Лазерный мир

6 ноября завершила свою работу «Международная Балтийская школа — 2020: новые возможности установок класса «Мегасайенс» (International Baltic School 2020: New Opportunities of MegaScience Facilities). Основной целью данной Школы было освещение основ физики рентгеновского и нейтронного излучения источников нового поколения и лазеров на свободных электронах. В общей сложности более чем 100 молодым ученым, аспирантам и исследователям в области рентгеновской оптики, были представлены 32 лекции, освещающие новые возможности Мегасайенс установок. Так, например, в лекциях А. М. Балагурова (Лаборатория нейтронной физики имени И.М. Франка, ОИЯИ) рассмотрена стратегия развития исследовательских источников нейтронов и современное состояние экспериментальной базы на них. Акцент сделан на импульсных источниках нового поколения, а именно, источниках со средней мощностью на уровне 1 МВт и выше. А в лекции Н. А. Винокурова (Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН) представлены последние разработки института в области создания сверхпроводящих ондуляторов, ондуляторов с переменным периодом и ондуляторов с электростатическим полем. К. Клементьев (синхротрон Макс IV, Швеция) представил практические аспекты кристальных монохроматоров: схемы охлаждения, присутствие гличей, подавление высших порядков отражения, механические вибрации и методы стабилизации при сканировании энергии.

В докладе В.В. Воронина (НИЦ «Курчатовский институт» -ПИЯФ) был представлен статус работ по вводу в эксплуатацию высокопоточного источника нейтронов, реактор ПИК, и его приборной базы для проведения исследований. Одним из направлений научной программы этого источника является исследование фундаментальных свойств нейтронов с помощью дифракции в совершенных кристаллах. Е.В. Лычагин (Лаборатория нейтронной физики имени И.М. Франка (ЛНФ), Объединенный институт ядерных исследований, Дубна) рассказал аудитории о нейтронных отражателях, основное назначение которых в уменьшении потерь нейтронов и направлении нейтронных потоков в нужное место, что имеет большое значение в нейтронной и атомной физике и промышленности. Конечно, были лекции, посвящённые нейтронной и рентгеновской оптике: А.И. Иоффе (Центр нейтронных исследований Юлиха, Германия) продемонстрировал, что специфические свойства нейтрона (отсутствие электрического заряда, немонотонная зависимость амплитуды рассеяния на элементах и наличие спина) отсутствие электрического заряда, немонотонная зависимость амплитуды рассеяния на элементах и наличие спина. В.Г. Кон (НИЦ «Курчатовский Институт») представил аналитическую теорию нанофокусировки и проблем когерентности рентгеновского излучения для составных преломляющих линз, как перспективных оптических элементов новых установок класса «Мегасайенс».

Вместе с тем, в этом году тематика школы имела больший охват, чем в прошлые годы, например, были рассмотрены существующие технологии ионно-плазменного травления кремния, перспективные для изготовления кремниевых элементов рентгеновской оптики, рассмотрена структурированная методология по разработке новых материалов в процессе аддитивной печати, которая применима как для металлических сплавов, так и для керамических и композиционных материалов и приведен обзор имеющихся в настоящее время проблем и технологий создания 3D мультиматериалов аддитивными методами. Прогресс в области производства подобных материалов до сих пор сдерживается отсутствием проработанных физических принципов формирования переходных слоев между сильно различающимися по температуре напечатанными материалами (например, пары «пластик/металл», «пластик/керамика»).

Александр Громов, д.т.н., профессор, заведующий лабораторией «Катализа и переработки углеводородов», научный руководитель MISIS Catalysis Lab:

«Моя работа, представленная на Международной Балтийской школе, посвящена разрабатываемой нами концепции получения практически любых материалов аддитивными методами с помощью 3D печати: «все-из-всего». Будущее аддитивных технологий позволяет печатать не только моно-материалы (металлы, пластики, керамику, бетоны и пр.), но и полностью готовое изделие из мультиматериалов в один прием, то есть формировать разнородные слои из гетерогенных и, зачастую, гетероструктурных материалов в рамках одного принтера. Новейшими разработками в данной области я поделился с уважаемыми участниками школы в своем докладе».

Несмотря на новый формат (очные и заочные лекции на платформе Zoom), как отмечают участники и организаторы, школа внесла весомый вклад в укрепление международного сотрудничества БФУ им. И. Канта с ведущими мировыми рентгеновскими установками класса Мегасайенс (ESRF, DESY, CFEL, MAX IV, Diamond, BESSY-II). В том числе, важной темой стало обсуждение участия российских ученых в международных мегапроектах, например Европейском рентгеновском лазере на свободных электронах XFEL (Гамбург).

Сергей Пикуз, к. ф-м. н., заведующий лабораторией диагностики вещества в экстремальных условиях Объединенного института высоких температур РАН:

«Моей задачей на Школе было представить те новые возможности, которые появились у исследователей с созданием рентгеновских лазеров на свободных электронах (XFELs), которые можно рассматривать как следующее поколение синхротронных источников, генерирующее уникально яркий, монохроматический, когерентный сгусток квантов с длительностью всего лишь в десятки фемтосекунд (стотысячная доля одной миллиардной доли секунды). Такое оборудование расширяет наши исследовательские возможности на многие порядки величин, позволяя исследовать сверхбыстрые процессы на атомарном уровне, в процессе химических реакций, сборки белковых структур, при реакции вещества на сверхсильное энергетическое воздействие. Важно отметить, что Россия является соучередителем и соинвестором международного проекта European XFEL в Гамбурге. Эта установка представляет собой user facility – оборудование, доступное для любых заинтересованных научных групп. Время для проведения экспериментов на каждом инструменте предоставляется на конкурсной основе коллективам со всего мира. Приглашаем российских ученых активно использовать уникальные возможности этого проекта, подавать свои заявки на проведение интересных им экспериментов либо присоединиться к уже сложившимся вокруг XFEL международным коллаборациям».

Помимо ознакомления студентов и молодых специалистов с применением ускорителей в фундаментальных исследованиях по физике элементарных частиц и прикладных работах отдельное внимание было уделено лекциям коллег из Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») в Новосибирске, где идет строительство первого в России источника поколения 4+. А коллеги из НИЦ «Курчатовский Институт», представили информацию о текущем статусе и перспективах реализации Федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на 2019-2027 годы. Кроме того, внимание в лекциях А. Смеховой (Центр Гельмгольца в г. Берлин, синхротрон BESSY II) и О. Ефанова (CFEL, синхротрон DESY) было уделено столь важному вопросу, как организация сбора, систем передачи, хранения и обработки научных данных на установках класса «Мегасаейнс». Широкое распространение нового подхода необходимо, чтобы значительно повлиять на качество и эффективность большинства экспериментов в долгосрочной перспективе. Опыт проведенных работ показывает, что современным установкам, надо продумать стратегию заранее. В том числе, это относиться и к решению задачи форсированной подготовки высококвалифицированных специалистов для дальнейшей работы на Мегасаейнс установках.

Леонид Горай, д. ф-м. н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории наноэлектроники, Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж.И. Алфёрова Российской академии наук:

«У меня и у многих коллег давно сложилось мнение о необходимости радикальных мер для спасения (ускоренного развития) российской науки. К ним я бы отнес, в первую очередь, увольнение и набор на работу всех научных сотрудников заново, на основе жесткого конкурса. Количество людей, которые останутся в науке, должно определяться числом важнейших направлений и средствами, которые государство должно определить и выделить для поднятия науки. Этих направлений не должно быть слишком много, а средств должно выделяться на порядок больше, чем выделяется на соответствующее направление сейчас. Что касается Меганауки, то с ней в мире и России сейчас все весьма неплохо. Здесь важно иметь человеческий ресурс, который по образованию и нацеленности готов решать сложные задачи. В этом смысле, как я понимаю, на Фабрике БФУ много, что делается. Если таких фабрик будет много, а молодежь будет заинтересована в продолжении образования и научной деятельности, то у нас будет успех в инновационных исследованиях, а Мегаустановки будут загружены наиболее интересными проектами».

Игорь Щелоков, к. ф-м. н., профессор, научный сотрудник Лаборатории рентгеновской кристаллооптики, ИПТМ РАН:

«Что я могу сказать о школе? Ну, в первую очередь, она впечатляет по составу участников. Без сомнения, здесь собрался цвет российской рентгеновской науки. Все, кто не смог приехать, участвуют online. Многие из них являются ведущими специалистами в международных научных центрах. Действительно, я просто не помню, когда в последний раз видел такой состав участников. Лично мой вклад именно в программы Мегасайенс достаточно скромный. Меня сюда пригласили из-за другого, а именно из-за моей способности найти решение нетривиальных задач и умения объяснить это решение другим. Как бы это попроще? Понимаете, «не боги горшки обжигают». Рентгеновская наука начиналась не с установок Мегасайенс, а с обыкновенных рентгеновских трубок. Именно с ними люди получали первые Нобелевские премии по физике. А знаете почему? Потому что в то время люди полагались не на возможности техники, а, в первую очередь, на себя. Да, все что я услышал, впечатляет очень и очень. Но, в большинстве своем, это возможности технологии и техники. А вот люди, которые понимают и науку, и технологию не берутся ниоткуда. Их нужно подготавливать к тому, чем они будут заниматься. Объяснять, руководить, готовить к самостоятельной деятельности. За этим и нужна школа. Я тут скромный «винтик». Немного поговорить «за науку», чтобы тот, кто меня услышал, понял, что прежде чем включить в ход руки, нужно включить голову. Техника и технологии — это все-таки вторичное. Ее еще нужно грамотно использовать».

Анатолий Снигирев, директор МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок Мегасайенс» БФУ им. И. Канта:

«Справедливо будет отметить, что наша школа в этом году была организована те только для молодых ученых, а для всех нас: и всех российских участников, которые вовлечены в процесс создания новых уникальных установок, особенно синхротронов, и для зарубежных коллег. Учитывая то, что Мегасайенс в настоящее время становиться неким центром притяжения и вращения, а тем более, с учетом того, что в России не было источников третьего поколения, а сейчас создаются сразу 4-го, мы попытались представить все основные направления, осветить и как-то представить открывающиеся возможности и перспективы развития всех установок. Огромное значение имеет развитие инструментария, в том числе трехмерных, аддитивных, микро- и нанотехнологий, потому что новое поколение установок будет требовать оптику высокого класса. Приятно узнать, как показал последний день школы, что в России у нас есть сильные научные группы, которые способны удовлетворить формируемые потребности Мегасайенс. Образование и подготовка кадров – сейчас это острый вопрос для всех университетов, которые включаются в программу* потому, что для эксплуатации таких установок нужны люди, которые умеют это делать, а также нужны пользователи, которые должны прийти с новыми задачами и новыми идеями. Здесь мы, конечно же, ждем от 4-го поколения революционного прорыва, как было с 3-м. Мы не ответили на вопрос о том, что же будет с 4-м поколением, кроме уменьшения размера источника по горизонтали, но это эволюционный процесс и мы только начинаем с этим работать. Настоящая школа еще не последняя и мы успеем еще ответить на этот вопрос. Еще мне кажется очень важным международный аспект нашей школы и то, что она была проведена исключительно на русском языке. Это говорит о том, что у нас сильнейшая русская диаспора уникальных специалистов в своих областях во всем мире».

Школа была проведена в рамках поддержанного научного проекта РНФ (грант №19-72-30009) «Когерентная рентгеновская оптика и методы на ее основе для высокоэнергетичных дифракционно ограниченных источников», в котором принимает участие команда исследователей МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок «Мегасайенс» и «Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук» (ИПТМ РАН). * В соответствии с Указом Президента Российской Федерации от 25 июля 2019 г. № 356 «О мерах по развитию синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры в Российской Федерации» постановлением Правительства Российской Федерации от 16 марта 2020 г. № 287 утверждена Федеральная научно-техническая программа развития синхротронных и нейтронных исследовании и исследовательской инфраструктуры на 2019-2027 годы (Программа). Балтийский федеральный университет им. Иммануила Канта

Источник: https://infobaltica.ru/?module=articles&action=view&id=13209