Проекты XXI века

Вернет ли себе Дубна славу мирового центра развития физики элементарных частиц? Ответ на этот вопрос во многом зависит от позиции правительства России, от того, насколько оно заинтересовано в поддержке фундаментальной науки и связанных с нею передовых технологий.

По просьбе читателей газеты главный инженер ОИЯИ, член-корреспондент РАН Григорий Ширков, представляющий наш Институт в исполнительной группе (GDE) Международного линейного коллайдера (ILC), рассказывает о ходе реализации этого проекта.

- Беспрецедентная задача коллайдера ILC (техническое осуществление которой стало возможно лишь в 21-м столетии) - достичь невиданной до сих пор точности измерений в широком интервале максимальных энергий сталкивающихся частиц (электронов и позитронов). Возможность варьирования энергии (в системе центра масс сталкивающихся частиц до 1012 эВ) имеет ключевое значение для обеспечения максимальной точности измерений.

Создание и успешная работа коллайдера ILC даст возможность получить ответы на многие важнейшие вопросы физики элементарных частиц, которые лежат в основе целостного, единого понимания современного микро- и макромира и позволит наиболее точно воссоздать лежащие в основе обнаруженных явлений законы Природы.

Коллайдер ILC должен стать уникальным инструментом для наиболее глубокого проникновения в природу материи и изучения ее фундаментальных свойств, исследования пространства и времени, решения вопросов о происхождении массы частиц, темной материи, темной энергии, существования дополнительных измерений в пространстве-времени и т.д.

Создание коллайдера ILC - ускорителя следующего поколения, безусловно, потребует совершенно новых решений и разработок в таких важных областях науки и техники, как ядерная энергетика, ускорительная и криогенная техника, кристаллография, создания новых источников энергии и новых материалов. А это значит, что многие из них найдут свое применение в смежных областях науки и техники, в практической деятельности на благо развития современной цивилизации.

Международный комитет по ускорителям будущего (ICFA) назначил директорат проектной группы, в который вошли известные ученые из стран, потенциально готовых участвовать в создании ILC. В состав исполнительного комитета GDE от России входят академик А.Скринский (ИЯФ имени Г.И.Будкера, Новосибирск), член-корреспондент РАН М.Данилов (ИТЭФ, Москва) и я от ОИЯИ как международной межправительственной организации.

Задачи GDE состоят в координации ведущихся в разных институтах мира работ по проекту ILC и взаимодействии с политическими и финансовыми институтами стран, участвующих в подготовке проекта. Концептуальный доклад GDE о проекте ILC намечен на конец 2006 года и будет представлен на заседании комитета ICFA. Проект сегодня представляется как полностью международный, он должен разрабатываться, финансироваться, управляться, обслуживаться и эксплуатироваться в рамках соответствующим образом организованного широкого международного научного сотрудничества.

Какие основные параметры заложены в этот проект?

Возможности ILC как нового "супермикроскопа" в микромире определяются полной энергией столкновения частиц, т.н. светимостью - полной интенсивностью столкновения частиц в области взаимодействия. Светимость обеспечивается интенсивностью и высокой фокусировкой пучков (5х500 нанометров в сечении!) в точке встречи. Достижение подобной точности является сложной научно-технической задачей. Номинальная светимость при энергии электронов 500 ГэВ должна составить 2х1034 см2с-1.

Для установки 500 ГэВ на основе резонаторов типа TESLA, разработанных немецкими специалистами в DESY, максимальный темп ускорения резонаторов должен быть 35 МВ/м и рабочий градиент 31,5 МВ/м при длине каждого из двух линейных ускорителей 10,6 км. При последующем увеличении энергии до 1 ТэВ запланированы резонаторы, имеющие максимальный градиент 40 МВ/м и рабочий градиент 36 МВ/м, что приведет к увеличению длины каждого из двух линейных ускорителей еще на 9,3 км. В этом случае полная длина двух линейных ускорителей составит около 40 км и длина всей установки (полная длина туннеля) - около 50 км.

Какими же должны быть масштабы работ по реализации этого поистине мегапроекта нашего столетия? Какова их организационная схема?

Даже если сравнивать масштабы работ по сооружению ускорителя ILC с завершающимся сейчас в ЦЕРН созданием Большого адронного коллайдера, их можно назвать беспрецедентными. Широкие межгосударственные связи на всех этапах реализации проекта позволят его участникам взаимно использовать новейшие научные и технологические достижения в своих странах. Вовлеченность в высокотехнологичный проект подобного масштаба ученых и специалистов из Российской Федерации, ОИЯИ и его стран-участниц приведет к ускоренному развитию передовых технологий в этих странах и, в первую очередь, в России.

К началу 2006 года был подготовлен так называемый документ базовой конфигурации (Baseline Configuration Document - BCD), на основании которого проводится проектирование, оценивается стоимость и формируется физическая программа исследований на ILC. Проект ускорителя прорабатывается учеными и специалистами из ведущих исследовательских центров и проектных организаций Америки, Азии, Европы, включая российские институты и Объединенный институт ядерных исследований.

Стоимость полномасштабного проекта ILC в настоящее время, по оценкам комитета GDE, составляет 8-9 миллиардов долларов США. Оценка выполнена для длины ILC, равной 50 км, на основе экстраполяции оценочной стоимости нереализованного проекта 33-километрового коллайдера TESLA (Германия). Стоимость экспериментальных установок не входит в эту оценку. Затраты на трудовые ресурсы также не учитываются, поскольку предполагается, что они будут покрываться участвующими в проекте организациями. Данная оценка будет скорректирована после окончательной подготовки документа BCD, который внесет большую определенность параметров ILC. BCD уже завершен и начата подготовка RDR (Reference Design Report). Именно он подкорректирует цифру.

А как выглядят финансовые расчеты в случае, если этот комплекс будет строиться в Дубненском регионе?

По оценке специалистов Государственного специализированного проектного института (ГСПИ, Москва) общая стоимость по сводному сметному расчету в ценах первого квартала 2006 года строительно-монтажных работ, подземных и надземных объектов основного строительства в случае размещения ускорителя в районе Дубны может составить порядка 2,3 миллиарда долларов США; в том числе стоимость сооружения туннелей собственно линейного ускорителя и всех его технологических систем и шахт порядка 1 миллиарда долларов США, что должно быть заметно ниже стоимости сооружения ILC в других заявленных для рассмотрения регионах в силу очень благоприятных геологических и географических условий в районе Дубны.

По предварительным планам, страна, которая заинтересована в сооружении ILC на своей территории, должна быть готова к финансированию не менее 30 процентов стоимости реализации проекта.

Международное научное сообщество встретило инициативу по строительству ILC в России, в Дубне, со значительным интересом. Объединенный институт ядерных исследований имеет существенные преимущества и привилегии как международная межправительственная организация и обладает уникальным опытом организации и успешного исполнения крупномасштабных научно-исследовательских проектов на базе широкой кооперации научных центров и промышленных предприятий многих стран. Об этом хорошо известно всем нашим партнерам.

Вы уже неоднократно выступали на различных международных ускорительных конференциях и совещаниях, излагая эту идею. Каковы основные аргументы в пользу размещения ILC на нашей территории?

О главном я уже сказал - наличие ОИЯИ - международной межправительственной организации, крупнейшего физического центра с квалифицированным персоналом и развитой инфраструктурой как базовой научной и организационной структуры будущего международного научного центра. Это во-первых.

Во-вторых, крайне малозаселенная территория, практически свободная от предприятий промышленности, рек и дорог. На площадке нет биологических заповедников, религиозных и исторических памятников. Трасса ускорительного комплекса не затрагивает национальные парки. Предлагаемое размещение туннелей ускорителя в относительно сухом моренном слое исключает влияние на глубинное распределение подземных вод и не требует дополнительных усилий и затрат на гидроизоляцию тоннеля и других подземных сооружений. К этому можно добавить абсолютную сейсмическую устойчивость и геологическую стабильность района.

В-третьих, равнинный рельеф местности и уникальные геологические условия позволяют разместить ILC на малой глубине (около 20 метров) и вести строительство туннелей, экспериментальных залов и других подземных объектов с наименьшими затратами, в том числе открытым способом.

Чрезвычайно привлекает при размещении комплекса ILC на выбранной территории уникальная возможность решения вопроса о стоимости приобретения земли. Подобно тому, как это прописано в соглашении между ОИЯИ и правительством РФ, вероятно, будет возможна передача всего участка земли, необходимого для сооружения ILC, в бессрочное бесплатное пользование.

Весьма существенно также то, что в районе строительства ILC есть источники электроэнергии достаточной мощности (ЛЭП 500 кВ, Конаковская ГРЭС, Удомльская АЭС). Хорошо развита система всех видов транспорта и связи - автомобильные и железнодорожные коммуникации, водная артерия (бассейн Волги), создана современная сетевая и информационно-вычислительная инфраструктура, в том числе на территории нашего города действует один из крупнейших в Европе Центр космической связи "Дубна".

Дубна обладает мощным научным и техническим потенциалом, который развивается сегодня в условиях особой экономической зоны технико-внедренческого типа. Созданная в декабре 2005 года ОЭЗ обеспечивает льготные условия для разработки и производства наукоемкой продукции. Развитая инфраструктура позволяет дополнительно привлекать в уже сложившийся интернациональный исследовательский коллектив специалистов из научных центров мира, обеспечивая им комфортные условия для работы. Это гарантирует высокое качество исследований на ILC и получение новых результатов принципиального научного значения.

Учитывая, что проект ILC рассматривается международным научным сообществом как стратегически приоритетный в области физики высоких энергий, Ученый совет Объединенного института ядерных исследований рекомендовал ОИЯИ принять участие в подготовке проекта коллайдера и привлекать инвестиции и соответствующие ресурсы в научно-технические разработки. Это должно обеспечить ОИЯИ достойное положение среди организаций, играющих лидирующую роль в проекте ILC. Ученый совет ОИЯИ поддержал идею размещения коллайдера в Дубне. Комитет полномочных представителей правительств стран-участниц ОИЯИ одобрил эти рекомендации. Что касается муниципальных властей, то возможность использования инфраструктуры города Дубны для нужд ILC местной администрацией поддерживается.

Представим себе, что предложение ОИЯИ принято директоратом GDE. И как будет выглядеть эта огромная стройплощадка?

Площадку под линейный ускоритель ILC длиной около 50 км предлагается расположить в северной части Московской области к северо-востоку от Объединенного института ядерных исследований. Участок малонаселенный, трасса ускорителя пересекает два небольших населенных пункта и малозагруженную железную дорогу между городами Талдом и Савелово. Трасса довольно однородна по высотным отметкам. На некоторых участках - с поверхностным заболачиванием. Материковые (глубинные) грунты устойчивы. Это подтверждено геологоразведкой, производившейся при выборе площадки для сооружения ускорителя У-70. В конце концов, он был сооружен под Серпуховом, но результаты этих изысканий сегодня оказались как никогда востребованы.

Наши предложения включают также еще один существенный аспект, связанный с тщательной проработкой энергообеспечения этого исследовательского комплекса. Имеющиеся в окрестностях Дубны электросети позволяют обеспечить электроснабжение ILC в проектном объеме около 330 МВт.

Длина планируемой площадки под строительство ускорительного комплекса составляет около 50 километров, ширина - 1 километр. Основная схема размещения ускорителя предполагает строительство двух параллельных подземных туннелей. Один - для размещения источников питания, источников ВЧ мощности, накопителей данных, электроники, управляющих и других систем. Во втором туннеле размещаются непосредственно ускоряющие структуры, магнитные элементы для фокусировки пучка и средства диагностики.

Довольно трудно, все же, оценить сейчас реальные масштабы в случае благоприятного для Дубны, для российского научного сообщества решения этого вопроса...

Здесь, прежде всего, надо учитывать, наряду с научным, исключительное экономическое и политическое значение, привлечение к проекту ILC широкого спектра современных технологий, многие из которых отсутствуют в РФ или недостаточно развиты. Подготовка квалифицированных кадров в адекватной научно-инженерной среде, интерес специалистов высочайшей квалификации из российских научно-технических центров и других стран привлекут активную и талантливую молодежь. Реализация проекта подобного масштаба именно в Дубне позволит России на обозримую перспективу стать центром притяжения для ученых всего мира и восстановить наше лидерство в области фундаментальных исследований и физики высоких энергий. И, конечно, нельзя не учесть привлечение значительных внешних инвестиций и финансовых ресурсов на всех этапах реализации проекта и функционирования нового ускорительного центра в течение многих лет.

Следуя рекомендациям Ученого совета и Комитета полномочных представителей, дирекция ОИЯИ разворачивает программу широкого участие сотрудников Института в разработке и сооружении узлов и систем нового коллайдера. Уже несколько десятков ведущих сотрудников, а это около десяти отдельных групп из разных лабораторий, выдвинули свои предложения по участию в работах по ILC. Большинство из них находят интерес и поддержку у наших зарубежных коллег из ведущих научных центров, уже занятых в этих исследованиях. Большой интерес к этим работам проявляет наша научная молодежь, и это естественно - им работать на ускорителе, который вступит в строй через 15-20 лет. Но мне особенно приятно отметить, что неоценимый вклад, свою энергию и опыт по сооружению крупных физических установок, свой энтузиазм вносят наши заслуженные ученые: профессора Ю.Н.Денисов, Ю.А.Будагов, член-корреспондент РАН И.Н.Мешков, и не только они.

Идея разместить международный линейный коллайдер в Дубне находит все больше сторонников в мировом ускорительном сообществе благодаря как потенциалу ОИЯИ, так и уже достаточно серьезным проработкам, о которых я лишь вкратце рассказал. В марте ОИЯИ посетил профессор Брайан Фостер (генеральный директор ILC GDE в Европейском регионе), который детально знакомился с научными и технологическими возможностями Института, его ускорительной базой. В июле этого года на очередном совещании GDE в Ванкувере и на международной конференции по коллайдерам будущего, которая состоялась в Дубне, это предложение было воспринято достаточно серьезно. Не стала исключением из этого ряда и проходившая в июле-августе в Москве 33-я Международная конференция по физике высоких энергий, в рамках которой состоялось очередное заседание ICFA.

Конечно, сейчас невозможно точно оценить вероятность размещения ILC в России, в окрестностях нашей Дубны. Но мы должны приложить все возможные усилия для того, чтобы этот очень важный для престижа не только ОИЯИ и Дубны, но и всей российской науки проект был реализован у нас. Но, в любом случае, при любом размещении будущего ускорителя, самое широкое участие наших сотрудников в работах по разработке и созданию ILC на начальном этапе необходимо для обеспечения полноценного участия и представительства физиков ОИЯИ в экспериментах на главной физической установке будущего в области физики высоких энергий и фундаментальных исследований.

Беседу вел Евгений МОЛЧАНОВ