В БФУ им. И. Канта подготовят специалистов для работы с уникальными установками «Мегасайенс»
Исследователи БФУ им. И. Канта сделают шаг в будущее, воспитав поколение молодых ученых, способных работать с концептуально новыми специализированными источниками рентгеновского излучения — синхротронами четвертого поколения не имеющих аналогов в мире. Напомним, согласно указам Президента России, в ближайшее время планируется реализовать международные научные мега-проекты, к числу которых относятся 2 новые установки класса «Мегасайенс». Это важное для всего российского научного сообщества решение безусловно приобретает особое значение для БФУ им. И. Канта. Подробнее о синхротроне четвертого поколения, обучении молодых специалистов и перспективах kantiana.ru рассказали заведующий лабораторией «Рентгеновской оптики и физического материаловедения» БФУ им. И. Канта Анатолий Снигирев и научный сотрудник Лаборатории рентгеновской кристаллооптики, ИПТМ РАН (Черноголовка) Игорь Щелоков. Анатолий Александрович, расскажите подробнее о мега-проекте по созданию синхротрона четвертого поколения? Анатолий Снигирев: 2018-ый год крайне важен для Лаборатории рентгеновской оптики и физического материаловедения, которую мы создали пять лет назад в рамках постановления 220 (Мегагрант). Уже тогда мы понимали необходимость создания центра компетенций в области когерентной рентгеновской оптики. За эти годы создан хороший научный задел в этой сфере. Следует отметить, что в научном мире наблюдается «бум» интереса к новым источникам четвертого поколения. В настоящее время принято решение, как минимум, по пяти большим проектам, предполагающим строительство таких установок или же апгрейд существующих устаревших моделей. В некоторых из них Россия принимает непосредственное участие. Проекты будут осуществлены в Китае, США, Японии, Германии и Франции. В этом году Правительством РФ было принято решение строить две установки класса «мегасайенс» у нас в стране: в новосибирском академическом кластере Институтом ядерной физики имени Будкера и в подмосковном Протвино НИЦ «Курчатовский институт».
В чем принципиальное отличие новых источников рентгеновского излучения? А.С.: Эти синхротроны четвертого поколения будут использованы как фотонные фабрики рентгеновского излучения. Область излучения в них сводится до десятимикронного размера. А само излучение — словно лазерный, нерасходящийся луч, который обладает высокой плотностью потока и рекордной яркостью. Благодаря этим характеристикам, возникают новые возможности в совершенно разных областях: материаловедение, фармакология, разработка новых технологий синтеза, изучение тонких особенностей молекулярно-биологических и нейрофизиологических процессов в живых системах и многое другое. Синхротрон нового поколения перекрывает практические все научные интересы физики, биологии, а также химии. Эти новые источники создадут новые условия для развития методов рентгеновской физики, диагностики, особенно для исследования материалов с высоким атомарным разрешением.
И БФУ им. И. Канта берет на себя ответственность воспитать специалистов для работы с новой установкой? А.С.: Именно. В России возникла острая потребность в подготовке кадров. К сожалению, за последние 20 лет на территории РФ не было построено ни одного нового синхротрона. Конечно, отдельные группы российских ученых участвовали в создании таких установок, но это происходило достаточно локально. Когда речь идет о строительстве сразу двух машин, естественно возникает необходимость в новых кадрах с передовыми знаниями. В Курчатовском Институте и в Институте ядерной физики им. Будкера компетенции есть. Ведь синхротронная деятельность у них развивается уже давно. Но в этом случае мы говорим о самой установке. А что касается транспорта светового пучка на синхротроне от источника до потребителя, новых концепций оптики, формирования этого пучка, обработки и фокусировки — вот здесь требуются новые специалисты и подходы. Пять лет мы развивались в этом направлении. И теперь пришло время формировать целый отряд молодых ученых, которые на протяжении ближайших 5-10 лет смогут освоить новые компетенции для работы с новейшим инструментарием и создавать новые методы диагностики. Эту задачу мы ставим перед собой.
С 15 августа Лаборатория рентгеновской оптики и физического материаловедения БФУ им. И. Канта официально преобразуется в Международный научно-исследовательский центр «Когерентная рентгеновская оптика для установок «Мегасайенс». Как это повлияет на научную работу внутри структуры? А.С.: Мы расширяем свои возможности. Ставим более амбициозные и стратегически важные задачи. В рамках Международного научно-исследовательского центра будут созданы новые структурные подразделения для успешной реализации наших планов: группа диагностики и метрологии рентгеновской оптики, группа прикладных рентгенооптических исследований и рентгеновской микроскопии и группа исследования магнитных явлений на рентгеновских источниках нового поколения. Мы ставим перед собой задачу — научить ребят понимать эту физику, принципы взаимодействия рентгеновского когерентного излучения с веществом, наиболее оптимальные методы и подходы для новых источников. А также освоить методы моделирования, это наиболее сложный теоритический этап. Для понимания этого процесса приехал читать лекции научный сотрудник Лаборатории рентгеновской кристаллооптики Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов Российской академии наук (Черноголовка) Игорь Щелоков.
Игорь Александрович, расскажите подробнее о курсе лекций, который вы прочитаете для наших студентов? Игорь Щелоков: Это не просто лекции, полученные знания мы будем подкреплять практическими занятиями. Цель – научить студентов сопоставлять теорию и эксперимент. Я называю свой спецкурс «магией моделирования». Объясняю, как из теоритической формулы можно получить физический результат. Это уникальный курс в силу того, что моделированию никто и никогда не учит. Да, теория дается, но из нее невозможно получить результат. Наиболее приближенный вариант я видел в МГУ — там проходили математические спецпрактикумы, где студенты осваивают написанные кем-то программы, опираясь на теорию. В моем спецпрактикуме я буду давать алгоритмы, а программы они будут писать самостоятельно в качестве курсового проекта. В итоге ребята научатся описывать физику с помощью математики, владеть основами когерентной оптики. Я думаю, главную цель — воспитать ученых для будущей «Меганауки», мы выполним.
Анатолий Александрович, какие мероприятия будут проведены для решения новой задачи? А.С.: В рамках программы 5-100 и «Мегагранта» мы планируем визиты ученых из ведущих научных центров России, Японии, Франции, Норвегии, Германии. Также проведем две школы. Одна из них пройдет в Польше совместно с Гданьским технологическим университетом, куда приедут специалисты по XFEL из Гамбурга, Spring8 (Япония) и Стэнфорда (USA). Они расскажут о возможностях и методах применения лазеров на свободных электронах. Планируется плотное взаимодействия с новосибирским университетом, где будет построен синхротрон. Мы будем совершать обмен студентами и привлекать наших ребят к сборке установки. Подготовленные нами студенты примут участие в создании и монтировании станций на этих синхротронах, в создании оптических элементов для машины. Ожидается, что строительство двух установок нового поколения начнется в 2019 - 2020 годах. Основное строительство будет длиться порядка 5-7 лет. Ну а мы пока будем работать над созданием кадрового пула. В следующем году хотим предложить запустить полноценный курс магистерской программы для подготовки специалистов, способных работать на установках «Мегасайенс». Сейчас тематический курс лекций посещают порядка 15 человек. Это студенты, магистранты и аспиранты.
Вы сказали, что сотрудники НТП «Фабрика» уже трудятся над изготовлением новых оптических элементов, которые будут применимы к синхротрону четвертого поколения. Расскажите о научных достижениях? А.С.: Да, на НТП «Фабрика» мы уже начали изучать новые оптические элементы, линзы, интерферометры и аксиконы и уже готовы предложить целый ряд новых методов диагностики. Вот совсем недавно сотрудники лаборатории «Рентгеновской оптики и физического материаловедения» БФУ им. И. Канта провели в Европейском Центре Синхротронного Излучения (ESRF, Гренобль, Франция) тестирование нового рентгеновского метода визуализации. Этот
метод исследований позволяет получать изображения слабо поглощающих объектов, например, практически полностью прозрачных для рентгеновского излучения биологических тканей. Дело в том, что сам синхротрон — это некий центр тяжести, вокруг которого развивается целая цепочка самых разных процессов: от производства самого излучения до умения с ним работать. Наши изыскания этому и посвящены. Мы должны покрыть всю эту цепочку достаточным количеством молодых ученых для дальнейшего развития науки. Кроме того, напомню о сотрудничестве и с
овместных исследованиях с НИЦ «Курчатовский институт», что дает большие перспективы для наших молодых ученных.
Почему именно Калининград явился точкой притяжения для воспитания молодых ученых? А.С.: В России сейчас будут развиваться сразу два мегапроекта — это необычайная ситуация. А Калининград явился географически европейским центром компетенций — это уникальное явление. Наши местоположение и материально-техническая база БФУ им. И. Канта создают большой интерес со стороны Москвы, Санкт-Петербурга и европейских центров. НТП «Фабрика» технологически насыщенные комплекс с уникальным оборудованием. Кроме того, у нас есть юные дарования благодаря детскому технопарку «Кванториум», в котором есть лазерная техника, позволяющая изготавливать модельные оптические изделия и устройства, аналогичные рентгеновским. То есть, по сути, мы можем создать новое прогрессивное научное сообщество, воспитать его со школьных лет и помочь в достижении научных высот.
Партнёр:
Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта