История Института ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН)

Институт ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН) образован 24 декабря 1970 г. (тогда ИЯИ АН СССР) постановлением Президиума АН СССР в соответствии с решением Совета Министров СССР.

В декабре 2020 года Федеральному государственному бюджетному учреждению науки Институту ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН) исполнилось 50 лет.

Институт ядерных исследований РАН сегодня - крупный центр физики частиц с широкой сетью проектов международного сотрудничества. В ИЯИ РАН ведутся работы по космологии, нейтринной физике, астрофизике, физике высоких энергий, ускорительной физике и технике, нейтронным исследованиям и ядерной медицине. В ИЯИ РАН действует ряд широко известных уникальных научных установок, включая Комплекс сильноточного линейного ускорителя ионов водорода в Троицке, Баксанская нейтринная обсерватория (Приэльбрусье, Кабардино-Балкарская Республика), Байкальский нейтринный телескоп (озеро Байкал, Иркутская область) и эксперимент "Троицк ню-масс" (Троицк, Москва).

Решающую роль в создании Института ядерных исследований сыграл академик Моисей Александрович Марков, лауреат Нобелевской премии академик Илья Михайлович Франк, академик Николай Николаевич Боголюбов, академик Альберт Никифорович Тавхелидзе.

Благодаря влиянию М.А.Маркова в институте сформировались два направления исследований: физика микромира - физика элементарных частиц, а также физика больших масштабов - наука о происхождении и эволюции Вселенной, космология. Пионерские идеи М.А.Маркова легли в основу создания современных уникальных установок и программы фундаментальных научных исследований Института.

Три лаборатории ядерного профиля Физического института Академии наук СССР им. П.Н.Лебедева стали основой создания Института ядерных исследований:

• лаборатория атомного ядра, возглавляемая лауреатом Нобелевской премии академиком И.М.Франком;
• лаборатория фотоядерных реакций, под руководством Л.Е.Лазаревой, у истоков которой стоял академик В.И.Векслер;
• лаборатория нейтрино, широко известная благодаря трудам академиков Г.Т.Зацепина и А.Е.Чудакова.

Благодаря влиянию академика А.Н. Тавхелидзе в институте сформировалась сильнейшая теоретическая школа. Идеи А.Н.Тавхелидзе легли в основу научной программы теоретического отдела, созданного под его руководством. Сотрудниками отдела стали такие ученые с мировыми именем как В.А.Кузьмин, В.А.Матвеев, В.А.Рубаков, И.И. Ткачев, В.А. Березин, Ю.С. Вернов, Н.В. Красников, М.Е. Шапошников и их ученики. Работы, выполненные учеными теоретического отдела, заложили основы ряда уникальных экспериментов, проводимых в Институте.

В разные годы ИЯИ РАН руководили:
академик РАН Альберт Никифорович Тавхелидзе, с момента основания Института в 1970 г. по 1987 г.
академик РАН Виктор Анатольевич Матвеев, с 1987 г. по 2014 г.
член-корреспондент РАН Леонид Владимирович Кравчук, с 2014 г. по 2020 г.
член-корреспондент РАН Максим Валентинович Либанов, с 2020 г. по настоящее время.

С момента основания ИЯИ РАН в течение всей его истории основное внимание было сфокусировано на создании и развитии уникальных научно-исследовательских установок и центров коллективного пользования, среди которых можно выделить:

• I. Самый мощный в Евро-Азиатском регионе линейный ускоритель протонов (Троицк, Москва), обеспечивающий проведение фундаментальных и прикладных исследований в области ядерной и нейтронной физики, конденсированного состояния вещества, разработку технологий производства широкого спектра радиоизотопов, работу комплекса лучевой терапии и многих других приложений.
  
  
• II. Баксанская нейтринная обсерватория (пос. Нейтрино, Кабардино-Балкарская Республика) с комплексом крупномасштабных подземных нейтринных телескопов и наземных установок большой площади для исследований в области физики солнечных нейтрино, физики космических лучей и нейтринной астрофизики. На Баксанском галлий-германиевом нейтринном телескопе выполнены прецизионные измерения скорости захвата солнечных нейтрино ядрами галлия, которые, в совокупности с результатами ряда других экспериментов с солнечными нейтрино, дали однозначное доказательство термоядерной природы энергии Солнца и привели к обнаружению взаимопревращений (осцилляций) нейтрино различных типов. Начиная с середины 2019 года проводится новый эксперимент BEST (Baksan Experiment for Sterile Transition). Цель эксперимента - исследование осцилляций нейтрино на рекордно коротких расстояниях и возможное обнаружение нейтрино нового типа, так называемого стерильного нейтрино. В лаборатории низкофоновых исследований получены лучшие в мире ограничения на вероятность двойного K-захвата в ядрах 78Kr, 124Xe и двойного бета-распада ряда элементов. Эксперимент Ковер-3 с крупнейшим в мире компактным мюонным детектором направлен на достижение рекордной чувствительности к диффузному гамма-излучению с энергией выше 100 ТэВ.
  
  
• III. На озере Байкал (Иркутская область) Институтом ядерных исследований РАН в коллаборации с ОИЯИ создан уникальный нейтринный телескоп, входящий в Глобальную нейтринную сеть (GNN) как важнейший элемент сети в Северном полушарии Земли. Нейтринный телескоп Baikal-GVD предназначен для регистрации и исследования потоков нейтрино сверхвысоких энергий от астрофизических источников. Эффективный объем установки в задаче регистрации ливневых событий от нейтрино составляет 0,35 кубического километра. Одновременно с набором данных продолжается наращивание телескопа до объема 1 кубический километр.
  
  
• IV. Установка по измерению массы электронного антинейтрино в бета-распаде трития "Троицк-ню-масс". Полученное на этой установке ограничение на массу нейтрино оставалось лучшим в мире в течение 15 лет. Рекорд "Троицк-ню-масс" был побит в 2019 году. Это удалось осуществить на установке KATRIN в Германии, с участием ученых ИЯИ РАН. Дизайн установки KATRIN представляет собой увеличенную модель эксперимента "Троицк-ню-масс", изначально предложенную академиком В.М.Лобашевым.

В ИЯИ РАН создан ряд инновационных высокотехнологических разработок. Разработаны технологии производства широкого спектра радиоактивных изотопов для диагностики и терапии в медицине и технических целей, включая стронций-рубидиевый генератор для ПЭТ.

Создается центр лучевой терапии, в котором проведено лечение первых групп больных. Разработаны инновационные приборы и методики медицинского и технического применения, в числе которых, комплекты радиационной защиты для МЧС России, исследовательский денситометр, оборудование ксенонового наркоза для хирургической практики.

В ИЯИ РАН разработана ускоряющая структура, использующаяся при создании ускорителей J-PARK в Японии и PITZ в центре DESY в Германии. Разработанный в ИЯИ РАН монитор формы сгустков установлен во всех ведущих международных ускорительных центрах, включая SSC, CERN, DESY, KEK, J-PARK, SNS, LANSCE, FRIB, GSI, ESS и ОИЯИ.

Получены новые экспериментальные данные по ядерным реакциям с участием протонов и нейтронов средних энергий, по фотоядерным реакциям, в том числе, исследована спиновая структура протона с помощью активной поляризованной мишени, наблюдены новые эффекты при столкновениях релятивистских ядер, дано начало новому научному направлению, получившему название "ядерная фотоника".

Широко известны результаты теоретических исследований ученых Института в области физики высоких энергий, элементарных частиц и космологии, в том числе: разработка методов теории возмущений в квантовой теории поля, изучение основного состояния (вакуума) в калибровочных теориях, разработка методов исследования динамики сильных взаимодействий адронов вне рамок теории возмущений, исследование процессов, выходящих за рамки Стандартной модели элементарных частиц, создание первых моделей мира на бране, разработка принципов и поиск механизмов образования барионной асимметрии Вселенной, изучение взаимосвязи физики частиц, астрофизики и космологии, построение моделей темной материи и темной энергии. Эти работы были отмечены многочисленными наградами. В 2020 году, академик В.А.Рубаков был награжден престижной Гамбургской премией по теоретической физике за важнейшие продвижения в раскрытии загадки происхождения Вселенной. В честь ученых ИЯИ РАН названы два эффекта в астрофизике частиц. Эффект высокоэнергетического обрезания спектра космических лучей ультравысоких энергий назван в честь Кеннета Грейзена (США), академика Г.Т.Зацепина и члена-корреспондента РАН В.А.Кузьмина. Эффект осцилляций нейтрино в веществе назван в честь С.П.Михеева, А.Ю.Смирнова и Линкольна Вольфенштейна (США).

Ученые ИЯИ РАН сотрудничают со многими ведущими лабораториями, институтами и университетами мира, принимают активное участие в работе целого ряда крупных международных экспериментов в ЦЕРН (Швейцария), ОИЯИ (Россия), Германии, Японии, Италии, США, Китае, Франции, Испании и других стран. Институт ведет образовательную деятельность, имея собственную аспирантуру и базовые кафедры в МФТИ, МГУ, МИФИ, КБГУ, сотрудничая с другими университетами России.

Будущее научных исследований ИЯИ РАН тесно связано с проектами класса мега-сайенс.

Планируется завершить строительство Байкальского нейтринного телескопа Baikal-GVD с эффективным объемом 1 кубический километр. Такой объем позволит регистрировать нейтрино астрофизического происхождения с такой же чувствительностью, как в эксперименте IceCube в Южном полушарии и позволит установить их происхождение.

Подготовлен проект модернизации Линейного ускорителя протонов в Троцке с использованием сверхпроводящих резонаторов. Проект позволит достичь энергии 1 ГэВ и мощности пучка 1 МВт. На базе Линейного ускорителя протонов планируется строительство крупного центра ядерной медицины.

Подготовлено предложение создания Нового Баксанского нейтринного телескопа (НБНТ). В качестве рабочего вещества НБНТ планируется использовать 10 килотонн сверхчистого жидкого сцинтиллятора. Этот эксперимент сможет зарегистрировать нейтрино CNO-цикла термоядерных реакций в Солнце. Чувствительность эксперимента позволит подтвердить одну из нескольких существующих моделей Солнца.