Только физика – соль
Исполнилось 85 лет ФИАНу – знаменитому Физическому институту Академии наук, флагману отечественной физической науки!
Официальной датой создания ФИАНа считается 28 апреля 1934 года, когда общее собрание Академии наук СССР приняло постановление о разделении образованного в 1921 году в Петрограде Физико-математического института на два института: Математический и Физический. Летом 1934 года оба института вместе с Академией наук переехали в Москву, заняв здание на 3-й Миусской улице, построенное ещё в 1912 году на пожертвования для лаборатории Петра Николаевича Лебедева. 18 декабря 1934 года Физическому институту было присвоено имя П.Н. Лебедева.
Хотя на самом деле история института прослеживается от кафедры физики, учреждённой в XVIII веке в рамках Академии наук в Санкт-Петербурге. Кафедра располагала хорошо оборудованным Физическим кабинетом, в котором работали М.В. Ломоносов, Георг Рихман, Георг Фридрих Паррот. В 1912 году Физический кабинет, которым в то время руководил Б.Б. Голицын, превратился в Физическую лабораторию. В 1921 году лаборатория объединилась с Математическим кабинетом Академии наук в единый Физико-математический институт. Его директором стал академик В.А. Стеклов. Институт состоял из трёх отделов: Физического, Математического и Сейсмического (в 1928 году он был выделен в самостоятельный институт). В 1932 году директором Физического отдела стал академик С.И. Вавилов.
Две научных школы
Трансформация Физического отдела Физико-математического института в Физический институт Академии наук символизировала соединение старой петербургской академической физики с более молодой московской университетской. Немалую роль в этом сыграла и дружба Б.Б. Голицына и П.Н. Лебедева, зародившаяся ещё в дни их учебы в Страсбургском университете и продолжавшаяся вплоть до смерти П.Н. Лебедева. Таким образом, новый Физический институт объединил в себе традиции голицынской и лебедевской научных школ.
Хотя специальностью С.И. Вавилова стала физическая оптика, круг его научных интересов был намного шире. В частности, он осознавал важность быстро развивающейся в то время физики атомного ядра и необходимость поддержки «новой физики», возникшей в начале XX века – теории относительности и квантовой механики. Он также ясно представлял, что для современной физики теория не менее важна, чем эксперимент, и что эти две части физической науки неразрывно связаны между собой. С.И. Вавилов поставил цель создать «полифизический» институт, в котором сочетались бы основные направления современной физики, диктуемые логикой развития науки, и при этом каждое направление возглавлялось бы первоклассным специалистом.
Вскоре здесь появились Лаборатория атомного ядра, которую возглавил Д.В. Скобельцын; Лаборатория физики колебаний под руководством Н.Д. Папалекси; Лаборатория физической оптики (Г.С. Ландсберг); Лаборатория люминесценции (С.И. Вавилов); Лаборатория спектрального анализа (С.Л. Мандельштам), Лаборатория физики диэлектриков (Б.М. Вул); Лаборатория теоретической физики (И.Е. Тамм); Лаборатория акустики (А.А. Андреев). С 1934 по 1937 год в состав Института входила также Лаборатория поверхностных явлений, которой руководил П.А. Ребиндер.
Великая Отечественная
С началом войны Физический институт переехал из Москвы в Казань и до своей реэвакуации осенью 1943 года располагался в помещении Физического практикума Казанского университета. Практически вся работа института была подчинена военной тематике. Лаборатория люминесценции разработала и внедрила в производство светящиеся составы для авиационных приборов и инфракрасные бинокли. Лаборатория атомного ядра предложила военной промышленности рентгеноскопические приборы для контроля клапанов авиационных двигателей и гамма-толщиномеры для проверки качества стволов орудий. В Лаборатории диэлектриков научились готовить высокопрочную температурно-стабильную керамику для радиоконденсаторов и передали её технологию промышленности. Фактически эти работы заложили основы отечественного производства керамических конденсаторов. Найденные методы металлизации бумаги также были использованы промышленностью для изготовления бумажных конденсаторов.
Акустики ФИАН работали по заданию Военно-морского флота на Чёрном и Балтийском морях, дистанционно обезвреживая бесконтактные акустические мины. Теоретики ФИАН разработали электродинамическую теорию слоистых магнитных антенных сердечников и теорию распространения радиоволн вдоль реальной земной поверхности, которая позволила с высокой точностью определять положение наземных и надводных объектов.
Специалисты по колебаниям создали новые типы чувствительных самолетных антенн. Оптическая лаборатория передала металлургическим, авиационным и танковым заводам экспресс-методы и переносные приборы (стилоскопы) для спектрального анализа состава сталей и сплавов. Госпитали получили новый стереоскопический прибор для анализа рентгеновских снимков.
Возвращение в Москву
По возвращении ФИАН осенью 1943 года в Москву институт вновь перешёл от военно-прикладных исследований к фундаментальным. Регулярно заработал теоретический семинар под руководством И.Е. Тамма. В 1944 году В.И. Векслером был предложен, а Е.Л. Фейнбергом теоретически обоснован так называемый «принцип автофазировки» ускоренных релятивистских заряженных частиц, сделавший возможным создание современных ускорителей высокой энергии. В тот период ускорительная тематика стала основной «точкой роста» ФИАН. Были последовательно введены в строй электронные синхротроны и протонный ускоритель, который стал моделью будущего Дубнинского синхрофазотрона и позднее был преобразован в электронный синхротрон. После этого в ФИАН начались интенсивные исследования фотоядерных и фотомезонных процессов.
Были продолжены эксперименты с космическими лучами – тогда единственным источником частиц очень высокой энергии. Интерес к подобным исследованиям усилился в связи с Советским атомным проектом. Еще в 1944 году состоялась первая Памирская экспедиция, возглавленная В.И. Векслером. К 1947 году на Памире была сооружена высокогорная научная станция ФИАН по изучению космических лучей. Эти исследования ознаменовались выдающимися результатами – открытием ядерно-каскадного процесса, вызываемого первичными космическими частицами в атмосфере Земли.
В 1946 году под Москвой была основана Долгопрудненская научная станция под руководством С.Н. Вернова для высотного мониторинга космических лучей. По инициативе С.И. Вавилова, стремившегося сосредоточить исследования космических лучей в рамках единого института, в 1951 году в ФИАН из Института физических проблем была переведена лаборатория, руководимая А.И. Алиханяном, которая занималась изучением состава и спектров космического излучения на высокогорной станции «Арагац» в Армении.
В 1946 году теоретики ФИАН В.Л. Гинзбург и И.М. Франк «на кончике пера» открыли переходное излучение заряженных частиц, пересекающих границу двух разнородных сред. Предсказанное переходное излучение было экспериментально обнаружено А.Е. Чудаковым в 1955 году. В дальнейшем это явление активно изучалось в Лаборатории элементарных частиц в ФИАНе с целью создания на его базе детектора для физики высоких энергий.
В начале 1950-х годов теоретики И.Е. Тамм, А.Д. Сахаров, В.Л. Гинзбург, В.И. Ритус, Ю.А. Романов сыграли важнейшую роль в разработке ядерного щита страны – термоядерного оружия.
В 1951 г. ФИАН переехал в новое здание на Ленинском проспекте, которое он занимает и в настоящее время.
ФИАН сегодня
Сложившаяся исторически широкая тематика исследований, которые охватывают практически все направления физики, обусловила нынешнюю структуру ФИАН, включающую шесть научных отделений.
Среди них выделяется Отделение теоретической физики, сотрудники которого работают практически во всех областях физики. Можно смело сказать, что сегодня это лучшее в России подразделение по теоретической физике.
В работах ветерана ФИАН лауреата Нобелевской премии академика В.Л. Гинзбурга предсказано существование термоэлектрических явлений в сверхпроводниках, развита феноменологическая теория сегнетоэлектрических явлений, создана феноменологическая теория сверхпроводимости и сверхтекучести жидкого гелия, создана теория кристаллооптических эффектов с учетом пространственной дисперсии, установлен критерий применимости теории Ландау фазовых переходов 2-го рода, указана возможность высокотемпературной сверхпроводимости в слоистых системах за счет электрон-экситонного взаимодействия, разработана теория распространения радиоволн в плазме. Таков далеко не полный перечень выдающихся результатов, полученных одним человеком в самых разных областях физики.
Успешно работают экспериментаторы ФИАН. В 2001–2005 гг. в Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца Отделения оптики ФИАН выполнен цикл работ по исследованию активных процессов на Солнце. Исследования были проведены с помощью разработанного в Лаборатории уникального комплекса аппаратуры, установленного на борту спутника КОРОНАС-Ф, находившегося на околоземной орбите с 31 июля 2001 г. до декабря 2005 г. За этот период сделан один млн. изображений Солнца в отдельных длинах волн. Объём электронного архива полученной и обработанной за 4,5 года полёта информации составил около 1 ТБ. Эта работа, получившая первую премию на конкурсе научных работ института, в 2008 г. была отмечена Премией Правительства РФ. Для продолжения исследований Солнца в феврале 2009 г. запущен и начал успешно работать спутник КОРОНАС-ФОТОН с фиановской аппаратурой «ТЕСИС».
ФИАН выполнил большой объем экспериментальных работ в ЦЕРН на большом адронном коллайдере LHC. ATLAS — один из двух самых крупных экспериментов на LHC, которые нацелены на изучение фундаментальных свойства материи при сверхвысоких энергиях. Основными задачами эксперимента являются поиск бозона Хиггса, определяющего массы частиц, поиск суперсимметричных частиц, изучение возможности существования дополнительных размерностей, уточнение параметров Стандартной Модели. Для эксперимента ATLAS сотрудниками ФИАН совместно с другими российскими и зарубежными группами создан трековый детектор переходного излучения, который содержит 370 тысяч каналов информации о параметрах частиц, рождающихся в протон-протонных соударениях.
Физика против рака и не только
На основе новых инженерно-технических решений в Физико-техническом центре ФИАН под руководством члена-корреспондента РАН В.Е. Балакина разработана дешёвая, экономичная, компактная протонная ускорительная установка для радиационной терапии онкологических заболеваний. Данная установка по своим характеристикам значительно превосходит все существующие в мире и проектируемые комплексы. Принципиально важным является её низкое энергопотребление, малые размеры и малые капитальные затраты на сооружение радиационно-защищенного помещения, что делает возможным широкое тиражирование установки и её монтаж практически при любой областной клинике, имеющей онкологическое отделение. Разработанный комплекс призван заменить электронные ускорители, широко используемые в мировой онкологии и закупаемые в настоящее время Россией за рубежом. В 2009 г. эта фиановская установка смонтирована и вводится в эксплуатацию в Массачусетском технологическом институте (США), а в данный момент она используется в экспериментальном лечебном режиме в г. Обнинск на базе МРНЦ им. Н.Ф. Цыба.
Ещё одна медицинская разработка ФИАНа – оригинальный сверхпроводящий магнитно-резонансный томограф с полем 1,5 Т. Магнитно-резонансные томографы (МРТ) – высокотехнологичное оборудование для исследования и диагностики человеческого организма методом сканирования распределения протонов молекул воды, содержащейся в нём. До настоящего времени российская промышленность таких томографов не производила. Группой учёных ФИАН под руководством доктора физ.-мат. наук Евгения Демихова создан первый отечественный томограф для визуализации и диагностики состояния конечностей и суставов. В конструкции томографа использован сверхпроводящий магнитный соленоид, позволяющий получить магнитную индукцию в рабочей зоне – 1,5 Тесла. Для изготовления таких соленоидов был создан специальный производственный участок.
Создав первый сверхпроводящий томограф в России, специалисты из ФИАН внедряют отработанные технологии в новом масштабном проекте по созданию уникального томографа с безгелиевой системой охлаждения.
Успешная работа над такими системами ведётся в ФИАН и в созданной на его базе компании «МР-Томографикс». Здесь уже разработан томограф ортопедического типа (т.е. служащий для исследования состояния конечностей), в котором использование жидкого гелия сведено к минимуму: небольшого количества вещества хватает на несколько лет. Как утверждают создатели аппарата, он стал первым сверхпроводящим томографом в России и единственным в мире томографом для ортопедии и травматологии конечностей с разрешением 0,6 мм.Компактный томограф помог отработать основные технологии, которые легли в основу работы уже над полноразмерным томографом (т.е. позволяющим исследовать человека во весь рост). Эта установка будет работать без использования жидкого гелия.
Сейчас работа над установкой идёт полным ходом. К уже созданному макету томографа добавились отдельные компоненты прибора в форме опытных образцов. Среди них — градиентно-корректирующий модуль, комплекс управляющей электроники, радиочастотные катушки и другие элементы, необходимые для работы томографа.
Как отмечают разработчики, томограф будет изготовлен в соответствии с параметрами, привычными для врачей. Напряжение магнитного поля составит 1,5 Тл, диаметр туннеля для размещения пациента — 60 см (в несколько раз больше, чем у ортопедического томографа). Это создаёт новые задачи для участников проекта.
Физика для космоса и нанотехнологий
В рамках утвержденной Федеральной космической программы Российской Федерации АКЦ ФИАН под руководством академика Н.С. Кардашева разработаны два крупных космических проекта – Радиоастрон и Миллиметрон. Главная научная цель миссии «Радиоастрон» — исследование астрономических объектов различных типов с беспрецедентным разрешением до миллионных долей угловой секунды – была успешно выполнена и даже перевыполнена. Радиоастрон стал крупнейшим отечественным космическим проектом за последние годы.
Большое внимание будет уделяться развитию новых научных направлений. По инициативе академика В.Л. Гинзбурга в ФИАН создается Центр высокотемпературной сверхпроводимости и сверхпроводящих наноструктур, оснащаемый по последнему слову техники. Для его размещения осуществляется крупный инвестиционный проект, который добавит к экспериментальной базе ФИАН 6,5 тысяч квадратных метров площадей. Здесь будут использованы все существующие в мире технологии производства сверхпроводящих наноструктур и современный комплекс аналитического оборудования.
Будет расширена инновационная деятельность. В 2008 г. начаты работы по созданию Троицкого технопарка ФИАН, который сегодня успешно работает в сфере высоких технологий. Тематика работ в Технопарке основывается, главным образом, на разработках ФИАН и включает научное приборостроение, наноэлектронику, оптоэлектронику, лазерную технику, в том числе разработку и создание компонентов и полуфабрикатов для неё, материаловедение и создание новых материалов.
Пётр Николаевич мечтал, а Сергей Иванович воплотил в жизнь идею создания такого научного учреждения, которое бы в своих исследованиях охватывало все наиболее актуальные современные направления физики, а результаты деятельности шли на благо отечества и человечества в целом. Этот фундамент позволяет ФИАН вот уже 85 лет сохранять лидирующие позиции среди научно-исследовательских центров страны и быть одним из самых узнаваемых в мире.
«ФИАН – единственный институт в России, в стенах которого работали семь Нобелевских лауреатов, – говорит директор института, член-корреспондент РАН Николай Колачевский. – Имена научных сотрудников предыдущих поколений, подаривших мировой физике новые законы и явления, насчитывают не один десяток. Не отстаёт от старших и молодежь, только начинающая свой путь в науке, но уже удивляющая дерзостью замыслов. Уверен в замечательном будущем родного института, которое будет не менее ярким, чем наше прошлое и настоящее».
29 ноября 2019
