Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера

Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук (ИЯФ СО РАН) — крупнейший в России и один из ведущих в мире научно-исследовательских центров в области физики элементарных частиц, физики плазмы, ускорительной техники и синхротронного излучения. Расположен в Новосибирском Академгородке. Основан в 1958 году, носит имя своего создателя — академика Герша Ицковича Будкера. Институт является головной организацией Сибирского отделения РАН по физическому направлению и входит в число наиболее авторитетных научных учреждений страны.

История

Основание и первые годы

Институт был основан в 1958 году по инициативе академика Г. И. Будкера, который стал его первым директором. Первоначально назывался Институтом ядерной физики Сибирского отделения АН СССР. Создание института было частью масштабного проекта по формированию Новосибирского научного центра (Академгородка). Будкер собрал вокруг себя группу молодых талантливых физиков, многие из которых впоследствии стали академиками. Основной задачей института стало проведение фундаментальных исследований в области физики высоких энергий и разработка новых методов ускорения частиц.

Развитие в 1960–1980-е годы

В 1960-е годы в ИЯФ были построены первые в СССР электрон-позитронные коллайдеры ВЭП-1 и ВЭП-2, на которых начались эксперименты по встречным пучкам. В 1970-е годы введён в строй коллайдер ВЭПП-2М, работающий до сих пор. В 1980-е годы институт приступил к созданию крупнейшего в мире коллайдера ВЭПП-4 с рекордной для того времени энергией. Параллельно развивалось направление физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза: были построены первые в мире открытые ловушки для удержания плазмы. В 1977 году, после смерти Будкера, институту было присвоено его имя.

Современный период (1990-е — настоящее время)

После распада СССР институт сохранил свой научный потенциал, хотя и столкнулся с серьёзными экономическими трудностями. В 1990-е годы были разработаны и внедрены промышленные ускорители для радиационных технологий. В 2000-е годы началась модернизация экспериментальной базы. В 2016 году введён в эксплуатацию источник синхротронного излучения (СИ) «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ) — проект класса «мегасайенс». В настоящее время ИЯФ СО РАН продолжает участвовать в международных проектах (ЦЕРН, ИТЭР, FAIR) и разрабатывать новые ускорительные установки.

Научные направления

Физика элементарных частиц и высоких энергий

ИЯФ СО РАН является мировым лидером в области физики встречных пучков. Основные эксперименты проводятся на коллайдерах:

• ВЭПП-2М — электрон-позитронный коллайдер с энергией до 1,9 ГэВ. Используется для изучения лёгких адронов, физики чармония и поиска новых частиц.
• ВЭПП-4 — коллайдер с энергией до 5 ГэВ. Предназначен для прецизионных измерений масс и ширин распадов элементарных частиц, а также для калибровки детекторов.
• КЕДР — детектор на коллайдере ВЭПП-4, один из наиболее точных в мире по измерению масс частиц.

Институт также участвует в экспериментах на Большом адронном коллайдере (ЦЕРН, Швейцария) в рамках коллабораций ATLAS и CMS, а также в проекте NICA в Объединённом институте ядерных исследований (Дубна).

Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез

ИЯФ СО РАН — один из пионеров в разработке открытых магнитных ловушек для удержания плазмы. Основные установки:

• ГОЛ-3 — многопробочная ловушка для нагрева плазмы до термоядерных температур.
• ГДЛ (газодинамическая ловушка) — установка для изучения удержания плазмы в открытых ловушках с магнитными пробками.
• СМОЛА — сферический токамак, созданный для исследования альтернативных схем удержания.

Институт активно участвует в проекте международного термоядерного реактора ИТЭР (Франция), разрабатывая элементы диагностики и системы нагрева плазмы.

Ускорительная техника

ИЯФ СО РАН является разработчиком и производителем ускорителей различного назначения:

• Промышленные ускорители — для стерилизации медицинских изделий, обработки полимеров, очистки сточных вод и дыма электростанций. Установки серий ИЛУ, ЭЛВ и др. экспортируются в десятки стран.
• Медицинские ускорители — для лучевой терапии онкологических заболеваний (протонные и электронные ускорители).
• Ускорители для научных исследований — включая линейные ускорители и синхротроны.

Синхротронное излучение и нейтронные источники

В ИЯФ СО РАН создан и эксплуатируется источник синхротронного излучения ВЭПП-3 (на базе коллайдера ВЭПП-3). На его основе работают десятки экспериментальных станций для исследований в материаловедении, биологии, химии, медицине. В 2023 году начал работу новый источник СКИФ (Сибирский кольцевой источник фотонов) — синхротрон поколения 4+ с энергией 3 ГэВ, позволяющий получать ярчайшее рентгеновское излучение для изучения структуры вещества на атомном уровне.

Основные достижения

• Первые в мире электрон-позитронные коллайдеры (ВЭП-1, 1963) — доказали принцип работы встречных пучков.
• Рекордное удержание плазмы в газодинамической ловушке (ГДЛ) — достигнуты параметры, близкие к термоядерным.
• Создание промышленных ускорителей — серийное производство ускорителей для радиационных технологий, экспортируемых в США, Китай, Европу.
• Прецизионные измерения — на детекторе КЕДР получены одни из наиболее точных в мире значений масс тау-лептона и D-мезонов.
• Разработка метода лазерного охлаждения ионов (в сотрудничестве с другими институтами).

Инфраструктура и кадры

ИЯФ СО РАН располагает уникальной экспериментальной базой, включающей:

• несколько действующих коллайдеров и ускорителей;
• комплекс источников синхротронного излучения;
• термоядерные установки (ГДЛ, ГОЛ-3, СМОЛА);
• конструкторское бюро и опытное производство (собственный завод по изготовлению ускорительного оборудования).

Штат института составляет около 3000 человек, из них более 1000 — научные сотрудники, включая около 200 докторов и 500 кандидатов наук. При институте действует аспирантура и базовая кафедра Новосибирского государственного университета (НГУ), где готовят специалистов в области ядерной физики, ускорительной техники и физики плазмы.

Международное сотрудничество

ИЯФ СО РАН участвует в крупнейших международных проектах:

• ЦЕРН (Швейцария) — участие в экспериментах ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере.
• ИТЭР (Франция) — разработка диагностического оборудования для международного термоядерного реактора.
• FAIR (Германия) — создание ускорительного комплекса для исследования антипротонов и ионов.
• ESRF (Франция) — сотрудничество в области синхротронного излучения.
• Китай — поставки промышленных ускорителей и участие в строительстве синхротронов.

Критика и вызовы

Как и многие российские научные институты, ИЯФ СО РАН сталкивается с проблемами:

• Недостаточное финансирование — особенно в 1990-е годы, что привело к оттоку молодых кадров за рубеж.
• Устаревание оборудования — часть установок (например, ВЭПП-2М) работает с 1970-х годов и требует модернизации.
• Зависимость от импортных комплектующих — в условиях санкций возникли сложности с поставками электроники и вакуумного оборудования.

Тем не менее, институт сохраняет лидирующие позиции в ряде направлений, а запуск СКИФа и участие в проектах «мегасайенс» позволяют надеяться на дальнейшее развитие.

Интересные факты

• Первый директор института Г. И. Будкер был также известен как талантливый художник-карикатурист.
• На территории ИЯФ СО РАН установлен памятник «Ускорителю» — реальному прототипу ускорителя, работавшему в 1960-е годы.
• Институт является одним из немногих в мире, где одновременно эксплуатируются три коллайдера (ВЭПП-2М, ВЭПП-4, ВЭПП-3).
• Промышленные ускорители ИЯФ используются для стерилизации медицинских масок и перчаток в период пандемии COVID-19.

Источники

• Официальный сайт ИЯФ СО РАН (inp.nsk.su)
• «Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера: история и современность» — сборник статей, 2018.
• «Будкер Г. И. Избранные труды» — Наука, 1983.
• «Ускорители и встречные пучки» — учебное пособие НГУ, 2020.
• «Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез в ИЯФ СО РАН» — обзор в журнале «Успехи физических наук», 2021.