СМИ о нас

За высокими современными корпусами МФТИ в Долгопрудном будто затерялись во времени и пространстве маленькие архаичные домики, построенные много десятилетий назад. Здесь расположилась лаборатория физики Солнца и космических лучей Физического института им. П. Н. Лебедева. Несмотря на неказистый внешний вид, в этих стенах проводятся научные исследования, помогающие понять, как живет и работает наше светило. Что такое солнечный ветер и откуда берутся солнечные пятна? Может ли от потока заряженных частиц ломаться земная техника? Как это сказывается на нашем самочувствии? А политическая ситуация может меняться в зависимости от активности Солнца? Рассказывает заведующий лабораторией, доктор физико-математических наук Владимир Махмутов.

Владимир Махмутов, заведующий лабораторией, доктор физико-математических наук Фото: Андрей Афанасьев, Коммерсантъ

— Владимир Салимгереевич, знаю, вашей лаборатории уже более 75 лет. Как все начиналось?

— Наша лаборатория физики Солнца и космических лучей им. академика Сергея Николаевича Вернова берет начало в 1946 году, когда за подписью И. В. Сталина вышло закрытое Постановление СНК СССР от 4 марта 1946 года о мерах по развитию исследований космических лучей. В постановлении, в частности, было предписано «создать в г. Долгопрудном Московской области научную станцию Физического института им. П. Н. Лебедева Академии наук СССР». Тогда была поставлена задача получить новые экспериментальные данные по сечению взаимодействия частиц высоких энергий, то есть ответить на вопрос, какова вероятность и результаты взаимодействия частиц высоких энергий. Эти данные были необходимы для решения некоторых вопросов в рамках атомного проекта. В то время не было ускорителей частиц до таких высоких энергий, которые сейчас доступны и используются учеными.

— То есть задача, которая была поставлена тогда, для вашей лаборатории уже не актуальна?

— Нет, но тогда лаборатория выполнила свою задачу. В то время эти данные можно было получить только в атмосфере, потому что там всегда присутствует поток заряженных частиц, так называемые галактические космические лучи. Энергия этих частиц — от десятков МэВ до 1021 эВ. Состав частиц представлен в основном протонами (~90%), потом по убыванию идут ядра гелия, а набор остальных частиц, составляющих несколько процентов, включает в себя электроны, ядра многих химических элементов (в том числе ядра тяжелых элементов).

Для того чтобы получить количественные характеристики этого взаимодействия, в лаборатории создавалась специальная аппаратура с мишенями, которая поднималась в атмосферу.

Дело в том, что поток вторичных космических лучей возрастает в атмосфере, его максимум находится на высотах примерно 15–20 км в зависимости от региона, в котором мы проводим измерения.

Поэтому первые циклы работ — это измерения на аэростатах, на шарах-зондах, на связке шаров, которые позволили проводить экспонирование образцов различных материалов под действием этого природного космического излучения. Так были получены первые экспериментальные данные о ядерном взаимодействии частиц, ценность которых невозможно переоценить.

— А какие были фундаментальные результаты этой работы?

— Одним из многих важных результатов, который был получен нашей лабораторией, я бы в первую очередь назвал тот, который крайне актуален сегодня,— это открытие 22-летнего магнитного цикла вариации космических лучей. Этот цикл связан с природой магнитных полей на Солнце — каждые 11 лет происходит инверсия полярных магнитных полей на нашем светиле, и это оказывает влияние на распространение космических лучей в гелиосфере. Благодаря взаимосвязи между солнечными и межпланетными магнитными полями и их взаимодействию с заряженными частицами возникает 22-летний цикл солнечной активности. Кроме этого, известный 11-летний цикл солнечной активности связан с 11-летней цикличностью самой солнечной активности.

— А это неслучайно, что числа именно такие?

— Эти числа не являются точными — они варьируют в довольно широких пределах, обусловлены природой Солнца как звезды и связаны со сложными процессами солнечного динамо. Есть работы, в которых пытаются связать воедино проявления солнечной активности, но окончательного ответа на этот вопрос нет.

Тем не менее закономерности 11-летнего цикла, продолжительность которого может быть от 9 до 12 лет, довольно хорошо изучены. Начинается все со спокойного Солнца без пятен, и, если смотреть на него через затемненные стекла, вы не увидите там никаких особенностей. Но когда возрастает солнечная активность, на Солнце появляются центры активности — единичные пятна, группы солнечных пятен. Активные области возникают, развиваются и исчезают, число их варьирует во времени. Эти области можно увидеть как участки затемнения на солнечной поверхности.

Максимум солнечной активности — когда пятен становится много, все Солнце «запятнено», и в это время солнечная активность максимальная. В это же время наблюдается максимальное число солнечных вспышек.

— Мы часто слышим пугающие сообщения о том, что солнечная активность растет и это влияет на наше самочувствие. Это правда?

— Нельзя однозначно говорить, что это лженаука. В этой области еще предстоит многое понять в плане изучения биофизических воздействий. Поэтому точного ответа на ваш вопрос нет, могу лишь сказать, что сейчас мы находимся на фазе подъема нового, 25-го 11-летнего солнечного цикла.

— Пятен пока нет?

— Их уже довольно много, нарастает вспышечная активность разной мощности. Наиболее опасны с точки зрения потоков заряженных частиц, которые потом попадают в атмосферу Земли и вызывают дополнительную ионизацию, мощные солнечные вспышки и высыпания частиц из радиационных поясов Земли.

— Чем же они опасны?

— Они опасны с той точки зрения, что если есть живые объекты на той или иной орбите, то эти дополнительные потоки частиц приводят к увеличению радиационной нагрузки. На поверхности Земли это влияние опосредованно, потому что потоки солнечных протонов теряют свою энергию в атмосфере и к Земле практически не доходят, их энергии малы.

Но потеря энергии означает, что эта энергия выделена в нашей атмосфере в виде увеличения ионизации. А ионизация — это один из основных процессов, которые влияют на атмосферные процессы, на зарождение кластеров молекул. Число и мощность активных областей и солнечных вспышек, как мы поняли, изменяется в течение 11 лет.

Существует специальная градация вспышек: слабые, средние и мощные солнечные вспышки, когда потоки электромагнитного излучения становятся крайне значительными.

Солнечные вспышки поставляют нам энергию электромагнитного излучения вплоть до рентгена и гамма-излучения, которые опасны наряду с потоками заряженных частиц, которые к нам приходят от солнечных вспышек и заполняют межпланетное пространство. Кроме того, солнечная активность влияет на состояние земной магнитосферы и приводит к высыпаниям электронов из радиационного пояса в атмосферу. По сути дела, эти потоки заряженных частиц влияют на аппаратуру, которая находится на орбите Земли, и приводят, например, к деградации панелей солнечных батарей, к сбоям в научной аппаратуре.

— Что происходит, когда наступает максимум солнечной активности?

— Примерно через три-четыре года наступит максимум цикла солнечной активности. В это время возрастет число активных областей, солнечных вспышек, выбросов корональной плазмы на Солнце. Это приводит, в частности, к появлению повышенных потоков солнечной плазмы, межпланетных ударных волн, приводящих к усилению модуляционных эффектов в космических лучах. Повышенные магнитные поля, ударные волны приводят к тому, что из околоземного пространства выметаются потоки космических лучей сравнительно малых энергий — тех, на которые магнитные поля могут воздействовать. Часто наблюдаются кратковременные, длиной в несколько суток понижения потоков галактических космических лучей (так называемый Форбуш-эффект).

А затем по мере снижения активности Солнце успокаивается, модуляционные эффекты в межпланетном пространстве и гелиосфере ослабевают и потоки галактических космических лучей начинают нарастать в околоземном пространстве.

— Вы очень много узнали о физике Солнца за последние годы. А есть ли что-то, что для вас остается загадкой?

— До сих пор не ясна модель солнечной вспышки. Несмотря на разнообразие теоретических подходов, экспериментальных данных, аппаратуры, которая исследует солнечные вспышки в разных геомагнитных диапазонах, пока нет согласованной теории, которая могла бы все объяснить. А поскольку нет модели, трудно с хорошей точностью прогнозировать наступление этих вспышек. Поэтому задача исследования солнечных вспышек не потеряла свою актуальность — во всем мире исследования проводятся, и мы стараемся не отставать. Теория солнечного динамо тоже остается незавершенной.

— Эти вспышки характерны для каждой звезды или Солнце какое-то исключительное?

— Те закономерности, которые обнаруживаются на Солнце, по моему мнению, справедливы для многих астрофизических объектов. Другое дело, что у них будут разные количественные характеристики, потому что это разные масштабы: размеры звезды, величины магнитных полей, которые существуют на поверхности в этих активных центрах, атмосфера звезд.

Нам достаточно много известно о структуре и составе атмосферы Солнца, или солнечной короны. А по поводу короны звезд данные пока что очень скудные. Но на самом деле фундаментальные механизмы ускорения заряженных частиц на Солнце в результате возникновения электрических полей, думаю, применимы и для других астрофизических объектов, где тоже наблюдаются звездные вспышки.

— Что сейчас представляет собой научная работа вашей лаборатории?

— Во-первых, продолжаются наши теоретические исследования. Сотрудники участвуют в развитии МГД-модели солнечной вспышки. Речь идет о том, чтобы правильно описать магнитную обстановку в активных областях, а потом показать, как из этой сложной магнитной структуры на Солнце, когда магнитные поля нескольких групп пятен переплетаются между собой на разных высотах, появляются электрические поля в результате их пересоединения. Они могут ускорять заряженные частицы — протоны, электроны и другие частицы вплоть до ядер железа, которые тоже могут ускоряться.

Кроме того, наша лаборатория сейчас участвует в разработке научной аппаратуры в рамках проекта «Солнце-Терагерц», предназначенной для измерения терагерцового излучения Солнца. Если работы будут успешны, то я надеюсь, что в 2024 году нам удастся начать этот эксперимент на борту МКС. Может быть, тогда мы сможем обсудить полученные результаты.

Еще один важный проект: последние годы показали, что имеют практическую и теоретическую важность исследования процессов высыпания магнитосферных электронов из атмосферы Земли во время геомагнитных бурь.

Я уже говорил, что один из показателей активности Солнца — это солнечные магнитные поля, солнечная активная область, размеры которой могут быть крайне протяженными и способными приводить к появлению больших солнечных вспышек. Но, кроме этого, на фазе спада солнечной активности появляются солнечные корональные дыры. Они служат источниками высокоскоростных потоков солнечного ветра. Если обычный солнечный ветер в цикле минимума солнечной активности имеет скорость 300–400 км/с и это средние «спокойные» скорости, то из солнечных дыр солнечный ветер достигает скоростей 1000 км/с и выше, что раза в три выше фонового значения. Эти солнечные корональные дыры служат поставщиком высокоскоростных потоков солнечного ветра, которые несут с собой и магнитные структуры, воздействующие на геомагнитное поле.

— В чем их опасность?

— В том, что, доходя с такой скоростью до магнитосферы Земли, они возмущают ее, происходит ее «поджатие» с подсолнечной стороны. Удар высокоскоростного потока солнечного ветра возмущает геомагнитное поле, приводит к изменению состояния магнитосферы и нарушению условий стабильного захвата заряженных частиц в радиационном поясе Земли.

Известно, что геомагнитное поле Земли имеет две стабильные структуры — внутренний радиационный пояс, который в основном состоит из протонов с энергиями десятки МэВ, и внешний радиационный пояс, который в основном представлен потоками электронов. Энергии этих захваченных электронов в основном составляют десятки-сотни кэВ, но эти потоки всегда существуют в поясах Земли и не достигают атмосферы и поверхности Земли.

А вот взаимодействие высокоскоростного потока солнечного ветра и геомагнитного поля приводит к возникновению геомагнитной бури, ускорению частиц и изменению условий стабильного захвата, в результате чего происходит высыпание потоков заряженных частиц в атмосферу.

— И ломается техника?

— Происходит процесс высыпания энергичных электронов из магнитосферы Земли. Эти потоки воздействуют на космические аппараты в околоземном пространстве. Главным становится эффект деградации панелей солнечных батарей — сокращается срок их службы. Если энергии электронов достаточно и она попадает на малозащищенную аппаратуру, это тоже приводит к выводу из строя.

— Это на орбите. А что происходит на поверхности Земли?

— А для поверхности Земли уже известно, что на высоких широтах, где геомагнитное поле ослабленное и наблюдается наибольшее возмущение от солнечных корональных дыр, происходит нарушение разных систем коммуникаций, газопроводов, нефтепроводов, что приводит к блокаутам, о которых уже были написаны статьи. Эффект этих геомагнитных возмущений известен.

Возникают вопросы: измерение потоков высыпающихся электронов проводится на спутниках, которые быстро пересекают пространственные области высыпаний. И определение, например, первичных энергетических спектров высыпающихся электронов становится затруднительным. В этом случае наш эксперимент — измерения на баллонах — позволяет установить временные, пространственные и энергетические характеристики потоков электронов, которые высыпаются в атмосферу Земли.

В нашей базе данных до сегодняшнего времени накоплено более 500 событий, мы их анализируем, есть публикации на эту тему.

Недавно вышла наша статья в авторитетном научном журнале Atmospheric Chemistry and Physics, где мы показали, что высыпания иногда наблюдаются на средних широтах, например на высоте Москвы. Там же рассмотрен возможный эффект, вызываемый в атмосфере этими электронами.

— А на наше здоровье и самочувствие эти геомагнитные бури влияют?

— Опять же исследований на эту тему недостаточно, но я думаю, что существует категория людей метеозависимых, которые сильно откликаются на изменение атмосферного давления, на геомагнитные возмущения. Окончательного ответа на вопрос, каков механизм влияния магнитного поля, нет, научная модель таких явлений отсутствует. Эти вопросы необходимо исследовать, потому что человек все увереннее проникает на околоземные орбиты, становится нормой работать в этих условиях, идет активное продвижение в космос. Поэтому вопросы, связанные с радиационными эффектами заряженных частиц, как космических лучей, так и потоков высыпающихся электронов, крайне актуальны для обеспечения жизнедеятельности людей в длительных перелетах.

Надо для человека создать максимально комфортные условия с точки зрения возможных дополнительных радиационных нагрузок. С точки зрения материаловедения надо создавать зоны на космическом корабле или станции, куда человек мог бы спрятаться, зная о приближении солнечной вспышки. А медикам, поняв природу такого воздействия, надо научиться помогать человеку выживать в условиях повышенных уровней радиации и вариабельности межпланетных и геомагнитных полей. Эта задача по-прежнему актуальна.

— В чем оригинальность ваших исследований?

— Прежде всего в получении единственных в мире длительных рядов данных о радиации в атмосфере, которые позволяют проводить исследования в разных направлениях. В нашей лаборатории в последние годы очень интенсивно развивается направление, которое связано с исследованиями событий с высыпающимися электронами, мы исследуем физические причины их возникновения. В этом плане наши данные, полученные на шарах-зондах в атмосфере, уникальны: в мире не существует такого эксперимента, который с той же самой аппаратурой проводил бы измерение потоков высыпающих электронов в течение десятков лет.

В базе однородных данных, как я сказал, порядка 500 событий за тот период, и все эти данные получены однотипной аппаратурой. А однородность данных обеспечивает возможность исследований и сравнение результатов, которые мы получили в предыдущих событиях. Например, характеристики высыпаний электронов, которые были наблюдены в 1963 году, можно сравнить с характеристиками высыпания в 2021 году. Это обеспечивает возможность сравнительного анализа и построения более полной картины физического механизма высыпаний электронов.

Кроме того, наша лаборатория участвует в проекте CLOUD в ЦЕРНе (Европейском центре ядерных исследований). Мы были в числе «зачинщиков», организаторов этого эксперимента.

Для этого проекта мы разработали и изготовили научную аппаратуру, состоящую из сцинтилляционного годоскопа и детектора космических лучей, предназначенную для измерения пространственно-временных характеристик потока заряженных частиц от ускорителя в ЦЕРНе и потоков космических лучей в месте проведения эксперимента.

— Какова цель этого проекта?

— Суть проекта заключается в том, чтобы понять, каким образом заряженные частицы влияют на процессы в атмосфере. Известно, что та же самая облачность образуется на очагах зарождения, или центрах конденсации, необходимых для образования облачности и выпадения осадков.

Рассматриваются два направления развития этих центров конденсации. Первое — это центры, которые образуются за счет аэрозолей, фракций, забрасываемых в атмосферу с поверхности Земли, например в результате выгорания лесов. Второе направление мало изучено, оно исследует процесс зарождения этих капель на основе другого механизма, так называемой ионно-индуцированной нуклеации — создания кластеров частиц из отдельных молекул.

Здесь наш эксперимент направлен на то, чтобы получить количественные и качественные характеристики этого процесса нуклеации молекул в атмосфере Земли, и этот механизм изучается у нас в камере CLOUD, в которой мы создаем условия, адекватные атмосферным: нужная влажность, нужный состав воздуха, близкий к атмосферному, нужный состав ионизации. С помощью сложнейшей аппаратуры, которая сейчас установлена участниками этого проекта в ЦЕРНе, мы можем количественно ответить на вопрос, каким образом происходит кластеризация молекул на основе ионно-индуцированного механизма зарождения центров конденсации.

В нашем эксперименте задействовано сейчас более десятка международных групп, в основном это европейцы, но наши данные здесь незаменимы.

Из них мы можем знать величины потоков космических лучей и величину ионизации, которую они производят на разных высотах в атмосфере. В рамках нашей коллаборации опубликованы работы во многих журналах, включая Nature и Science.

— Какую роль сыграли солнечные параметры — светимость, размеры и прочие характеристики — в зарождении жизни на нашей планете? И почему ее нет на соседних?

— Мне это тоже интересно. Но я не специалист в науках, которые изучают появление жизни. Могу лишь сказать, что условия на нашей планете Земля создались и продолжают быть таковыми, потому что Солнце вышло на квазистабильный уровень активности, поэтому наша биологическая система по-прежнему продолжает существовать. Я думаю, что она еще будет существовать сотни миллионов лет. Есть теории, которые говорят, что по мере выгорания водорода в солнечном ядре Солнце превратится в красный гигант. И тогда его раскаленная атмосфера достигнет орбиты Земли и других планет…

— Это случится внезапно или будет происходить постепенно?

— Постепенно, на шкале времен — в течение сотен миллионов лет. К тому времени, надеюсь, человечество освоит многие удаленные объекты Вселенной и приспособится к новым условиям жизни на других объектах…

— Под землей, например?

— Это не спасет: огромная температура приведет к тому, что Земля просто исчезнет.

— А что спасет? Переселение на другие планеты?

— Верно. В другие звездные системы, которые похожи на солнечную и где можно найти такие же условия для существования человека. Но речь, повторюсь, идет о сотнях миллионов лет.

— Есть время подумать. Как вы относитесь к различным «солнечным» теориям, например гелиобиологии Александра Чижевского?

— Советский биофизик, основоположник гелиобиологии А. Л. Чижевский, я считаю, внес огромный вклад в науки о влиянии Солнца. Его монография «Земное эхо солнечных бурь» известна многим ученым. Там много ценного и интересного для изучения возможного влияния солнечной активности на биофизические, медицинские и социальные явления на Земле.

— А теория Льва Гумилева о том, что в определенные периоды солнечной активности рождаются пассионарии, меняющие наш мир?

— Есть и такая точка зрения. Им был опубликован своеобразный список пассионарных толчков в книге «Этногенез и биосфера Земли». Проведенный анализ совокупности экспериментальных данных позволил ему выдвинуть гипотезу о том, что пассионарным толчкам предшествуют аномалии в уровне солнечной активности.

Но важно понять и установить механизм появления таких зависимостей. Например, как это влияет на психику отдельного человека и большого сообщества, на его поведение? Почему люди становятся более непримиримыми с ростом солнечной активности? По-прежнему многие вопросы остаются без обоснованного ответа…

— Что бы вам самому хотелось успеть понять про Солнце?

— Хотелось бы в первую очередь получить первые данные о терагерцовом излучении Солнца. Это тот диапазон волн, который мы намерены исследовать в нашем терагерцовом эксперименте. Аппаратура непростая, потому что детекторы терагерцового излучения до сих пор находятся в начальном развитии. Поэтому наши первые данные будут интересными — они помогут ответить, например, на вопрос, на каких высотах разыгрывается процесс ускорения на Солнце.

Современные теории говорят, что в основном это корона Солнца, достаточно далеко от поверхности. Но существуют косвенные данные, которые свидетельствуют о том, что этот процесс может располагаться в нижней хромосфере Солнца, в условиях других плотностей солнечной плазмы и величины магнитных полей.

Я думаю, что данные по терагерцовому излучению помогут построить более адекватную картину относительно механизма ускорения заряженных частиц.

И, кроме этого, нам важно понять механизм самого терагерцового излучения, как оно возникает. Существует несколько теоретических подходов, из которых можно, например, выделить два основных направления — это тепловой механизм терагерцового излучения и нетепловой, например гиросинхротронный. Интерес к этому диапазону крайне велик в последние годы, потому что именно там была обнаружена так называемая терагерцовая аномалия: возрастание потоков вспышечного радиоизлучения в субмиллиметровом диапазоне электромагнитных волн во время вспышки.

— Что это такое?

— Например, из хорошо известного гиросинхротронного спектра, который предполагает уменьшение вспышечного потоков в области терагерцового излучения, ожидалось, что потоки будут уменьшатся, но измерения в субмиллиметровой области показали, что это не всегда так. В этой связи необходимо отметить уникальные многолетние измерения солнечного излучения на частотах 210 ГГц и 405 ГГц, проводимые за рубежом на солнечно-субмиллиметровом телескопе. Потоки излучения вместо ожидаемого уменьшения начинают возрастать и достигают крайне заметных величин. И сейчас надо понять, действительно ли это так. Наш эксперимент поможет пролить свет на эту интересную особенность солнечного излучения.

— Все знают легенду об Икаре, который полетел к Солнцу, обжегся и погиб. Как вы думаете, возможно ли будет создать когда-нибудь аппараты, которые смогут достичь поверхности Солнца, сесть на нее, исследовать наше светило?

— Работы в этом направлении всегда проводились. Известна система «Гелиос», ее спутники Helios-1 и 2 могли подлетать достаточно близко к атмосфере Солнца на расстояние меньше 61 солнечного радиуса (менее 0.4 а.е.). В последние годы солнечный зонд «Паркер» позволяет гораздо ближе продвинуться к фотосфере Солнца на расстояние меньше 10 радиусов Солнца (менее ~7 млн км, 0.04 а.е.). Получены очень интересные данные о солнечной атмосфере и заряженных частицах. Таким образом, процесс приближения космических аппаратов к фотосфере Солнца успешно продолжается. Надеюсь, судьбу Икара, который был любопытен, но мало что знал, мы не повторим.

Беседовала Наталия Лескова

https://www.kommersant.ru/doc/5694841

Астрофизики проанализировали общедоступные данные нейтринной обсерватории IceCube, расположенной в Антарктиде. Оказалось, что значительная часть потока высокоэнергетических нейтрино, регистрируемых телескопом, имеет галактическое происхождение, то есть рождена в Млечном Пути. Об открытии рассказала пресс-служба МФТИ.

Источник: Newstes.ru — материалы могут быть скопированы ресурсом на других платформах без ведома их авторов

Вот о чем я тут подумала.. Как приятно эволюционировали в последнее время пресс-службы российских институтов! Было время -- в начале 2000-х, когда не то что служб, отдельно взятых пресс-секретарей у многих не было. "Мы не заинтересованы ни в каких материалах!" -- снобически заявляли нам сотрудники НИИ. -- Наша деятельность для вашей публики будет неинтересна". "Да нет же, нет, -- уговаривали их мы, журналисты.-- Ваша деятельность очень важна и интересна. Народ, в конце концов вправе знать, на какие разработки идут их налоги!". Если после долгих уговоров, убеждений, удавалось получить информацию, это было счастье, ощущение настоящей победы! Не верилось, что пройдет каких-нибудь 15-20 лет, и все в этом плане изменится к лучшему. Ученые все-таки снизошли)! Есть пресс-службы, есть интерес к публикациям, пресс-секретари пишут отличные пресс-релизы, частично даже "переводя" суть разработок с научного на русский. Хотелось бы перечислить лучших из них в этом плане: Физический институт им. Лебедева РАН (ФИАН), Институт медико-биологических проблем РАН (ИМБП РАН), Институт ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН), Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН) и др. Из вузов, на мой взгляд, наиболее активно работают со СМИ -- МФТИ, МИСИС, Пермский Политех, ЛЭТИ, МАИ, начинают подтягиваться МИФИ, МГУ.. Кого забыла, извините. В общем, тенденция наметилась очень обнадеживающая. Работаем дальше!

https://t.me/frnved/794

В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН состоялось заседание Учёного совета ФИАН и ИОФ РАН совместно с научной сессией Отделения физических наук РАН и Отделения нанотехнологий РАН, посвященное 100-летию со дня рождения нобелевского лауреата, академика Николая Геннадиевича Басова. Основные темы, которые обсуждали известные ученые-физики, члены РАН, сотрудники ФИАН: роль Басова в работах по созданию и развитию лазерных технологий, от первых мазеров к оптическим стандартам чистоты, мощные инжекционные лазеры ближнего ИК спектра, лазерная обработка материалов и многое другое.

Заседание прошло 28 ноября 2022 г. в конференц-зале, который был отреставрирован менее, чем за 6 месяцев службами ФИАН к 100-летию со дня рождения академика Н.Г. Басова. В программу мероприятия вошли 10 докладов, посвященных созданию и развитию лазерных технологий. Научную сессию открыли директор ФИАН Н.Н. Колачевский, академик-секретарь Отделения физических наук РАН В.В. Кведер, член секции НТ Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН А.П. Шкуринов, директор ИОФ РАН С.В. Гарнов.

Доклады на совместном заседании представили специалисты в области лазерной оптики и квантовой радиофизики: главный научный сотрудник ФИАН И.Г. Зубарев, директор ФИАН Н.Н. Колачевский, заведующий лабораторией ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН Н.А. Пихтин, заведующий Отделом светоиндуцированных поверхностных ЦЕНИ ИОФ РАН В.И. Конов, главный научный сотрудник ФИАН С.Ю. Гуськов, научный руководитель ООО «НПП Инжект», главный конструктор ООО «Лассард» Г.Т. Микаелян, ведущий научный сотрудник ФИЦ «Институт прикладной физики РАН» М.В. Стародубцев, генеральный директор НТО «ИРЭ Полюс» Н.Н. Евтихиев, заведующий Лабораторией поверхностных явлений ИОФ РАН К.Н. Ельцов, ведущий научный сотрудник Лаборатории газовых лазеров ФИАН В.Д. Зворыкин.

Говоря о Н.Г. Басове, И.Г. Зубарев отметил, что это был человек исключительно многогранный, устремленный в будущее, что проявлялось в его идеях, которые он выдвигал, в его работах: «Это часто выглядело фантастикой, хотя жизнь потом подтверждала реальность его идей – это фантастическое научное предвидение». 

В 2022 г. появятся несколько печатных изданий к юбилею нобелевского лауреата. В.М. Березанская представила книгу-альбом «Николай Геннадьевич Басов. К 100-летию со дня рождения». А главный научный сотрудник Отделения квантовой радиофизики им. Н.Г. Басова И.Н. Компанец подготовил книгу «Н.Г. Басов и исследования по квантовой радиофизике в Физическом институте им. П.Н. Лебедева (ФИАН)». Кроме того, на заседании был анонсирован фильм «Прометей лазерной эры» Леонида Иоффе.

Благодаря Николаю Геннадиевичу в 1954 г. был создан первый квантовый генератор на пучке молекул аммиака. В 1964 г. Н.Г. Басов совместно со своим соавтором А.М. Прохоровым и американским ученым Ч. Таунсом получил Нобелевскую премию по физике за «фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию генераторов и усилителей на лазерно-мазерном принципе».

Источник: Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

https://new.ras.ru/activities/news/v-fian-proshli-basovskie-chteniya/

Астрофизики проанализировали общедоступные данные нейтринной обсерватории IceCube, расположенной в Антарктиде. Оказалось, что значительная часть потока высокоэнергетических нейтрино, регистрируемых телескопом, имеет галактическое происхождение, то есть рождена в Млечном Пути. Об открытии рассказала пресс-служба МФТИ.

Физиков из Института ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН), Физического института РАН (ФИАН), Московского физико-технического института (МФТИ) и Института радиоастрономии Общества Макса Планка (MPIfR, Германия) привлекло нейтринное излучение Млечного Пути. Нейтрино — это уникальная элементарная частица, которая без препятствий проходит через материю, практически не взаимодействуя с ней. Сравнительно недавно начали работать нейтринные телескопы, которым удалось найти нейтрино высоких энергий, приходящие из космоса. Американский IceCube, российский Байкальский нейтринный телескоп (известный также как проект Baikal-GVD), европейский KM3NeT — вот три нейтринных телескопа, данные которых анализируют физики всего мира. Но они до сих пор не видели излучения нашей родной Галактики. Хотя теоретики были уверены, что звезды с огромными магнитными полями, как и прилетающие космические лучи, в состоянии родить нейтрино.

Член-корреспондент РАН Сергей Троицкий из ИЯИ рассказывает: «Не так давно установка "Ковер-2" (расположенная в Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН) обнаружила вспышку галактического источника одновременно с приходом нейтрино высокой энергии, зарегистрированным IceCube. Это было первым свидетельством того, что нейтрино в галактических источниках действительно рождаются. Но одно нейтрино — не доказательство. Может быть просто совпадением».

Цветом показано небо в гамма-лучах, ярко прослеживается плоскость Галактики. Направления прихода нейтрино показаны белыми кружками. Центр Галактики (‘GC’) отмечен звездочкой. Российский нейтринный телескоп Байкал-GVD чувствителен к этой области неба и сможет поймать оттуда нейтрино

В новой статье группа ученых пишет, что им удалось обнаружить галактическое излучение нейтрино. Кандидат наук Александр Плавин из ФИАН описывает методику анализа: «Мы задались вопросом, приходит ли на Землю больше нейтрино от плоскости Галактики, чем с других направлений? Аккуратно собрали все случаи регистрации высокоэнергетических нейтрино за десять лет наблюдений и увидели в них Млечный Путь. Уровень достоверности — 99,996 %, достаточно редко встречающийся в нейтринной астрофизике, где много неопределенностей и пока всё еще мало качественных данных».

Это фундаментальное открытие, с одной стороны, было давно ожидаемым, а с другой — принесло новые вопросы. Нейтрино хотя и концентрируются в галактической плоскости, но не в узкой полосе: ширина нейтринного Млечного Пути оказалась как две длины ковша Большой Медведицы. Возможно, это указывает на то, что значительная часть нейтрино рождается не просто в нашей Галактике, а в ближайшей ее области. С этим еще предстоит разбираться.

Член-корреспондент РАН Юрий Ковалёв (ФИАН И МФТИ) заключает: «Новые, более современные нейтринные эксперименты в Северном полушарии — Baikal-GVD и KM3NeT — в скором времени дадут возможность провести аналогичный анализ с их данными и более подробно изучить область галактического центра. Нейтринные телескопы регистрируют элементарные частицы "из-под своих ног", там и находится центр Галактики для нас, северян. А пока, ориентируясь на данные IceCube и Baikal-GVD, мы с уверенностью можем говорить, что нейтринное небо не такое простое — большой вклад в поток астрофизических нейтрино вносят источники совершенно разных классов, как галактические, так и внегалактические».

https://polit.ru/news/2022/12/01/ps_neutrino/

Одноимпульсный, или ультрафлеш-режим, — это вариант радиотерапии, при котором сверхмощный поток протонов разрушает опухоль за миллионные доли секунды, практически не повреждая окружающие ткани. Эту медицинскую технологию российские физики разработали в Институте ядерных исследований РАН в Троицке, где еще с советских времен действует самый мощный в Евразии линейный ускоритель протонов, пишет РИА Новости.

Традиционные методы лучевой терапии, в которых используют пучки фотонов, обладают одним существенным недостатком: они повреждают не только раковые клетки, но и здоровые ткани. Чтобы снизить побочные эффекты, приходится ограничивать мощность излучения, увеличивать количество сеансов и длительность курса. И чем глубже опухоль, тем труднее ее разрушить.

— Наиболее перспективным считается метод протонной терапии. Он позволяет точно нацеливаться на опухоль и уничтожать ее при любой глубине локализации, нанося минимальный урон окружающим тканям. Особенность протонного излучения в том, что основная энергия потока высвобождается на последних миллиметрах пробега частиц — в так называемой точке Брэгга, — считают ученые.

Врач-радиолог проводит расчет и настраивает прибор так, чтобы воздействие пучка приходилось исключительно на опухоль, повторяя ее очертания с точностью до миллиметра. Таким образом, разрушаются только раковые клетки, а окружающие здоровые ткани практически не подвергаются воздействию. Эта методика эффективна при лечении самых сложных злокачественных новообразований — предстательной железы, мозга, глаза, а также рака у детей.

Кривые распространения в среде разных видов излучения и пик Брэгга

В Советском Союзе терапевтический протонный пучок с энергией до 200 мегаэлектронвольт впервые получили в 1967-м на синхроциклотроне Объединенного института ядерных исследований в Дубне. С 1969-го для лечения онкологических больных использовали протонный синхротрон Института теоретической и экспериментальной физики в Москве, а с начала 1970-х — Ленинградского института ядерной физики в Гатчине.

Долгие годы главным препятствием для широкомасштабного использования протонов при лечении рака были размер и стоимость необходимого циклотронного оборудования. Лишь 25 лет назад первые центры протонной терапии появились в США, Германии и Японии. Сейчас в мире их уже около сотни. И хотя лечение в них остается очень дорогим, результаты говорят сами за себя: рак простаты этим методом вылечивают у 97 процентов пациентов, опухоли головного мозга — у 90 процентов.

В России не было клинических центров лучевой терапии. Действовали только экспериментальные (при научных институтах), которые принимали пациентов от случая к случаю. Первый коммерческий центр протонной терапии Медицинского института Березина Сергея (МИБС) открыли в Санкт-Петербурге в 2017 году. Затем такой центр появился в Москве. А в сентябре 2019-го первых пациентов принял Федеральный высокотехнологичный центр медицинской радиологии Федерального медико-биологического агентства в Димитровграде Ульяновской области.

— Это единственный в России и самый крупный в Европе комплекс ядерной медицины замкнутого цикла, где представлены все существующие сегодня методы диагностики и лечения. Его построили в рамках государственной программы «Создание федеральных центров медицинских радиологических технологий». В него входят центр протонной терапии, центр позитронно-эмиссионной томографии, консультативная поликлиника, радиологический корпус, корпус радионуклидной терапии и стационар на 312 коек. Госкорпорация «Ростех» планирует в ближайшие годы в рамках госпрограммы построить такие центры во Владивостоке, Москве, Новосибирске и Калужской области.

Параллельно российские ядерщики работают над усовершенствованием технологий лучевой терапии. В частности, в ИЯИ РАН в Троицке, располагающем самым мощным в Евразии линейным ускорителем протонов, уже несколько лет изучают возможности флеш-терапии — инновационного метода, при котором всю необходимую дозу облучения подводят к опухоли за один сверхкороткий сеанс в доли секунды, а не за 20-30 сеансов по несколько минут, как обычно.

Ускоритель протонов Института ядерных исследований РАН

Впервые флеш-эффект, при котором опухолевые клетки погибают, а нормальные повреждаются в два раза меньше, описали в 2014-м французские ученые. Сейчас этот метод проходит клинические испытания в США на медицинском циклотроне Varian, который дает мощность дозы 70 грей в секунду.

Используя уникальные возможности своего ускорителя, в ИЯИ РАН решили проверить, что будет, если еще больше увеличить интенсивность потока протонов, создав так называемый ультрафлеш-режим, когда весь курс облучения укладывается в один короткий импульс.

— Наш ускоритель отличается от других чрезвычайно высокой интенсивностью пучка протонов, — объясняет заведующий лабораторией медицинской физики института Сергей Акулиничев. — В одном импульсе, который длится сто микросекунд, он выдает 1013 протонов. Такой интенсивности нет ни у одного ускорителя в мире. Этого количества достаточно, чтобы провести полное лечение.

Для сравнения: при обычном режиме необходимую дозу подводят к опухоли за десять-пятнадцать секунд, а при флеш-режиме — за полсекунды. Ученые проверили на живых клетках все три режима, и оказалось, что ультрафлеш-режим значительно эффективнее двух остальных. Под эффективностью в данном случае понимают избирательность воздействия — отношение раковых к нормальным среди всех поврежденных облучением клеток.

Заведующий лабораторией медицинской физики ИЯИ РАН Сергей Акулиничев

— Сейчас ультрафлеш-режим на протонном ускорителе доступен только в одном месте в мире: в нашем институте, — рассказывает Акулиничев. — Многие существующие медицинские ускорители можно адаптировать к флеш-режиму, подняв мощность дозы до ста грей в секунду. Но на нашем ускорителе она достигает миллиона. Когда он строился, такая высокая мощность была необходима для изучения фундаментальной физики и решения некоторых прикладных задач, но для медицинских исследований мы ее долгое время искусственно занижали. А потом оказалось, что при борьбе с раком это преимущество.

Пока ученые получили подтверждение эффективности нового метода на клетках. Впереди эксперименты на животных. Только после этого можно будет приступить к клиническим исследованиям на людях. Если преимущества одноимпульсного режима докажут, производители медицинского оборудования через несколько лет смогут приступить к выпуску ускорителей с высоким импульсным током протонов, способных разрушать опухоль за доли секунды, практически не повреждая окружающие ткани.

По разным оценкам, потребность в протонной терапии в России составляет сейчас от 35 до 100 тысяч человек в год. Чтобы ее покрыть, нужно, чтобы в медицинских центрах страны работало от 40 до 60 установок. Пока все четыре введенных в строй центра работают на импортном оборудовании. В то же время в России с 2017-го производят отечественный комплекс протонной терапии «Прометеус».

Эту уникальную установку изобрел российский ученый, научный руководитель Физико-технического центра ФИАН в Протвино Владимир Балакин. У нее низкое энергопотребление, она не требует никакой специальной защиты и собрана полностью из отечественных элементов. Один экземпляр уже используют в Медицинском радиологическом научном центре имени А. Ф. Цыба в Обнинске, другой — в Физико-техническом центре в Протвино. Целую партию установок заказали зарубежные научные организации.

Потребность есть и внутри страны, но, чтобы экспериментальный комплекс «Прометеус» стал полноценным медицинским изделием, нужно решить организационные, экономические и технологические вопросы. И конечно, преодолеть недоверие к отечественным разработкам, говорят ученые.

https://gubdaily.ru/news/uchenye-nashli-sposob-izlecheniya-ot-raka-za-neskolko-sekund/