Эксперт Эксперт - Эксперт № 02 (2013)
В самом скором времени должно начаться и сооружение еще одной исследовательской физической мегаустановки — самого мощного в мире генератора холодных (низкоэнергетических) нейтронов European Spallation Source (ESS). Научно-исследовательский центр ESS, затраты на строительство которого уже сейчас оцениваются почти в 1,5 млрд евро, будет построен в шведском городе Лунд. Первый этап строительства этого нового гигантского ускорителя, размеры которого будут лишь немногим уступать самому большому научному гиганту — женевскому Большому адронному коллайдеру, — запланирован уже на 2013 год, а его запуск в эксплуатацию — на 2019–2020-й.
Наконец, в ноябре 2012-го Еврокомиссия официально дала старт практической реализации амбициознейшего проекта ELI-NP (Extreme Light Infrastructure Nuclear Physics Facility), одобрив выделение на него первого транша в размере 900 млн евро. Двумя отличительными особенностями этого мегапроекта являются, во-первых, то, что в ходе его реализации будет построено сразу четыре различных исследовательских центра, а во-вторых, три из четырех новых лазерных установок, мощность каждой из которых будет превышать мощность любого из существующих сейчас лазеров, будут сооружены в странах Восточной Европы — в Румынии, Венгрии и Чехии. Ожидается, что первый из суперлазеров проекта ELI вступит в строй уже в 2017 году.
В заключение имеет смысл упомянуть еще о двух европейских проектах-«миллиардерах» — гибридном исследовательском реакторе MYRRHA (Multipurpose hYbrid Research Reactor for High-Tech Applications) и сверхкрупном наземном телескопе E-ELT (European Extremely Large Telescope), строительство которого должно скоро начаться в Чили, а также о целой серии панъевропейских биологических инфраструктурных проектов-«средневесов» (Elixir, Erinha, ISBE, Instruct и Euro-Biomaging), каждый из которых в стоимостном выражении тянет на несколько сотен миллионов евро.
Таблица:
Основные европейские проекты мегаустановок
Мегаустановки и реальный бизнес
Как мы уже отмечали выше, современные установки megascience, в отличие от big science второй половины прошлого века, все более активно задействуются для решения вполне прикладных задач. При этом конкретные приложения могут быть весьма далекими от изначальной области исследований. Например, ускорители, разработанные как инструменты для фундаментальной науки, в настоящее время повседневно используются в промышленности и медицине. Так, Центр по изучению тяжелых ионов (GSI), который сейчас является движущей силой проекта FAIR, разработал инновационную ионно-пучковую радиотерапию для лечения тяжелых опухолей. GSI, используя технологию трехмерного сканирования, построил первый ионно-терапевтический центр в Радиологическом университетском госпитале в Гейдельберге. Лицензию на эту технологию сейчас получила компания Siemens, которая строит установки радиотерапии для лечения онкологических больных.
Кроме того, не следует упускать из виду, что исследовательские мегаустановки дают колоссальный косвенный эффект. В ходе их разработки приходится решать уникальные технические задачи, и найденные решения вскоре нередко оказываются востребованными с коммерческой точки зрения. Например, в ходе работы над XFEL была создана сложнейшая система охлаждения: сверхпроводящие ускорители частиц для лазеров на свободных электронах работают при температуре –271 °C. Были также разработаны новые композитные материалы, устойчивые к радиации; создано много наработок в области высокочастотной электроники, технологий импульсной мощности. По результатам опроса 57 поставщиков оборудования для XFEL более половины из них будет в состоянии использовать продукты, разработанные для рентгеновского лазера, для других целей.
В свою очередь, создание установки FAIR требует разработки быстропереключаемых сверхпроводящих магнитов, сконструированных для генерации высокоинтенсивных импульсов ионов, аппаратных и программных решений для обработки крайне высокого потока данных и электроники, способной выдерживать условия экстремально высокой радиации, генерируемой интенсивными пучками. Такая электроника наверняка будет востребована на АЭС и в космических кораблях.
Общая протяженность системы туннелей, прокопанных для мегапроекта XFEL в федеральных землях Гамбург и Шлезвиг—Гольштейн, — 5,8 км, а глубина — от 6 до 38 метров
Фото: European XFEL
По примерной оценке Михаила Рычева, на ведущих европейских установках megascience доля времени, выкупленного крупным частным бизнесом, таким как Siemens, Basf, Pfizer и др., составляет около 10% общего объема, а еще около 30% приходится на задачи, решаемые по заказу бизнеса различными исследовательскими университетами. А Уве Сассенберг , директор специального проекта Science Link, основной задачей которого является привлечение внимания различных частных компаний стран Балтийского региона к исследовательской инфраструктуре, предоставляемой мегаустановками (XFEL, FAIR, ESS и др.), в беседе с нами отметил: несмотря на то что 85% экспериментального пользовательского времени на отслеживаемых в рамках его проекта установках до сих пор приходится на решение чисто научных задач, интерес частного бизнеса к возможностям меганаучных установок постоянно растет. Так, по итогам очередного этапа сбора Science Link частных заявок на участие в различных экспериментах, завершившегося в декабре 2012 года, его команде удалось привлечь порядка 30 новых компаний из всех восьми стран Балтийского региона (за исключением России), причем, что любопытно, 70% новых заявителей оказались компаниями малого и среднего бизнеса, представляющими весьма широкий спектр отраслей (биотех, строительство, производство новых материалов, химическая промышленность и производство косметических продуктов, сельское хозяйство и ряд других).
Наконец, согласно данным, представленным на сайте European Fusion Development Agreement (EFDA), ряд ведущих европейских научных центров (CERN, ESO, ESS и др.) рассчитывают за период с 2012-го по 2020 год заключить коммерческие контракты с различными частными клиентами на общую сумму порядка 10 млрд евро.
С учетом того что ежегодные операционные расходы на поддержание нормальной работы всех этих сверхзатратных исследовательских установок в среднем составляют порядка одной десятой общей стоимости их строительства, очевидно, что топ-менеджеры подобных проектов не могут не быть заинтересованы в том, чтобы отбить хотя бы часть этих эксплуатационных издержек за счет продажи столь драгоценного времени их работы частным клиентам. Например, на сайте вышеупомянутого проекта Science Link приведен весьма длинный перечень потенциальных возможностей, предоставляемых для реального бизнеса новыми исследовательскими установками, четко сгруппированный по семи основным направлениям: сельское хозяйство и пищевая промышленность, химическая промышленность, строительство и инженерное проектирование, энергетика и транспорт, производство продуктов личной гигиены и санитарии (косметика, парфюмерия и проч.), материаловедение и нанотехнологии. И наиболее осведомленные в этом широком спектре практических услуг промышленные компании, по словам Уве Сассенберга, «безусловно, уже успели сделать для себя соответствующие полезные выводы».
Опять медленно запрягаем
В проектах мегасайнс участвует и Россия. В предстоящие пять лет мы планируем инвестировать в шесть европейских научно-технологических мегапроектов более 1 млрд долларов (решение об увеличении нашей доли финансирования европейского лазера на свободных электронах XFEL было принято в конце прошлого года). И в большинстве из них Россия оказывается второй или третьей по объему финансирования и количеству наших соотечественников, которые работают в проектных командах. Есть амбиции запускать мегасайнс-проекты и на собственной территории. В конце 1999 года в РНЦ «Курчатовский институт» начал работать источник синхротронного излучения «Сибирь-2» — один из первых работающих образчиков мегасайнс в России. В этом году в Гатчине запускается нейтронный высокопоточный пучковый исследовательский реактор ПИК. Его сооружение обошлось почти в 18 млрд рублей. В ПИКе и организационно, и финансово участвует Германия, которой он будет особенно интересен, если в результате общественного неприятия атомной тематики придется закрыть экспериментальные реакторы в Германии.
В середине 2011 года правительственная комиссия отобрала основных претендентов на проекты уровня мегасайнс в России. Всего поступило 28 проектов, выдвинутых крупными научными центрами РАН, МГУ, СПбГУ, ОИЯИ, НИЦ «Курчатовский институт», концерна «Росатом», а также отдельными группами ученых. В качестве критериев отбора устанавливались не только уровень обоснования проекта и возможность получения принципиально новых знаний в области фундаментальных наук, но и его интересность для зарубежных коллег. В результате было отобрано шесть проектов. Помимо уже упомянутого ПИКа это «Игнитор» — совместный проект Италии и России по созданию токамака; PEARL (PEtawatt pARametric Laser) — проект создания сверхмощного пятипетаваттного лазера в Институте прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде; NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) — ускоритель тяжелых ионов на территории Объединенного института ядерных исследований в Дубне. Задача последнего — изучение перехода ядерной материи в кварк-глюонную плазму, а также свойств смешанной фазы этих состояний. Участие в нем также принимают Германия и еще несколько европейских стран. К ним следует добавить электрон-позитронный коллайдер в Институте ядерной физики СО РАН и MARS (Multiturn Accelerator-Recuperator Source) — источник специализированного синхротронного излучения четвертого поколения в Курчатовском институте, который будет востребован в спектроскопии, рентгеновском структурном анализе биологических объектов, для фотолитографии и в производстве интегральных схем. Однако с момента отбора проектов российского мегасайнса кардинальных изменений в их судьбе (если не считать активно продвигаемый «Курчатником» ПИК) так и не произошло.
