ЭС: НИИЯФ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ Д.В. СКОБЕЛЬЦЫНА (2-й Научно-исследовательский физический институт, НИИЯФ), научный институт МГУ, созданный в соответствии с постановлением СНК СССР №225-96сс от 28 января 1946 г. «О подготовке инженеров-физиков и специалистов по физике атомного ядра и по радиохимии» и приказом МГУ №42 от 5 февраля 1946 г. Первым директором был назначен Д.В. Скобельцын. В 1992–2020 гг. институтом руководил М.И. Панасюк; в 2020 г. исполняющим обязанности директора назначен проф. Э.Э. Боос.
 
Подготовка специалистов в НИИЯФ строится на органичном сочетании учебной работы и всестороннего развития важнейших направлений современной физики. 9 отделов и около 30 лабораторий института охватывают широкий спектр исследований в области астрофизики космических лучей, физики космического пространства, физики высоких энергий, ядерной физики, физики взаимодействия излучений с веществом, квантовой электроники, микроэлектроники. Развивается многомасштабное компьютерное моделирование процессов, происходящих в наноструктурах и наноструктурированных материалах.
НИИЯФ является головным исполнителем по ряду научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполняемых в рамках Федеральной космической программы, основных программ Министерства науки и высшего образования РФ и других ведомств.
 
В институте создана уникальная экспериментальная и лабораторная база, в составе которой комплекс ускорителей электронов с энергией пучков до 70 МэВ и ионов в диапазоне энергий 102–107 эВ; установки для изучения широких атмосферных ливней; центр по обработке экспериментальных данных с российских и зарубежных ускорителей высоких энергий; узел высокоскоростной телекоммуникационной связи с выходом на все научно-образовательные российские и мировые компьютерные сети с пропускной способностью на уровне нескольких Гбит/с. Функционирует Центр оперативного и сервисного обслуживания российской ГРИД-системы, являющейся национальным сегментом глобальной ГРИД-инфраструктуры и обеспечивающей компьютерную поддержку более 200 международных научных проектов. Вычисления производятся на суперкомпьютерах МГУ «Ломоносов» и «Чебышёв».
Реляционные базы данных содержат информацию обо всех известных стабильных и радиоактивных атомных ядрах, а также ядерных реакциях под действием фотонов, нейтронов, заряженных частиц и тяжёлых ионов. Эти базы данных являются функциональной частью системы мировых баз данных и широко используются в научных исследованиях и учебном процессе.
 
 
НИИЯФ. Южное крыло корпуса физического факультета
2019 г. Фестиваль науки. Стенд НИИЯФ
НИИЯФ сотрудничает с институтами России, принимает активное участие в работе международных коллабораций ZEUS (DESY, Гамбург, Германия), D0 (Fermilab, Чикаго, США), CMS, ATLAS, LHCb, DIRAC (CERN, Женева, Швейцария), СВД (ИФВЭ, Протвино, Россия), NICA/MPD (ОИЯИ, Дубна, Россия).
 
Премии и звания. Выдающиеся достижения сотрудников отмечены множеством государственных и университетских наград. Среди них 4 человека удостоены Ленинской премии; 17 – лауреаты Государственной премии СССР; 45 – награждены премией имени М.В. Ломоносова; 5 – премией имени И.И. Шувалова. Почётного звания «Заслуженный научный сотрудник Московского университета» удостоены 82 человека.
 
МГУ–школе. НИИЯФ является инициатором и куратором образовательного проекта для школьников 7–10 классов и студентов I–II курсов – «Воздушно-инженерная школа» (с 2012 г.; поддерживается госкорпорацией «Роскосмос»). Соревновательный формат школы предполагает освоение участниками на моделях технологии производства космических аппаратов. Проект развивает и поддерживает интерес молодёжи к инженерно-конструкторской деятельности, позволяет лучше освоить физико-математические дисциплины и мотивирует школьников к поступлению в профильные вузы.
 
 
Занятия с учениками школы №1329 ведёт ст.н.с. Е.В. Широков
Воздушно-инженерная школа
Территория. Отделы и лаборатории института расположены в южном крыле корпуса физического факультета (Ленинские горы, д. 1, стр. 2), лабораторном корпусе высоких энергий (Ленинские горы, д. 1, стр. 58), 19-м корпусе (Ленинские горы, д. 1, стр. 5), 20-м корпусе (Ленинские горы, д. 1, стр. 6а), здании Центра коллективного пользования физического факультета (Ленинские горы, д. 1, стр. 35), в г. Дубна (ул. Ленинградская, 12).
 
***
Из истории
 
Создание НИИЯФ было вызвано необходимостью увеличения числа высококвалифицированных физиков-ядерщиков для развития атомной физики и ядерной энергетики – ключевых научно-технических направлений послевоенного времени, связанных с реализацией советского атомного проекта. Историческое постановление СНК СССР №225-96сс от 28 января 1946 г. обязывало руководство МГУ и НКП РСФСР организовать в I квартале 1946 г. Институт физики атомного ядра, включив в его состав лабораторию радиохимии.
«а) установить, что задачей Института физики атомного ядра является постановка практических работ для студентов старших курсов физического и химического факультетов в области физики атомного ядра и радиохимии и проведение научно-исследовательских работ в этой области; б) построить в институте циклотронную лабораторию».
Из соображений секретности в официальных документах «Институт физики атомного ядра» значился как 2-й Научно-исследовательский физический институт (НИФИ-2, или 2-й НИИ физики). В 1955 г. он стал структурным подразделением физического факультета, а через 2 года – переименован в НИИЯФ. Постановлением Учёного совета МГУ от 5 апреля 1993 г. институту было присвоено имя Д.В. Скобельцына.
Изначально институт располагался в здании на ул. Усиевича. Переезд в 1953 г. в комплекс на Ленинских горах позволил значительно расширить и улучшить его материально-техническую базу.
С момента создания деятельность НИИЯФ велась в тесном сотрудничестве с отделением ядерной физики физического факультета. Для организации учебного процесса и развертывания научно-исследовательских работ Д.В. Скобельцыным и С.Н. Верновым были приглашены ведущие учёные – Л.А. Арцимович, Д.И. Блохинцев, В.И. Векслер, Л.В. Грошев, Н.А. Добротин, Б.В. Курчатов, М.А. Марков, В.А. Петухов, А.М. Прохоров, И.М. Франк, Ф.Л. Шапиро. Постепенно сложившийся коллектив экспериментаторов и теоретиков внёс крупный вклад в разные области физики.
 
В рекордно короткие сроки под руководством С.С. Васильева был сконструирован и запущен первый в системе высшей школы циклотрон с диаметром полюсов магнита 72 см, предназначенный для ускорения ионов лёгких элементов (1949). Первым ускорителем, построенным в 19-м корпусе на Ленинских горах, стал 120-см циклотрон, а первым выдающимся научным достижением, сделанным с использованием этого циклотрона, явилось открытие «эффекта теней», возникающего при взаимодействии заряженных частиц с монокристаллами (1972, Государственная премия СССР, А.Ф. Тулинов). Оно положило начало целому направлению в физике взаимодействия излучений с веществом – физике ориентационных эффектов, способствовало развитию многочисленных методов диагностики структуры и состава кристаллов. Среди обнаруженных явлений, тесно связанных с «эффектом теней», – возрастание выхода ядерных реакций при использовании монокристаллической мишени, охлаждение или нагрев ионного пучка при каналировании, нулевые энергетические потери при скользящем движении протонов относительно поверхности изолятора (А.Ф. Тулинов, Г.А. Иферов, Г.П. Похил, В.С. Куликаускас). Было открыто явление резонансного поглощения отрицательных мюонов атомными ядрами (1976, В.В. Балашов, Н.М. Кабачник), обнаружено конфигурационное расщепление гигантского дипольного резонанса, обусловленного влиянием оболочечной структуры ядра на форму сечения поглощения гамма-квантов в области энергий 10–50 МэВ (1987, Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, В.Г. Неудачин, В.Г. Шевченко), доказана определяющая роль обменных процессов в формировании обратных максимумов сечения в ядерных реакциях со сложными частицами (И.Б. Теплов).
 
При активной поддержке С.Н. Вернова и А.А. Логунова в конце 1960-х гг. были начаты работы по созданию нового для института направления – физики высоких энергий на ускорителях, проводившиеся в сотрудничестве с крупнейшими ядерными центрами – ИФВЭ, ИТЭФ, ОИЯИ, на базе которого был создан филиал НИИЯФ в Дубне (1960). Основной задачей этого направления является получение уникальных сведений о фундаментальных свойствах материи на расстояниях 10–16–10–18 см и менее.
 
 
19-й корпус НИИЯФ. Центр ядерных исследований
1960 г. Монтаж ускорительной установки электростатического генератора
Сотрудники института внесли вклад в подготовку кадров и научные исследования в области физики космоса, астрофизики космических лучей и космического материаловедения. Колоссальный объём экспериментальной информации был получен с помощью аппаратуры, созданной в институте и установленной на множестве различных космических аппаратов, начиная уже со второго искусственного спутника Земли, который вывел на орбиту газоразрядные счётчики для регистрации космических лучей. Создание мощных ракет-носителей, способных выводить на длительное время многотонную аппаратуру, позволило приступить к реализации преимуществ исследований первичных космических лучей за пределами атмосферы. На космических аппаратах «Электрон», «Протон», «Космос», «Молния», «Интеркосмос» «Коронас-V1», «Коронас-Ф», ГЛОНАСС, «Экспресс» и других, на пилотируемых орбитальных станциях «Салют», «Мир» и МКС выполнены множественные измерения, связанные с уточнением радиационной обстановки в атмосфере Земли, ближнем космосе и Вселенной, с изучением структуры радиационных поясов, проблем безопасности полётов и другими задачами.
Полученная информация сыграла большую роль в понимании процессов в магнитосфере Земли и в межпланетном космическом пространстве. Были заложены основы концепции о ядерно-каскадном процессе и разработана ставшая классической теория радиационных поясов Земли и связанных с ними геофизических явлений (Б.А. Тверской). Среди важных открытий, отмеченных Ленинской премией – внешний радиационный пояс Земли (1960, С.Н. Вернов), ряд закономерностей при изучении физики Солнца и космических лучей (1976, Т.Н. Чарахчьян), «излом» в энергетическом спектре первичных космических лучей при Е>3·1015 эВ (1982, Г.Б. Христиансен).
Незаменимым инструментом для измерения энергии адронов стал новый разработанный метод и прибор – ионизационный калориметр (Н.Л. Григоров, В.С. Мурзин, И.Д. Рапопорт), используемый до настоящего времени в экспериментах на наземных установках, спутниках и ускорителях высоких энергий. С помощью ионизационных калориметров и рентген-эмульсионных камер (Г.Т. Зацепин, И.В. Ракобольская) были выявлены особенности энергетического спектра протонов и других ядер, входящих в состав комических лучей, и получены уникальные данные об адрон-ядерных взаимодействиях в области энергий свыше 1017 эВ. Эффективной для изучения космических лучей сверхвысоких энергий является методика регистрации широких атмосферных ливней/ШАЛ (С.Н. Вернов, Д.В. Скобельцын, Г.Б. Христиансен). При активном участии НИИЯФ построена крупномасштабная установка мирового класса «Тунка-133» (2009, Тункинская долина, Республика Бурятия), регистрирующая черенковское излучение ШАЛ во время ясных и безлунных ночей. Она предназначена для детального исследования спектра первичных космических лучей в интервале энергий 1015–1018 эВ. Одним из крупных проектов стало участие института в работах по созданию на оз. Байкал глубоководного нейтринного телескопа (НТ-200). Идея о существовании космических нейтрино и возможности их регистрации была выдвинута М.А. Марковым (1960). Позже, А.Е. Чудаков предложил использовать ледовый покров Байкала для проведения монтажных операций при отработке методики глубоководной регистрации нейтрино. В 1980-х гг., благодаря наличию в институте хорошего вычислительного комплекса ЕС-1040 и ЕС-1066, были созданы основные программы моделирования отклика детектора на прохождение мюона в воде, использовавшиеся при проектировании НТ-200.
 
Все эти исследования имеют не только чисто научное, но и практическое значение, касающееся обеспечения безопасности пребывания человека в космическом пространстве и проблемы стойкости различных материалов в условиях космоса. В лаборатории космического материаловедения (1965, А.И. Акишин, Л.С. Новиков, И.Б. Теплов) по заданиям выдающихся конструкторов ракетно-космической отрасли изучались воздействия космической среды на материалы и элементы оборудования летательных аппаратов (1979, Государственная премия СССР). Был заключён ряд договоров с промышленными предприятиями Москвы (в частности, Автомобильным заводом имени Лихачёва/ЗИЛ) с целью разработки современного технологического оборудования и внедрения в производство новейших методов обработки материалов (1981, Государственная премия СССР, Е.Л. Кондратьев).
 
Достижениями XXI века стал запуск первого спутника в системе высшей школы «Университетский–Татьяна» (январь 2005 г.), «Университетский–Татьяна-2» (сентябрь 2009 г.), космической лаборатории «Ломоносов» (апрель 2016 г.), для которых в НИИЯФ были созданы различные типы измерительной аппаратуры. Спутники собирают данные о влиянии солнечной активности в различные периоды её циклов на геофизические процессы на Земле, регистрируют мощные вспышки ультрафиолетового излучения в верхней атмосфере – «транзиентные световые явления», следят за космическим мусором.
Совместно с моделями космической среды, разработанными в НИИЯФ, базы данных космических экспериментов образуют единую систему космического мониторинга для хранения, обработки, научного анализа и отображения космофизических данных. НИИЯФ сыграл большую роль в разработке ряда стандартов физических явлений в космосе и продолжает активно участвовать в процессе создания международных стандартов.
 
 
20-й корпус НИИЯФ. Установка ШАЛ
28 апреля 2016 г. М.И. Панасюк (второй справа) и сотрудники НИИЯФ на космодроме «Восточный»
В 1990-е гг. в научных направлениях института открылась новая страница – информационные технологии и телекоммуникации. На базе НИИЯФ была создана одна из первых и в то время самая крупная в России и в СНГ научно-образовательная Интернет-сеть RUHEP/Radio-MSU (1993), которая обеспечивала значительную часть международного трафика научно-исследовательских институтов России и стран СНГ. На основе этого опыта НИИЯФ был включён в число основных разработчиков сети Virtual Silk Highway объединившей научно-образовательные сети 10 стран Кавказа, Средней Азии и Афганистана (2000–2010). Он осуществил запуск всех периферийных узлов сети и управлял её функционированием. В настоящее время НИИЯФ является одним из первопроходцев в России в области построения инфраструктуры распределённых вычислений ГРИД. Создана новая информационная система по физике космоса в виде базы данных ссылок на новые информационные ресурсы, распределённых по мировой сети данных, новую базу данных магнитных бурь.
 
В институте развиваются работы по квантовой электронике и микроэлектронике. Высокочувствительные квантовые усилители используются в системах дальней космической связи и радиоастрономии. Разработано новое семейство лазеров оптического диапазона (1959, Ленинская премия, А.М. Прохоров), созданы лазеры, работающие на СО2, отличающиеся высокой энергией излучения и большим КПД (1978, Государственная премия СССР, И.Г. Персианцев, В.Д. Письменный, А.Т. Рахимов). Перспективным направлением является разработка плазменных методов получения наноуглеродных плёнок, обладающих специфическими электрофизическими свойствами.
 
За годы существования НИИЯФ обучение в нём прошли более 6000 студентов, многие из которых успешно работают как в МГУ, так и в других ведущих российских вузах и институтах.
 
Литература: Панасюк М.И., Страхова С.И., Зеленская Н.С. 70 ступеней к великим тайнам мироздания // Советский физик. 2016. №2 (май). С. 3–23; Троицкая Ю.Д. Исторический очерк к 70-летию НИИЯФ МГУ.
***