Стратегия развития
Учреждения Российской академии наук
Института ядерных исследований РАН
на 2009 - 2025 г.г.
I. Общие положения
Стратегия развития ИЯИ РАН на среднесрочную 2009-2015 г.г. и долгосрочную перспективу 2015-2025 г.г. исходит из задачи сохранения и упрочения передовых позиций в тех направлениях фундаментальных и прикладных исследований, где Институт занимает передовые, а по ряду направлений - лидирующие позиции в стране и в мире.
Это входящие в перечень направлений «Программы фундаментальных исследований государственных академий наук на 2008-2012 г.г.» и в «План фундаментальных исследований Российской академии наук на период до 2025 года» исследования современных проблем ядерной физики, в том числе, физики элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий, физики космических лучей, физики нейтрино, нейтринной и ядерной астрофизики, физики атомного ядра и конденсированных сред, физики ускорителей заряженных частиц и детекторов, включая крупномасштабные подземные и глубоководные нейтринные телескопы, создание интенсивных импульсных источников нейтронов и их применение в науке, технологиях и медицине.
Институт исходит из необходимости сохранения, обеспечения эффективной научной эксплуатации и развития созданной по решениям Правительства и Президиума РАН уникальной экспериментальной базы для исследования на переднем крае фундаментальной и прикладной физики: Сильноточного линейного ускорителя протонов и отрицательных ионов водорода ЛУ-600 с научным комплексом Импульсного нейтронного источника ИН-06, Комплекса протонной терапии и радиоизотопным комплексом, Баксанской нейтринной обсерватории с комплексом крупномасштабных подземных нейтринных телескопов, низкофоновых лабораторий и наземных установок большой площади, Байкальского глубоководного нейтринного телескопа с береговым центром, уникальной установки Троицк-НМ для прецизионного исследования спектра бета-распада трития и измерения массы электронного нейтрино, совместного российско- итальянского нейтринного детектора ЛВД в подземной лаборатории Гран Сассо и других установок.
В целях обеспечения научного сопровождения соответствующих программ, необходимо сохранение и развитие сложившейся научной школы теоретических исследований, создание соответствующих уровню задач современных средств информационно-вычислительной техники и баз данных, в том числе на основе передовых технологий ГРИД.
Важно предусмотреть создание необходимых условий для подготовки молодых кадров ученых и специалистов, способных работать на переднем крае современной фундаментальной и прикладной физики, развитие Научно-Образовательного центра ИЯИ РАН с соответствующей учебной базой и с использованием современных технологий в образовании.
С целью доведения перспективных разработок фундаментальных и прикладных исследований до внедрения в производство и коммерческого использования Институт ставит задачу развития Центра инновационных исследований и создание технопарка.
Основные направления | |||
| Программа фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008 – 2012 годы. | Направления научной деятельности ИЯИ РАН | Содержание основных научных задач, решаемых в процессе реализации программы (сроки исполнения) | Приоритетные направления науки, технологий и техники |
| 13. Современные проблемы ядерной физики, в том числе физики элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий, включая физику нейтрино и астрофизические и космологические аспекты, а также физики атомного ядра, физики ускорителей заряженных частиц и детекторов, создание интенсивных источников нейтронов, мюонов, синхротронного излучения и их применения в науке, технологиях и медицине. | Физика элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий | Развитие квантовой теории поля и теории струн. Построение новых моделей фундаментальных частиц и их взаимодействий, теорий большого объединения фундаментальных взаимодействий, включая гравитацию. Участие в глобальном мегапроекте «Большой адронный коллайдер». Решение проблемы происхождения масс элементарных частиц, механизма спонтанного нарушения калибровочной симметрии, обнаружения хиггсовского бозона. Поиск новых частиц и явлений за пределами Стандартной модели физики частиц: суперсимметрии, составного строения кварков и лептонов, новых калибровочных взаимодействий. Поиск и исследование новых явлений в редких распадах мезонов, критическая проверка фундаментальных законов сохранения фермионных квантовых чисел, электрического и барионного зарядов. Исследование проблемы стабильности вещества. Осуществление прямого поиска распада протона на необходимом уровне чувствительности. (Сроки исполнения 2008-2015г.г.) |
|
| Фундаментальная физика атомного ядра | Исследование новых форм материи (кварк – глюонной плазмы, неупорядоченного цветового конденсата и других) и свойств экстремального состояния ядерной материи в условиях сверхвысоких температур и барионных плотностей, создаваемых в столкновениях релятивистских тяжелых ионов. Исследование нейтрон – ядерных и фотоядерных взаимодействий с целью изучения новых механизмов ядерных реакций, особенностей структуры ядер, характеристик возбужденных ядер, изучение роли ненуклонных степеней свободы атомных ядер и явлений скрытого цвета ядерной материи. Измерение ядерных сечений взаимодействия в интересах разработки технологий электроядерной переработки отходов атомной промышленности с целью создания экологически безопасной ядерной энергетики. Создание и обновление ядерной базы данных, в том числе для разработки перспективных ядерных технологий и для нужд ядерной астрофизики. (Сроки исполнения 2008-2015г.г.) |
Безопасность
атомной
энергетики Обращение с радиоактивными отходами и облучённым ядерным топливом | |
| Физика нейтрино и астрофизические аспекты физики элементарных частиц | Прямой поиск масс нейтрино в лабораторных экспериментах. Прецизионное измерение параметров нейтринных осцилляций. Поиск безнейтринного двойного бета – распада ядер и магнитного момента нейтрино. Поиск тяжелых (стерильных) нейтрино. Исследования их возможной роли в генерации масс легких нейтрино. Создание искусственных источников нейтрино для калибровки нейтринных телескопов и прецизионного измерения сечений нейтринных реакций. Развитие Баксанской и Байкальской нейтринных обсерваторий. Прецизионный мониторинг нейтринного излучения Солнца, излучения потоков диффузных нейтрино высоких энергий от внегалактических источников. Разработка новых методов детектирования нейтрино в широком диапазоне энергий. Разработка и создание нового типа сцинтилляционных материалов и детекторов на основе современных технологий получения сверхчистых и изотопно – обогащенных материалов. Исследование потоков нейтрино, образованных в распадах тяжелых ядер и в ядерных реакциях в недрах Земли и их роли в термальном балансе планеты. Создание с этой целью детектора гео – нейтрино. Измерение космических потоков нейтрино высоких энергий, обнаружение их источников. Сооружение с этой целью Байкальского нейтринного телескопа с рабочим объемом до 1 куб. км. Участие в международном проекте создания установки для прямого измерения массы электронного нейтрино с рекордной чувствительностью KATRIN в Германии. Участие в крупных международных проектах исследования нейтринных осцилляций на большой базе пробега CNGS (ЦЕРН- Гран Сассо) в Италии, Т2К в Японии, MINOS в США. (Сроки исполнения 2008-2015г.г.) |
Мониторинг окружающей среды | |
| Физика космических лучей | Исследование энергетического спектра, состава и угловой анизотропии космических лучей. Исследование временных вариаций потоков космических лучей. Поиск новых частиц естественного происхождения в космических лучах. Исследование явления образования спектра космических лучей ультравысоких энергий (Эффект Зацепина – Кузьмина – Грейзена) Развитие установок для исследования широких атмосферных ливней. Участие в крупном международном проекте Telescop Array в США с целью исследования спектра комических лучей сверхвысоких энергий в северном полушарии. (Сроки исполнения 2008-2015г.г.) |
||
| Физика и техника ускорителей заряженных частиц | Достижение проектных параметров сильноточного линейного ускорителя протонов и отрицательных ионов водорода ЛУ – 600. Разработка и сооружение накопителя – группирователя на выходе ускорителя. Разработка проекта и осуществление модернизации ускорителя ЛУ – 600 с целью получения мегаваттной мощности в пучке. Участие в развитии Большого адронного коллайдера с целью повышения его светимости в 10 – 100 раз. Участие в разработке физических основ и технологий международного линейного электрон – позитронного коллайдера на энергию до 1 ТэВ. Участие в создании ускорительно – накопительного комплекса тяжелых ионов НИКА в Дубне, в реализации международных проектов создания лазера на свободных электронах XFEL в DESY (Германия) и тяжелоионного экспериментального комплекса FAIR в GSI (Германия). (Сроки исполнения 2008-2015г.г.) | ||
| Создание на базе ускорителей, интенсивных источников нейтронов, синхротронного и других ядерных излучений, установок производства специальных радионуклидов для фундаментальных и прикладных исследований в физике и других областях науки, применений в медицине и экологии | Создание многофункционального комплекса импульсных нейтронных источников на базе линейного ускорителя протонов ЛУ – 600 для исследования в области ядерной физики, физики конденсированных сред, экологии и радиационного материаловедения, диагностики наноструктур и наноматериалов. Создание многоцелевого комплекса лучевой терапии и радиотерапии онкологических заболеваний и перспективных средств исследований в области радиологической медицины. Развитие новых эффективных методов получения различных медицинских радиоизотопов и методов их радиохимического экстрагирования из облученных мишеней. Развитие методов применения специальных радионуклидов для медицинских целей, в том числе генераторов короткоживущих радионуклидов для ПЭТ диагностики. Создание интенсивного пульсирующего источника орто – позитрония для исследования фундаментальных проблем физики частиц, а также для диагностики свойств материалов, используемых в микроэлектронике. (Сроки исполнения 2008-2015г.г.) | Технологии
атомной
энергетики,
ядерного
топливного
цикла,
безопасного
обращения с
радиоактивными
отходами и
отработавшим
ядерным
топливом Нанотехнологии и нано- материалы Технологии водородной энергетики Живые системы | |
| 14.Современные проблемы астрономии, астрофизики и исследования космического пространства, в том числе происхождение, строение и эволюция Вселенной, природа темной материи, исследование Луны и Солнца и солнечно – земных связей, исследование экзопланет и поиски внеземных цивилизаций, развитие методов и аппаратуры внеатмосферной астрономии и исследований космоса, координатно – временное обеспечение фундаментальных исследований и практических задач | Происхождение, строение и эволюция Вселенной | Исследование тесной взаимосвязи законов микро- и макромира, закономерностей физики частиц и космологии. Исследование ранних этапов эволюции Вселенной. Построение космологических моделей с учетом скрытой массы и темной энергии. Решение проблемы наблюдаемой барионной асимметрии Вселенной в рамках калибровочных моделей фундаментальных взаимодействий с нарушением дискретной СР – симметрии. (Сроки исполнения 2008-2015г.г.) | |
| Свойства физического пространства - времени | Развитие моделей квантовой гравитации, исследование физических свойств пространства – времени на сверхмалых и сверхбольших масштабах расстояний. Роль экстремальных объектов теории гравитации (черные дыры, кротовые норы, космические струны) в структуре и динамике эволюции Вселенной. Изучение наблюдаемых следствий моделей мира на 4 - мерной «бране», погруженной в многомерное пространство, а также моделей с нарушением Лоренц – инвариантности на больших масштабах расстояний. (Сроки исполнения 2008-2015г.г.) | ||
| Природа скрытой материи и темной энергии. | Построение калибровочных моделей частиц и взаимодействий, позволяющих дать естественное объяснение наличия тяжелых, слабо взаимодействующих с барионной материей частиц, играющих роль скрытой материи во Вселенной. Создание прямых и косвенных методов детектирования частиц темной материи в подземных, глубоководных, космических экспериментах и в экспериментах на коллайдерах частиц высоких энергий. Поиск в экспериментах на Большом адроном коллайдере семейства тяжелых частиц – суперпартнеров известных элементарных частиц, легчайшая из которых, в случае ее стабильности, может явиться кандидатом на роль частицы темной материи. (Сроки исполнения 2008-2015г.г.) | ||
| Солнечная активность | Получение данных о внутреннем строении Солнца и мониторинг протекающих в его недрах процессов термоядерного синтеза на основе данных измерений потока солнечных нейтрино на подземном Галлий – германиевом нейтринном телескопе Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН. Осуществление мониторинга потоков частицвысокой энергии и нейтронов от Солнца на подземных нейтринных установках большого объема: ПСТ на Баксанской нейтринной обсерватории и «Коллапс» Артемовской научной станции ИЯИ РАН. Участие в международном проекте CAST в ЦЕРН поиска солнечных аксионов – гипотетических сверхлегких частиц, кандидатов на роль частиц темной материи во Вселенной (Сроки исполнения 2008-2015г.г.) | ||
| Экстремальные объекты во Вселенной. | Исследование динамики гравитационного коллапса массивных звезд в нашей Галактике на основе данных о потоках нейтрино, получаемых на Подземном счинтилляционнном телескопе Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН и на российско – итальянской установке большого объема ЛВД в подземной лаборатории Гран Сассо ИНФН (Италия). Создание прототипа детектора гравитационного излучения космического пространства ОГРАН на Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН. (Сроки исполнения 2008-2015г.г.) | ||
II. Цели и задачи.
В результате мероприятий, предусматриваемых излагаемой Стратегией развития ИЯИ РАН на период до 2025 года, будут решены следующие задачи:
1. Будет завершено создание комплексной научно-технической и научно - технологической базы фундаментальных и прикладных исследований на переднем крае современной физики, предусмотренной вышедшими в предшествующие годы решениями Правительства СССР и Президиума АН СССР с учетом мировых тенденций в соответствующих областях науки.
2. Будут получены новые знания во многих перечисленных выше направлениях фундаментальных и прикладных исследований на переднем крае современной физики с использованием уникальных научных установок и комплексов ИЯИ РАН.
3. Будет создан современный центр коллективного пользования мирового уровня, обеспечивающий возможность проведения с участием всех заинтересованных отечественных и зарубежных научных организаций, в том числе организациями бизнес-сообщества на основе государственно-частного партнерства, как фундаментальных и прикладных исследований по приоритетным направлениям развития науки, технологии и техники в Российской Федерации, так и полного инновационного цикла научно– исследовательских и опытно–конструкторских работ, включая создание промышленных образцов, во взаимодействии с организациями РАН, ГК «Росатом», ГК «Ростехнология», Минобрнауки России, Минобороны России, РНЦ «Курчатовский институт», МГУ им. М.В.Ломоносова, СПбГУ, Объединенный институт ядерных исследований в г. Дубне.
4. Создание комплексного научно–образовательного центра по подготовке ученых и специалистов в области применения современных ядерно- физических методов в фундаментальных, прикладных и инновационных исследованиях.
5. Создание технопарка и Бизнес-инкубатора при ИЯИ РАН на основе государственно-частного партнерства с организациями бизнес-сообщества с целью эффективного использования научно-технического потенциала создаваемой в Институте экспериментальной и производственной базы для разработки перспективных инновационных проектов, создания и освоения новых наукоемких технологий.
6. Будет заложена современная база для создания национального или международного мегапроекта, обеспечивающего долгосрочные перспективы России в области фундаментальных исследований и в развитии международного научно-технического сотрудничества.
7. Будет решена задача создания современного исследовательского и лечебного Центра протонной лучевой терапии и диагностики, в интересах медицины всего Московского региона на базе Сильноточного линейного ускорителя протонов и создаваемой Радиохимической лаборатории будет организовано производство радиофармпрепаратов для диагностики и лечения сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний.
Уникальные крупномасштабные установки ИЯИ РАН обеспечивают проведение исследований по следующим основным направлениям деятельности:
- физика элементарных частиц, физика высоких энергий, теория калибровочных полей и фундаментальных взаимодействий, космология;
- нейтринная астрофизика, нейтринная и гамма-астрономия, физика космических лучей, проблема солнечных нейтрино;
- разработка и создание нейтринных телескопов в низкофоновых подземных лабораториях и глубоко под водой для исследования природных потоков нейтрино и других элементарных частиц;
- физика атомного ядра, динамика ядерных и фотоядерных реакций, физика радионуклидов и тяжёлых ионов;
- нейтронная физика, технология интенсивных источников нейтронов, исследование конденсированных сред, радиационное материаловедение;
- физика и техника сильноточных ускорителей на средние и промежуточные энергии;
- прикладная ядерная физика, радиоизотопные исследования, электроядерная трансмутация делящихся материалов, ядерная медицина.
В Институте сооружены, действуют и развиваются следующие уникальные установки:
- Линейный ускоритель протонов - сильноточный ускоритель, ускоритель - третий в мире по мощности в пучке после LANSCE, Лос-Аламос, США, и SNS, Ок-Ридж, США, обеспечивающий проведение экспериментов в области фундаментальной ядерной физики и прикладных исследований, исследований по производству различных радионуклидов медицинского, научного и промышленного применения, работу центра нейтронных исследований и центра лучевой терапии.
- Центр нейтронных исследований, включающий уникальные установки: импульсный источник нейтронов ИН-06 (единственный в России), спектрометр по времени замедления нейтронов в свинце СВЗ-100 (лучший в мире по своим характеристикам среди приборов данного класса), установка для радиационных экспериментов РАДЭКС (как импульсный источник нейтронов), нейтронный времяпролётный спектрометр, спектрометр- рефлектометр Горизонт, многокомпонентная нейтронофизическая установка ДИАС, многофункциональный нейтронный спектрометр МНС, дифрактометры рентгеноструктурного анализа CSG, IPDCII и STADI MP.
- Радиоизотопный комплекс для отработки технологий и производства изотопов для медицины и промышленности.
- Установка по поиску массы покоя электронного антинейтрино ТРОИЦК- НЮ–МАСС (лучшая в мире).
- Галлий-германиевый детектор солнечных нейтрино (лучший в мире). Здесь же имеются спектрометры быстрых нейтронов с лучшими в мире характеристиками: свернизкофоновый и высокого разрешения, уникальная установка для низкотемпературного выращивания кристаллов арсенида галлия из раствора-расплава.
- Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп БПСТ и нагорная установка АНДЫРЧИ (один из лучших в мире комплексов).
- Комплекс наземных установок Баксанской нейтринной обсерватории КОВЁР (включающий в себя Большой мюонный детектор, сцинтилляционный телескоп, нейтронный монитор), предназначенный для исследования жёсткой компоненты космических лучей и широких атмосферных ливней (один из лучших в мире комплексов).
- Подземная низкофоновая лаборатория глубокого расположения (5000 м в.э., одна из лучших в мире по уровню фона космических лучей), оснащённая инженерным оборудованием.
- Глубоководный нейтринный телескоп НТ-200+ на озере Байкал (один из двух лучших в мире).
- Российско–итальянский подземный нейтринный телескоп LVD (Гран Сассо, один из лучших в мире) и подземная установка КОЛЛАПС (Украина).
- Установка для исследования редких распадов ИСТРА+ (самая высокопроизводитель-ная в мире); эксплуатируется совместно тремя институтами: ИЯИ, ИФВЭ и ОИЯИ.
- Совместно с Лабораторией высоких энергий ОИЯИ, Дубна, создана уникальная установка «Дельта» для проведения исследований по релятивистской ядерной физике на новом сверхпроводящем ускорителе «Нуклотрон» в ЛВЭ.
- Рефрижератор растворения 3He в 4He (установка НОРД-2), используется для исследований спиновой ориентации ядер.
- Уникальные детекторы элементарных частиц в CERN, Японии, США, Германии, Франции (прошли конкурсный отбор, лучшие в мире).
Установки используются для проведения фундаментальных исследований на переднем крае современной науки (физика ядра, частиц, астрофизика) и прикладных исследований в приоритетных направлениях развития науки и техники (мониторинг природных потоков частиц, прогноз землетрясений, механизм молний, биозагрязнение воды, радиационная стойкость, тонкая очистка веществ, медицинские и биологические исследования и др.). Работы ведутся в сотрудничестве с учёными различных институтов России и в международных коллаборациях, установки открыты для любых предложений сотрудничества по соответствующей тематике.
Экспериментальная база ИЯИ РАН обеспечивает возможность проведения фундаментальных исследований по всем основным направлениям ядерной физики, физики элементарных частиц, нейтринной астрофизики, а также решение прикладных задач.
Институт имеет современное научное оборудование, например, рентгеновские дифрактометры в центре нейтронных исследований; гелиевый рефрежиратор TCF-50, течеискатели Balzers и Leybold, высоковольтный прецезионный преобразователь напряжения ВН-35 и др. на установке ТРОИЦК-НЮ-МАСС; лазер в глубоководном исполнении на Байкальском глубоководном нейтринном телескопе; сервер для хранения и обработки больших массивов данных с объемом памяти 1 Тбайт, нейтронные источники на основе 252Cf и полупроводникового кремниевого детектора для калибровки сцинтилляционных счётчиков больших объёмов на установке LVD; цифровые осциллоскопы, оборудование для контроля и поддержания температуры, прибор для непрерывных измерений плотности и концентрации в процессах промышленного производства, измерители расхода химических реактивов, спектрофотометр и др. на Галлий-германиевом нейтринном телескопе; низкофоновые гамма-спектрометры на основе сверхчистого германиевого детектора и детекторов NaI(Tl), стендовые установки для работы с расплавом металлического лития; ускоритель электронов ЛУЭ-8 на 8 МэВ; электронный ускоритель и поворотный стол (гантри) в комплексе лучевой терапии, ряд оснащённых научно-исследовательских и испытательных стендов, высокоточных станков и оборудования Опытного производства.
Степень изношенности оборудования, за исключением приобретённого в последние годы, более 60%.
Институт по мере возможности приобретает современное научное оборудование за счёт средств, выделяемых по целевым программам РАН, РФ, международным соглашениям и грантам.
Подразделения Института оснащены современной вычислительной техникой, в 2005 году создан вычислительный кластер для ресурсоёмких задач обработки экспериментальных данных и теоретических расчётов.
Институт поддерживает локальные вычислительные сети, связь между
удалёнными подразделениями Института через Интернет. Управление
линейным ускорителем и другими уникальными установками Института
автоматизировано на базе современных персональных компьютеров.
Сотрудники широко пользуются возможностями интернет-коммуникаций для
поиска и обмена информацией, обработки результатов научных исследований,
проведения интернет-конференций в составе международных коллабораций.
Институт принимает участие в разработке системы распределённых
вычислений Grid, создаёт для этой программы вычислительный кластер.
Институт поддерживает свои информационные страницы в Интернете.
Планируемые вторая очередь экспериментального комплекса Московской мезонной фабрики ИЯИ РАН (с увеличением энергии ускорителя до проектной, сооружением накопителя, оснащением нейтронного комплекса), литий- бериллиевый телескоп Баксанской нейтринной обсерватории, развитие нейтринного телескопа на Байкальской нейтринной обсерватории обеспечат долгосрочную перспективу в области ускорительной физики высоких интенсивностей и нейтринной астрофизики.
В Институте сложился хорошо подготовленный коллектив специалистов, обладающих необходимым опытом работы. Вместе с тем, для осуществления эффективной эксплуатации вводимых в строй уникальных научных установок и комплексов необходимо решить ряд вопросов, связанных с привлечением к работе в Институте высококвалифицированных, прежде всего молодых, инженерно-технических кадров.
Уникальные установки ИЯИ РАН - крупного масштаба, требуют особых условий расположения: больших площадей, зданий, протяжённых коммуникаций, расположения глубоко под землёй или водой; значительного количества обслуживающего персонала высокой квалификации, энергетических и других ресурсов; затрат на коммунальное обслуживание, охрану, горноспасательную службу, выполнение требований атомнадзора и пожарной безопасности; ремонт, восстановление и модернизацию узлов и оборудования и др.
Для сохранения работоспособности установок и проведения научных исследований необходима государственная программа специального достаточного целевого финансирования, как поддержания установок, так и решения кадрового вопроса (зарплата, жильё для молодёжи). Научные установки не могут дать быстрого коммерческого дохода. Поэтому они не представляют интереса для частных инвесторов как научные объекты, привлекая лишь возможностью использования материальных ценностей и земли. Только государство, заинтересованное в высоком престиже в мире и интеллектуальном развитии своих граждан, способно обеспечить длительную работоспособность этих уникальных объектов. Отметим, что возможность создания международных центров на основе этих установок и долевого иностранного участия в финансировании требует предварительного вложения средств для создания привычных бытовых и технических условий работы иностранных учёных, и эти вложения очевидно выше, чем по программе привлечения молодых российских кадров. Россия – богатая материальными, человеческими и интеллектуальными ресурсами страна и может позволить себе содержать фундаментальную науку на высоком мировом уровне.
Учёные Института квалифицированно и настойчиво решают поставленные задачи фундаментальных физических исследований и надеются на взаимопонимание и поддержку руководящих органов.
