины, то есть они принципиально показали, что можно делать коллайдеры. Вообще мне слово «коллайдер», ставшее известным благодаря открытию бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере, не очень нравится. Герш Ицкович Будкер (запустивший эту тематику в ИЯФ) назвал это «установками со встречными пучками». Поскольку мы придумали такие установки в числе первых и независимо, то имеем право на свое название, и я предпочитаю его, хотя коллайдер больше на слуху.
— Подождите, а как связаны установки со встречными пучками и синхротронное излучение?
— Синхротронное излучение испускается, когда когда разогнанные почти до скорости света электроны движутся по круговой орбите в накопительном кольце, но для встречных пучков это побочное явление и не всегда полезное. Ускорители на встречных пучках придумали для того, чтобы изучать физику высоких энергий: электроны движутся почти со скоростью света, им навстречу так же движутся позитроны, они сталкиваются, аннигилируют и рождают новые экзотические частицы, которые и представляют интерес для физиков. Все слышали про бозон Хиггса, но при столкновении рождается и много других, менее известных, частиц, которых сейчас в мире нет, но которые существовали в первые мгновения возникновения Вселенной. Встречные пучки нужны для фундаментальной физики, физики высоких энергий, физики элементарных частиц, а источник синхротронного излучения — прикладной инструмент для исследования образцов в биологии, медицине, катализе, химии, материаловедении, геологии и т. д. Прикладной-то прикладной, но за последние 20 лет около 10 Нобелевских премий было получено за исследования с использованием синхротронного излучения. Все — за расшифровку белков.
— То есть Будкер с коллективом придумал и запустил установки со встречными пучками? А с синхротронным излучением как получилось? Кто его развил в Институте ядерной физики?
— Геннадий Николаевич Кулипанов. Я учился у него студентом, а сейчас в вузе веду тот самый курс, который он тогда вел. Приходит, значит, относительно молодой человек, веселый, кудрявый, харизматичный, артистичный читать у нас физику ускорителей. Только что вернулся из Англии с конференции (а тогда зарубежные командировки, тем более в капстрану, были редки), и вот он нам интересно рассказывал о поездке, конференции, новостях ускорительной науки. Все решили, что мужик свой в доску, к сдаче экзамена не особо готовились и всей группой пришли сдавать досрочно. Выходит первый с двойкой, второй… Все разом встали и пошли на выход: знаете, Геннадий Николаевич, мы подготовимся и потом придем сдавать. Позже я к нему пришел работать. Его по праву можно назвать основателем школы синхротронных исследований в ИЯФ и одним из основателей в СССР. Конечно, еще нужно отметить Николая Александровича Мезенцева, Владимира Николаевича Корчуганова, Николая Александровича Винокурова. Александр Николаевич Скринский (он был директором ИЯФ с 1977 по 2015) большой интерес и внимание уделял этой тематике. Вообще источниками синхротронного излучения сейчас много кто занимается в мире, это самые многочисленные и востребованные ускорители электронов высокой энергии на Земле. Порядка 50 институтов и лабораторий в разных странах работает в этой тематике, использует или создает источники синхротронного излучения. Без синхротронного излучения невозможно представить прогресс в наукоемких технологиях. Не зря самые развитые области мира — Европа, США, Япония, Китай — имеют по нескольку, до десятка, источников, и планируют все новые и новые. Я думаю, здесь есть положительная обратная связь: для совершенствования наукоемких технологий в медицине, микробиологии, катализе, полупроводниковой промышленности необходимы исследования с помощью синхротронного излучения, которые, в свою очередь, стимулируют развитие наукоемких технологий. Большинство источников сейчас специализированы, но есть несколько таких, где исследования с излучением совмещаются с физикой частиц, как у нас в ИЯФ.
— На одной и той же установке? Это как?
— Можно совмещать. Установка работает какое-то время как коллайдер, потом позитронный пучок отключается, и уже другая команда работает с синхротронным излучением. Это не очень удачная ситуация, как правило, недовольны все: сложные исследования не терпят остановки. С трудом настроился, наладил оптимальные режимы, получил требуемые характеристики — и нужно останавливаться, так как пришло время другой программы.
— А нельзя одновременно запустить?
— Не получается, слишком разные условия и режимы.
— То есть специально делают одну установку под разные эксперименты?
— Не специально, так само получается. Вообще электроны или позитроны, когда летают в ускорителе, они всегда светят. Если это встречные пучки, излучение перехватывается специальными охлаждаемыми водой приемниками, потому что мощность синхротронного излучения, падающая на элементы вакуумной камеры, может достигать нескольких киловатт, и если эти элементы не охлаждать, то излучение легко прожигает в них дырку. А если в вакуумной камере сделать отверстие и выводить излучение по специальному каналу к экспериментальному оборудованию — мы называем такой набор устройств для исследований «экспериментальной станцией», — то можно реализовать и встречные пучки, и программу с синхротронным излучением на одной установке. Это делается не от хорошей жизни — просто если нет финансирования на создание специализированной машины для работ с синхротронным излучением, то лучше совмещать программы, пусть это и неудобно, чем не проводить эксперименты вообще. В 1980–90-е мы уже сделали первый в СССР специализированный источник синхротронного излучения для Курчатовского института. Сейчас эта установка называется Курчатовский источник синхротронного излучения — КИСИ, а когда мы начинали, там было два накопителя электронов с энергией пучка поменьше и побольше, которые назывались «Сибирь-1» и «Сибирь-2». Я как раз участвовал в этих проектах, это была моя первая работа в ИЯФ.
— Это случайно так получилось, или вас уже тогда интересовали источники синхротронного излучения?
— Меня пригласил к себе в лабораторию в Институт ядерной физики Геннадий Николаевич Кулипанов, который руководил работами над проектом источника для Курчатовского института. Тогда, кстати, пришлось решать ту же проблему, которая сейчас остро стоит для СКИФа: делается новая установка, но потом на ней кто-то должен работать, иными словами, необходимо формировать будущий коллектив уже на стадии реализации проекта. В тот момент готовилась команда 20–30 человек, набранных из вчерашних выпускников, которые должны были уехать в Москву, эксплуатировать эти установки — я был среди них. Важно, что на стадии создания ускорителя они реально участвовали в разработке, изготовлении, испытаниях нового оборудования: сам сделал, сам потом с этим работаешь. В то время московская прописка была очень престижна: нас ждала жизнь и работа в Столице. Я бы и уехал: к театрам, музеям, полным магазинам, но «по счастью» (для меня, по крайней мере) грянула перестройка, и все «накрылось», конечно. Я сейчас думаю: ну где бы я сейчас был, если бы переехал? Во время перестройки там было так же плохо, как здесь, и команда по большей части разлетелась: кто в бизнес, кто — за рубеж.
— А у вас не было желания за рубеж уехать?
— Желания никогда не было, но предложения были. Несколько раз я был на грани: в перестройку тяжело жить было, зарплата мизерная и нерегулярно — а семью нужно было кормить.
— Чем предлагали заниматься?
— В Италии мы с итальянскими коллегами чуть было не начали строить коллайдер, который назывался Супер-Б Фабрика, там предполагалось, что я буду отвечать за всю ускорительную часть. Позже мне предлагали стать ускорительным директором MAX IV в Лунде (Швеция). Я долго думал, но отказался. Хотя там предлагали не только должность директора, но и пожизненный статус профессора Лундского университета, шведское гражданство. Сейчас я думаю, что, если бы согласился, потом был бы несчастлив. Для меня очень важно то, что называется «культурный код», уникальный для каждого общества. Я и сейчас через две недели в другой стране начинаю уже на стенку лезть, думать про окружающих, как Задорнов про американцев. Хотя это и несправедливо, у них просто свой культурный код, у меня — свой. Я понимаю, что даже если 20 лет где-то проживу, я все равно буду чужим, не смогу встроиться. Бывают, наверное, люди космополиты, но это не про меня.
— Семья поддержала такое решение?
— И дети, и жена — все поддерживают.
— Дети у вас уже взрослые? По вашим стопам пошли?
— Сын — да. Алексей работает в ИЯФ, как раз клистрон для СКИФа делает — высокочастотный генератор для ускорения электронов в линейном ускорителе СКИФ. Он же и за сам линейный ускоритель отвечает. Дочка Виктория преподает в Новосибирском государственном университете, она далека от физики.
— Как вышло, что вы физиком стали? Тоже семейная традиция?
— Абсолютно случайно. Никаких особых талантов у меня к физике не было, я неплохо успевал и по математике, и по физике, но и по биологии. Но не больше. Особо я стать физиком не мечтал, хотя мой отец приехал сюда по приглашению Будкера, и со многими «ияфовцами» я с детства знаком: они бывали у нас дома и никакого интереса их работа у меня не вызывала. Я был молодой, мне хотелось романтики, приключений, путешествий — решил я стать гляциологом, лед изучать. В Ленинграде был единственный в стране метеорологический институт, я с ними списался, они ответили, что да, я могу поступать, и общежитие есть. Но в десятом классе я довольно тяжело заболел, ехать никуда было нельзя, я с горя пошел со своими друзьями в Новосибирский государственный университет на геологию. Неплохо даже сдавал экзамены, но по физике получил «тройбан» — и баллов, чтобы учиться, мне не хватило. Тут я совсем расстроился. Куда дальше идти? Решил попробовать в Новосибирский электротехнический институт (сейчас — Новосибирский государственный технический университет), загадал, что зайду в коридор приемной комиссии и первая дверь направо — моя, дальше не пойду. Вернулся домой, родители спрашивают, куда я документы подал. Я говорю: физтех. Отец отвечает: о, так у них кафедра в Институте ядерной физики! Так и получилось, что я там выучился, о чем ни капли не жалею.
— Мы с вами про перестройку до этого говорили. Все развалилось…
— Ну да, но установки как-то работали, и где-то на рубеже 2000-х мы с коллегами решили на ускорителе ВЭПП-4 — им тогда руководил замечательный человек и ученый Игорь Яковлевич Протопопов — сделать цикл ускорительных экспериментов по нелинейной динамике пучка. Чем хорош ИЯФ, здесь всегда приветствуются и поощряются интересные идеи и инициативы, и несмотря на то что мы были из другой лаборатории и даже направления, Игорь Яковлевич нам не только все разрешил, но и помог выкроить время из жесткого графика работы большой установки.
— Вы делали эти эксперименты с учениками?
— Я считаю, что не в праве кого-то называть учениками. Они сами должны решить, учитель я им или нет. Так вот, году в 2001-м Игорь Яковлевич приходит ко мне и предлагает стать завлабом вместо него. Я обалдел, подумал, потом дирекция тоже думала, потом — коллектив подумал, в конце концов я взял и стал. Тематика лаборатории уже была коллайдеры, то есть установки со встречными пучками, поскольку лаборатория отвечала за работу ВЭПП-4. Я переключился на эту тему. Типичный коллайдер, как, впрочем, и источник синхротронного излучения, работает круглосуточно, потому что для сложных и прецизионных экспериментов нужна очень точная настройка, стабильность, стационарный тепловой режим и так далее, и любая остановка приводит к необходимости новой длительной и кропотливой настройки. Поэтому раз в неделю ВЭПП-4 останавливается на профилактику на несколько часов, и летом — на каникулы, но с сентября по май работает круглосуточно. День, ночь, праздники — не важно, и на Новый год тоже должен работать.
— Как у Стругацких?
— Да, эта повесть («Понедельник начинается в субботу») про нас! Я, как и многие из моего поколения, вырос на Стругацких, и когда пришел в ИЯФ, понял, что здесь сильно похоже на НИИЧАВО: такие же энтузиасты, мотивированы на получение результата, работают каждый день до семи-восьми вечера, приходят по выходным. На коллайдерах ВЭПП-4 или ВЭПП-2000, особенно пока молодой, нужно отработать одну-две смены в неделю — ночь-день, как получится. Формально: можно отдохнуть сутки до и сутки после смены, но от других обязанностей никто не освобождает. Например, сейчас те, кто ходит в смены, и те, кто делает СКИФ, — одни и те же люди, и нужно успевать и там, и там. С другой стороны, только реальная работа в сменах на реальном ускорителе и дает тот уникальный опыт, который нужен для разработки новейших установок, чтением статей или компьютерным моделированием его не заменишь.
— И еще должность заведующего лабораторией. Наверное, много административной работы?
— В то время она была полегче, не было такого засилья бюрократии, как сейчас. Оставалось достаточно времени для науки. Мне нравится термин «играющий тренер»: я реально наукой занимался, сейчас времени почти нет, все поглотили ответы на запросы бесчисленным контролирующим организациям, инструкции, бумажные отчеты, служебные записки. У меня два рабочих места: здесь в ИЯФ и на Морском проспекте, где сейчас базируется СКИФ, пока не готовы помещения в Кольцово. После обеда побегу в СКИФ подписывать накопившиеся бумаги. В какой-то момент тебя начинают включать в разные советы, комитеты, комиссии — приходится этому тоже уделять внимание. Времени на научную работу, конечно, гораздо меньше сейчас остается, а с другой стороны — есть и компенсация. Приходят молодые ребята, с которыми можно обсуждать новые идеи, а они уже проверяют и воплощают.
— Получается, что сам ускоритель уже строят, а над чем вы работаете сейчас?
— Меня сейчас беспокоит, как быстро запустить СКИФ: изготовить и собрать все «железо» — это одно, но потом нужно получить проектные параметры. А когда они рекордные — это очень-очень сложно. Сотни магнитов весом около тонны должны быть установлены в проектное положение с точностью лучше 100 микрон —толщину человеческого волоса — на длине полкилометра! Тысячи проводов, кабелей, трубок охлаждения должны быть безошибочно подсоединены. Тысячи источников питания должны подать ток по сложному закону в магниты. Хорошо, что сейчас развиты точные методы численного моделирования, но все равно: на бумаге будет одно, а по факту — другое. Предвижу, что в этот момент обстановка будет довольно нервной. Как обычно, сроки будут поджимать, всевозможные проверки и комиссии требовать, как можно скорее… «Почему до сих пор не работают пользователи? Почему возитесь?» Да потому, что сложно идти непроторенным путем. Сейчас все строителей ругают за задержки, а будут — нас. Поэтому сейчас нужно очень хорошо подготовиться, чтобы этот период свести к минимуму. По опыту других машин, например, MAX IV в Лунде (кстати, он был первым источником четвертого поколения), ESRF-EBS в Гренобле, Sirius в Бразилии, можно предполагать, что запуск и получение проектных параметров займет до полугода. Так что сейчас все должно быть направлено на то, чтобы отработать на компьютере запуск, а потом максимально быстро перенести моделирование в реальную жизнь. Но тут другая история, я всем уже, наверное, надоел этой своей страшилкой: вообще говоря, СКИФ может стать могильщиком Института ядерной физики по тематике ускорителей и встречных электрон-позитронных пучков.
— Это как?
— Смотрите сами, рядом создается уникальный, великолепный, суперсовременный ускорительный проект, который собирает лучшее оборудование и людей. Это же интересная, перспективная работа, за месяц работы легко собрать материал для диссертации. Какой смысл оставаться или идти работать в ИЯФ? Я боюсь, что лучшие специалисты пойдут на СКИФ, и остановить их может только не менее интересный и перспективный новый проект в ИЯФ. Иначе молодежь на ускорительные специальности перестанет сюда приходить. Над этим сейчас бьется наша команда, как рыба об лед.
— И что это может быть?
— Это должен быть проект по нашей основной специальности — физике частиц и физике ускорителей. Непонятно, как все повернется. Сейчас вмешались санкции, каких не было даже во время холодной войны: ЦЕРН прекратил сотрудничество с Россией, свернуты программы по физике высоких энергий с США, Европой, затруднена работа с Японией. Сейчас мы можем надеяться только на самих себя. Нам нужно развивать свою собственную тематику фундаментальных исследований, и, слава богу, наверху это тоже поняли: есть позитивные сигналы о новой возможной федеральной программе на эту тему по типу Федеральной научно-технической программы развития нейтронных и синхротронных исследований под научным руководством НИЦ «Курчатовский институт». Именно в рамках этой программы создается СКИФ, реконструируется КИСИ, разрабатываются СИЛА в Протвино и РИФ на Дальнем Востоке. Это очень важно, что после долгого, скажем так, непростого периода у нашей страны нашлись деньги на Большую Науку, потому что требуемые установки дорогие. Если появится аналогичная программа по фундаментальной физике, то тогда можно будет надеяться, что наши мечты будут профинансированы.
— То есть какая-то идея для будущей такой установки у вас уже есть?
— Идеи есть. Хочется новый электрон-позитронный коллайдер. И не потому, что мы привыкли к встречным пучкам. Сейчас после того, как на Большом адронном коллайдере, несмотря на беспрецедентную энергию, никакой Новой физики не нашли — все результаты пока объясняются в рамках «старой» Стандартной модели, особый интерес приобретают эксперименты в уже пройденных областях энергии сталкивающихся частиц, но с более высокой точностью, чем раньше, то есть с более высокой светимостью, а в этой теме мы тоже на передовых рубежах. Например, у нас сейчас успешно работает ВЭПП-2000, единственная в мире установка с круглыми встречными электрон-позитронными пучками, позволившими увеличить светимость на порядок. Однако придумать новую установку, сочетающую суперинтересную тематику, рекордные параметры, короткий срок реализации (время не ждет!) и доступные ресурсы, пока не удается. Либо она получается дорогой: мы придумаем, это потребует сотни миллиардов рублей, а нам их никто не даст; либо получается неинтересно с точки зрения параметров и экспериментов. Я думаю, что сейчас, чтобы не терять времени, нам нужно развивать хороший инжектор — это ускоритель, который готовит для коллайдера электроны и позитроны. Электронов вокруг много, они входят в состав вещества, и позитроны — это антивещество, его нет, и «добыча» позитронов — сложный процесс. Для нового коллайдера — каким бы он ни был — понадобится много позитронов, чтобы обеспечить высокую светимость, гораздо больше, чем сейчас производит инжекционный комплекс. Увеличить производительность позитронов хотя бы на порядок — интересная и достойная задача. Ей я и предлагаю заниматься. Просто построить такую штуку — тоже не интересно: пока нет коллайдера, что с ней делать? Я думаю, что нужно совместить ее с другой машиной, благодаря которой мы сможем проводить эксперименты по ядерной физике. Мы умеем делать уникальные поляризованные мишени, соответственно сможем проводить и уникальные эксперименты. Пусть это будут «нишевые» эксперименты и не так много, но они заведомо востребованы современной наукой, так что этого хватит лет на 10, пока мы разрабатываем и создаем следующие электрон-позитронные пучки.
— Откуда деньги взять на такую установку?
— Меньшую часть мы можем из своего бюджета тратить, а бОльшую попросить у Минобрнауки на техническое «перевооружение» научного оборудования. Если бы удалось собрать 3–4 млрд рублей на пять-шесть лет, что по сегодняшним бюджетам не кажется фантастикой, мы могли бы создать небольшую ускорительную установку с интересной физической программой, которая и обеспечила бы приток молодых кадров.
— А если взять источники синхротронного излучения, какое у них будущее? Вот сейчас строят машины четвертого поколения? Потом будет пятое?
— Поколения просто так не даются. Нельзя встать и сказать: а у меня пятое поколение. Это еще заслужить надо! Статус нового поколения присваивается, когда параметры машины превышают показатели предыдущих установок минимум в 10 раз, на порядок. А увеличивать яркость за счет свойств электронного пучка бесконечно нельзя — мы не можем бесконечно его сжимать и фокусировать. Размер источника излучения должен быть примерно равен длине волны: сейчас источники четвертого поколения как раз приближаются к тому, что размер источника и характерные длины волн излучения становятся примерно равными. Дальше мы будем иметь дело с дифракционным ограничением, как в обычном микроскопе — грубо говоря, мы можем увидеть объекты, только бОльшие длины волны света. В нашем случае эмиттанс электронного пучка такой маленький, что дальше улучшать установку не имеет смысла обычным путем — за счет дифракционного предела большей яркости мы все равно не достигнем.
— Победить дифракционное ограничение как-то можно?
— Нет, это закон природы, против него не попрешь. Трудно предвидеть, как станут развиваться синхротронные исследования в будущем. Если бы у меня были какие-то идеи, мы бы их сейчас уже разрабатывали. Сейчас в области источников какие есть вещи? Понятно, лазеры на свободных электронах: СИЛА в Протвино будет совмещена с лазером на свободных электронах. Может быть, для СКИФа такой вариант тоже рассмотрим, но пока рано: надо сначала запуститься. Опять же, очень маленький эмиттанс, как у нас, создает эффект когерентности излучения, и это, в принципе, дает возможность проводить эксперименты, которые принципиально невозможны на источниках с большим эмиттансом. Подавляющая часть работ, которые планируются сейчас на источниках синхротронного излучения четвертого поколения, возможны и на третьем поколении, только быстрее по времени или с меньшими объектами, если утрировать, то это количественный рост, а вот когерентность дает качественный скачок. Однако это все еще надо развить.
— То есть если говорить про будущие направления синхротронных исследований, то это проведение экспериментов, использующих свойства когерентности?
— Да. Еще обсуждают строительство компактных источников синхротронного излучения, ну, например, размером с мой кабинет. В нем запускают электроны на низкой энергии и светят им в лоб лазером, получается как бы такой коллайдер, где лазерный свет встречается с электронами, при этом хотя длина волны лазера больше, чем у синхротронного излучения, но за счет эффекта Доплера отраженное излучение будет уже рентгеновским. Достоинство — такой источник может себе позволить отдельный университет или лаборатория, недостаток — интенсивность, все-таки на несколько порядков меньше, чем у настоящего большого источника синхротронного излучения, но если для каких-то экспериментов это не так важно, то получается дешево и компактно.
Автор — Юлия Позднякова, возглавляет Управление по пропаганде и популяризации научных достижений СО РАН
(опубликовано при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» № 075-15-2024-571)
