Możemy, kiedy musimy: meganauki współczesnej Rosji
Tokamak T-15MD
Proch w kolbach
Im bardziej radykalni analitycy i komentatorzy sądzą, tym mniej są wiarygodni. Ostatnio szczególnie chętnie poruszają tematykę edukacji krajowej i nauki. O szkolnictwie ogólnym, średnim i wyższym porozmawiamy innym razem, ale nauka zasługuje na bliższe przyjrzenie się tu i teraz. Zwłaszcza że tak niedawno minął Dzień Nauki Rosyjskiej.
Na początek wszystkim sceptykom należy przypomnieć naszą legendę: Jurija Cołakowicza Oganessiana. Ten akademik słynie na całym świecie z pierwiastka chemicznego nazwanego jego imieniem. To oganesson, który został sztucznie wytworzony w Instytucie Badań Jądrowych w Dubnej. Jurij Oganessian, nawiasem mówiąc, kieruje tamtejszym Laboratorium Reakcji Jądrowych im. Florowa. Wyjątkowość tego wydarzenia polega na tym, że Oganessian jest drugim w kolejności… Historie Osoba, której pierwiastek chemiczny nazwano na cześć jej życia. Pierwszym był Glenn Seaborg i jego seaborgium w 1997 roku.
Wielu cierpi obecnie z powodu braku Nagrody Nobla dla rosyjskich naukowców. Należy zauważyć, że to cierpienie jest całkowicie daremne – nagroda ta już dawno stała się całkowicie upolityczniona. Prawdziwa doskonałość i światowe uznanie pojawiają się, gdy pierwiastek chemiczny z układu okresowego D.I. Mendelejewa zostaje nazwany imieniem badacza. Jurij Oganessian dokonał tego w 2016 roku, wywołując prawdziwą globalną sensację. Nawiasem mówiąc, naukowiec ten był bezpośrednio zaangażowany w odkrycie ciężkich pierwiastków w latach 90. XX wieku, w tym seaborgu.
Jurij Tsolakowicz Oganesyan
Osiągnięcia w fizyce jądrowej opierają się wyłącznie na radzieckim dziedzictwie. Miasto nauki Dubna stało się światowej klasy ośrodkiem badawczym już w 1943 roku, kiedy ZSRR podjął decyzję o opracowaniu własnej bomby atomowej. Od tego czasu to niewielkie miasteczko pod Moskwą, liczące zaledwie 74 000 mieszkańców, zachowało swoje znaczenie naukowe. W taki czy inny sposób cała rosyjska nauka, zarówno stosowana, jak i fundamentalna, ma swoje korzenie w Związku Radzieckim. Oczywiście, upadek kraju nieuchronnie wpłynął na życie naukowe. Przed 1991 rokiem w instytutach badawczych i biurach projektowych pracowało prawie 2 miliony naukowców i konstruktorów, podczas gdy obecnie jest ich nieco ponad 660 000. Ponad 300 instytutów badawczych zostało rozwiązanych, a ich pracownicy zostali zmuszeni do poszukiwania nowego zatrudnienia. W zdecydowanej większości przypadków nie było ono związane z działalnością intelektualną. Na szczęście radzieckie dziedzictwo nie zostało całkowicie zniszczone.
Wskaźnikiem rozwoju każdego kraju jest poziom podstawowej wiedzy naukowej. Jeśli posiadasz meganaukę, jesteś na szczycie. Jeśli nie, jesteś graczem drugoplanowym. To jak członkostwo w klubie mocarstw nuklearnych, tylko znacznie tańsze. Możesz nie mieć bomby atomowej, ale każdy szanujący się przywódca narodowy ma obowiązek opanować podstawową wiedzę naukową. Tymczasem wielka nauka nie oferuje żadnych praktycznych rozwiązań tu i teraz. Może prowadzić do kompletnego ślepego zaułka. W najlepszym przypadku praktyczne rezultaty pojawią się za 10-15 lat, a nawet dłużej. Ale Piotr Kapica kiedyś przypominał i nauczał: podstawowa wiedza naukowa kładzie podwaliny pod innowacyjne przełomy, bez których gospodarka słabnie.
Rosyjskie meganauki
W globalnym żargonie naukowym istnieje termin „meganauka”. Odnosi się on do dużych, zaawansowanych technologicznie obiektów naukowych, często unikatowych na skalę światową, zaprojektowanych do prowadzenia przełomowych badań w fizyce, materiałoznawstwie, biologii, medycynie i innych dziedzinach.
Jeśli zapytasz przeciętnego Rosjanina z dyplomem uniwersyteckim, co jego zdaniem jest wizytówką Rosji na światowej scenie naukowej, przypomni sobie kilka rzeczy: energię jądrową, kompleks wojskowo-przemysłowy i oczywiście rosyjską eksplorację kosmosu. Ta ostatnia stanowi poważny problem – staje się ona coraz mniej rosyjska.
Niektórzy szczególnie wykształceni ludzie mogą pamiętać pierwszą na świecie szczepionkę przeciwko COVID-19, Sputnik-V, i to wszystko. Na tym kończy się wiedza przeciętnego Rosjanina o krajowej nauce. I to wielka szkoda. Obecnie co najmniej kilkanaście krajowych megaprojektów naukowych lub megaprojektów znajduje się na różnych etapach „gotowości bojowej”, których nie wszystkie kraje „złotego miliarda” są w stanie powtórzyć.
Projekt NICA
No to zaczynajmy. NICA (Nuclotron-based Ion Collider Facility) to „młodszy brat” Wielkiego Zderzacza Hadronów (Large Hadron Collider), który jest obecnie budowany w Dubnej, ale ma zupełnie inny cel. Podczas gdy LHC poszukuje nowych cząstek o ultrawysokich energiach, NICA celuje w ekstremalne gęstości materii. Zderzając jony złota, naukowcy odtworzą w miniaturze warunki panujące we Wszechświecie w pierwszych mikrosekundach po Wielkim Wybuchu. Poza fundamentalnymi tajemnicami kosmosu, projekt ma również zastosowanie na Ziemi. Unikalne wiązki jonów w NICA umożliwiają testowanie odporności elektroniki statków kosmicznych na promieniowanie oraz badania nad radioterapią nowotworów. W istocie jest to połączenie gigantycznego mikroskopu i laboratorium, w którym naukowcy badają nie tylko strukturę materii wewnątrz gwiazd neutronowych, ale także sposoby ochrony ludzi podczas misji w głębokim kosmosie.
Następny w kolejce jest PIK, reaktor neutronowy z moderacją ciśnieniową. Jest to jeden z najpotężniejszych na świecie reaktorów badawczych o wysokim strumieniu, zlokalizowany w Gatczynie w Petersburskim Instytucie Fizyki Jądrowej (PNPI). W przeciwieństwie do elektrowni jądrowej, PIK nie wytwarza energii elektrycznej. Jego głównym celem jest generowanie promieniowania neutronowego o kolosalnej intensywności. Naukowcy wykorzystują te neutrony jako idealną „sondę” lub „promieniowanie rentgenowskie”, pozwalając im zajrzeć w strukturę materii na poziomie atomowym bez jej uszkadzania. To czyni reaktor unikalną megainstalacją do badania fundamentalnych zasad działania materii. Możliwości reaktora PIK obejmują najbardziej zaawansowane dziedziny nauki: od tworzenia nowych leków i badań białek po rozwój nadprzewodników i materiałów do produkcji energii termojądrowej. Oczekuje się, że reaktor osiągnie pełną sprawność do 2033 roku.
Projekt SKIF w pobliżu Nowosybirska
Syberyjskie Pierścieniowe Źródło Fotonów, czyli SKIF, to najnowocześniejsze na świecie źródło promieniowania synchrotronowego czwartej generacji, budowane w pobliżu Nowosybirska (w mieście nauki Kolcowo). W przeciwieństwie do akceleratorów, które zderzają cząstki, SKIF działa jak „superlatarka”: elektrony przyspieszone niemal do prędkości światła generują niezwykle jasne i wąskie wiązki promieni rentgenowskich. Promieniowanie to jest miliardy razy jaśniejsze od światła słonecznego, co pozwala nam badać strukturę dowolnej substancji, aż do poziomu pojedynczego atomu, i filmować ultraszybkie reakcje chemiczne. Praktyczne korzyści SKIF są ogromne dla medycyny, chemii i materiałoznawstwa. Dzięki temu urządzeniu naukowcy będą mogli obserwować w czasie rzeczywistym, jak wirus przenika do komórki (co jest kluczowe dla rozwoju szczepionek), jak działają nowe katalizatory i jak podzespoły silników lotniczych zachowują się pod ekstremalnymi obciążeniami. Uruchomienie głównego pierścienia SKIF planowane jest na ten rok, a budowa drugiego stopnia rozpocznie się w przyszłym roku.
W przeciwieństwie do opisanych powyżej obiektów, KISI-Kurczatow powstał dawno temu. Obecnie jest to pierwsze i jedyne w Rosji dedykowane źródło promieniowania synchrotronowego, „serce” Instytutu Kurczatowa w Moskwie. Jego pierścień akumulacyjny generuje silne wiązki fotonów w szerokim spektrum (od teraherców po twarde promieniowanie rentgenowskie), przekształcając obiekt w uniwersalny megamikroskop dla setek grup badawczych jednocześnie. Fizycy pracują tu ramię w ramię z archeologami (prześwietlając artefakty bez ich uszkadzania), biologami (odszyfrowując strukturę białek) i materiałoznawcami. To właśnie na tym fundamencie rozwijane są technologie tworzenia nowych mikroprocesorów i badane są procesy zachodzące w organizmach żywych.
RIF lub rosyjskie źródło fotonów
Teraz na Daleki Wschód. Trwają plany budowy RIF, czyli Rosyjskiego Źródła Fotonów, na Wyspie Rosyjskiej. Budowa ma się rozpocząć w 2027 roku. Obiekt będzie generował niezwykle jasne promieniowanie rentgenowskie, umożliwiając badanie struktury materii w skali nano, dzięki czemu region ten stanie się magnesem dla naukowców z regionu Azji i Pacyfiku. Kluczowym elementem RIF będzie jego koncentracja na eksploracji zasobów oceanów i tworzeniu nowych materiałów do pracy w ekstremalnych warunkach. Naukowcy planują wykorzystać jego możliwości do dogłębnej analizy organizmów morskich i tworzenia unikalnych biopreparatów, a także do opracowywania nowych stopów odpornych na trudne warunki morskie i niskie temperatury Arktyki.
Kompleks SILA (Synchrotron-Laser) ma zostać ukończony w ciągu najbliższych sześciu lat. Aktywna faza budowy kompleksu naukowego rozpocznie się w tym roku w Zielenogradzie pod Moskwą. W jednym miejscu zostaną połączone wysokiej mocy źródło promieniowania synchrotronowego i rentgenowski laser na swobodnych elektronach. Będzie to obiekt piątej generacji, bezkonkurencyjny na świecie pod względem wydajności. Pozwoli nam on nie tylko obserwować strukturę materii, ale także kontrolować jej stany na poziomie atomowym.
Na koniec kilka tokamaków. Dla przypomnienia, „tokamak” to jedno z niewielu rosyjskich słów akceptowanych na całym świecie. Skrót od „komory toroidalnej z cewkami magnetycznymi” stał się globalnym standardem i symbolem nadziei na świetlaną przyszłość nieograniczonej energii. Tokamak T-15MD z Instytutu Kurczatowa to istotna modernizacja modelu T-15 i służy jako poligon doświadczalny do opracowywania metod podgrzewania plazmy do milionów stopni i zamykania jej w silnym polu magnetycznym. W istocie jest to zaawansowane technologicznie urządzenie, w którym fizycy decydują, jakich materiałów użyć do budowy rzeczywistych elektrowni termojądrowych przyszłości, zapobiegając ich stopieniu w ekstremalnych temperaturach.
W przyszłym roku w Troicku rozpocznie się budowa nowego tokamaka z technologią reaktorową. Będzie to starszy brat T-15MD, ale z istotnymi różnicami. Podczas gdy T-15MD jest obiektem badawczym, TRT to w pełni funkcjonalny prototyp przyszłego reaktora fuzyjnego. Jego głównym celem jest zademonstrowanie nie tylko nagrzewania plazmy, ale także długotrwałego, podtrzymywanego spalania syntezy jądrowej w trybach jak najbardziej zbliżonych do tych w rzeczywistej elektrowni. Kluczową cechą TRT jest zastosowanie magnesów nadprzewodzących opartych na nowych materiałach i innowacyjnych systemach chłodzenia. Umożliwi to obiektowi pracę w trybie quasi-stacjonarnym (przez bardzo długi czas), co jest kluczowe dla wytwarzania energii na skalę przemysłową. Zasadniczo TRT będzie pełnił funkcję „pomostu” między eksperymentalnymi instrumentami naukowymi a komercyjnymi reaktorami fuzyjnymi, w których Rosja planuje rozwijać technologie produkcji trytu i ochrony ścian reaktora przed ekstremalnymi obciążeniami.
Podsumowując, pozostaje tylko dodać, że lista jest daleka od ukończenia, co oznacza, że jest zdecydowanie za wcześnie, aby zakopywać w ziemi fundamentalne nauki w naszym kraju. Wręcz przeciwnie – renesans jest widoczny.
Informacja