Размер шрифта: A A
Цвет сайта: A A A A
Полная версия сайта

Краткая историческая справка

Институт теоретической и экспериментальной физики был создан как лаборатория № 3 АН СССР постановлением Совета Народных комиссаров СССР № 3010-895сс от 1-го декабря 1945 г. и действовал в тот период в составе Специального Комитета при СНК СССР под руководством Л.П. Берия. Затем лаборатория №3 получила название «ТТЛ (Теплотехническая лаборатория) АН СССР». Современное название присвоено институту постановлением Президиума АН СССР № 730 от 21-го ноября 1958 г.

Перед создателем ИТЭФ, ближайшим соратником И.В. Курчатова, академиком А.И. Алихановым Специальный Комитет поставил задачу создания тяжеловодного ядерного реактора для производства делящихся ядерных материалов и исследований в области космических лучей.

Стимулирующая творческая атмосфера, созданная А.И. Алихановым в институте, привлекла сюда многих выдающихся ученых, среди которых такие выдающиеся физики-теоретики как Л.Д. Ландау и его ученик И.Я. Померанчук, принявший теоретический отдел ИТЭФ в 1946 г. от своего учителя.

В 1949 г. в ИТЭФ был пущен первый в СССР (и в Европе) тяжеловодный исследовательский реактор. Работа над его созданием была проведена в рекордно короткие сроки (особенно по теперешним временам): в 1947 г. было начато проектирование реактора, в 1948 г. реактор был построен, а в апреле 1949 г. на реакторе был проведен первый критический эксперимент. На этом реакторе А.И. Алиханов и его сотрудники провели важные для проектирования и сооружения других реакторов измерения ядерно-физических констант и накопили необходимый опыт эксплуатации.

В 1955 г. на Международной конференции по мирному использованию атомной энергии в Женеве был представлен доклад: А.И. Алиханов, В.В. Владимирский, С.Я. Никитин, А.Д. Галанин, С.А. Гаврилов, Н.А. Бургов. Опытный физический реактор с тяжелой водой. На этой конференции впервые были представлены и другие работы ИТЭФ. Среди авторов цикла важнейших экспериментальных работ были В.В. Владимирский, В.З. Колганов, Г.С. Ломкаци, В.В. Окороков, В.Т. Смолянкин, В.В. Соколовский,некоторые из них работают в институте и сегодня. Теоретики ИТЭФ успешно решили задачи, связанные с разработкой теории ядерных реакторов и развитием соответствующих расчетных методов. Были разработаны:

  • теория гетерогенного реактора (А.Д. Галанин, 1949–1971 гг.);
  • теория резонансного поглощения в урановых блоках, содержащих замедлитель (А.П. Рудик, 1950 г.);
  • теория оптимизации процессов в ядерных реакторах (А.П. Рудик, 1960–1970 гг.);
  • теория глубокого выгорания горючего в ядерных реакторах атомных электростанций (Б.Л. Иоффе, Л.Б. Окунь, 1956 г.).

Часть результатов была обобщена первой в мировой литературе монографией по теории реакторов «Теория нейтронных мультиплицирующих систем», написанной А.И. Ахиезером и И.Я. Померанчуком в 1946–1947 гг. (книга была опубликована в открытой печати в 2002 г.).

Тем самым были заложены основы для большой работы по созданию ряда других тяжеловодных реакторов. Так, в частности, под руководством А.И. Алиханова и В.В. Владимирского были разработаны и сооружены промышленные тяжеловодные реакторы для производства плутония, трития и изотопов, опытные тяжеловодные реакторы в Югославии и КНР, тяжеловодный реактор с газовым охлаждением КС-150 для атомной электростанции А-1, вступившей в строй в 1972 г. в ЧССР.

За выдающиеся заслуги в области реакторостроения директору ИТЭФ академику А.И. Алиханову в 1954 г. было присвоено звание Героя Социалистического Труда и присуждена Государственная премия первой степени. А.И. Алиханов возглавлял ИТЭФ в течение почти 25 лет, и здесь в полной мере проявился его яркий талант организатора. Под руководством Алиханова созданный им институт в течение короткого времени занял одно из ведущих мест среди физических центров страны.

На тяжеловодном реакторе ТВР, помимо важных результатов по физике ядерных реакторов, впервые в стране получены поляризованные пучки нейтронов, разработан метод ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) на поляризованных бета-активных ядрах. Этот метод был впервые в мире использован для изучения свойств короткоживущих дефектов в кристаллах. На реакторе ИТЭФ впервые исследована электрон-нейтринная корреляция при распаде свободных нейтронов, впервые открыто слабое нуклон-нуклонное взаимодействие в атомных ядрах. Последнее открытие подтвердило справедливость гипотезы об универсальном характере слабого взаимодействия. Эта работа удостоена Ленинской премии СССР в 1974 г. (Ю.Г. Абов, П.А. Крупчицкий). В продолжение этих работ было показано, что при делении атомных ядер четность также не сохраняется, что проявляется в асимметрии вылета тяжелых и легких осколков при делении (Г.В. Данилян и сотрудники). Эта работа также была признана открытием. Асимметрия вылета нейтронов, сопровождающих акт деления, тоже была обнаружена в ИТЭФ (В.А. Андреев и сотрудники).

Работы по ядерной физике низких энергий перебазированы на другие реакторы. В частности, на реакторе в институте им. О. Гана и Л. Мейтнер в Берлине начат эксперимент по изучению несохранения четности в делении ядер. В 1999–2003 гг. с участием ИТЭФ на этом реакторе впервые в мире обнаружен эффект поворота спина нейтрона на одном из изотопов свинца. На реакторе в МИФИ идут работы по радиационной химии и по бета-ЯМР-спектроскопии процессов возбуждения в твердом теле.

Начиная с 1952 г., А.И. Алиханов вместе с В.В. Владимирским стал проводить идею строительства в СССР ускорителей высоких энергий, работающих на принципе жесткой фокусировки. А.И. Алиханов инициировал работы по проектированию и сооружению в ИТЭФ протонного ускорителя с жесткой фокусировкой на энергию 7 ГэВ и Серпуховского ускорителя на энергию 70 ГэВ. Под руководством В.В. Владимирского, опираясь на проведенные исследования, были подготовлены проекты двух крупнейших по тому времени протонных синхротронов с жёсткой фокусировкой. Первый проект, на энергию 7 ГэВ, в кратчайшие сроки был успешно реализован в 1961 г. в Москве, на территории ИТЭФ. Второй проект привел к созданию самого большого в мире на то время протонного ускорителя на энергию 70 ГэВ в 1967 г. в Институте физики высоких энергий, созданного на базе филиала ИТЭФ постановлением Правительства СССР в 1964 г. в г. Протвино Московской области.

Ввод в строй ускорителя на 7 ГэВ в ИТЭФ дал возможность широко развернуть исследовательские работы в области физики элементарных частиц. Теоретики ИТЭФ (Ю.Ф. Орлов, А.П. Рудик) внесли значительный вклад в проектирование жесткофокусирующих ускорителей протонов в ИТЭФ и ИФВЭ. В частности, следует отметить разработанную Ю.Ф. Орловым теорию устойчивости пучков в ускорителе.

Наиболее известным достижением, с точки зрения и теории, и практики в области физики ускорителей, стала пространственно-однородная высокочастотная квадрупольная фокусировка (RFQ, radio-frequency quadrupole). Это физическое явление, открытое в 1956–1967 гг. В.В. Владимирским, И.М. Капчинским (ИТЭФ) и В.А. Тепляковым (ИФВЭ), было предложено использовать в качестве технического решения для предварительного ускорения протонов. Этот метод используется на большинстве современных сильноточных ускорителей протонов и ионов.

Достижения В.В. Владимирского и его команды по созданию в нашей стране комплекса современных ускорительных установок были высоко оценены научной общественностью и Правительством. В 1961 г. В.В. Владимирский был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, а после ввода в строй крупнейшего синхротрона на 70 ГэВ в 1970 г. ему и Д.Г. Кошкареву в коллективе авторов была присуждена Ленинская премия. Основополагающие научные работы В.В. Владимирского по ускорителям и его выдающиеся заслуги в создании отечественных машин мирового класса были отмечены в 2000 г. Российской академией наук присуждением ему премии им. В.И. Векслера.

Протонный кольцевой ускоритель ИТЭФ стал основной базой для исследований в области протонно-лучевой терапии. Реализуя завещание академика И.Я. Померанчука, указавшего на эффективность протонного пучка для точного поражения злокачественных образований, группа энтузиастов создала в 1969 г. Центр протонно-лучевой терапии ИТЭФ. Среди подобных экспериментальных центров он занимает второе место в мире по количеству облученных больных – 3600 (12% от всего мирового опыта). Физико-техническое обеспечение Центра ПЛТ осуществляется инженерным и научным персоналом ИТЭФ. Облучение проводят лучевые терапевты ведущих российских клиник. В 1998 году Центру ПЛТ ИТЭФ присвоен статус Московского городского амбулаторного Центра ПЛТ. ИТЭФ принимает активное участие в создании Центра протонно-лучевой терапии на базе Московской городской клинической больницы №62.

В 2001 г. на базе ускорителя ИТЭФ был создан накопитель ионов ИТЭФ-ТВН и проведен его физический пуск. ТВН способен ускорять и накапливать тяжелые ионы с энергией в несколько сотен МэВ на нуклон с целью последующей компрессии во времени накопленной энергии пучка до тераваттного уровня мощности и обеспечивать проведение экспериментов по физике высокой плотности энергии в веществе. Созданная ускорительно-накопительная установка ИТЭФ-ТВН включает в себя ионный инжектор И3 на энергию 4 МэВ, бустерный синхротрон УК на энергию до 700 МэВ/н, накопительное кольцо У-10 с системами многократной нелиувиллевской инжекции ионного пучка, быстрого вывода накопленного пучка и каналом транспортировки выведенного пучка на экспериментальные установки.

Благодаря своим параметрам, ускоритель-накопитель ИТЭФ-ТВН уверенно встал в ряд крупнейших ионных ускорительных установок в мире, а по энергии ускоряемых ионов он является одним из крупнейших в Европе. В результате реализации проекта ИТЭФ-ТВН появляется возможность проводить фундаментальные научные исследования в новых недоступных ранее физических условиях по направлениям:

  • физика высокой плотности энергии в веществе;
  • релятивистская ядерная физика;
  • физика ускорителей заряженных частиц;
  • медицинская физика.

Еще в 1967 г., при первом директоре ИТЭФ академике А.И. Алиханове, в институте были начаты автоионномикроскопические исследования. За прошедшее время в ИТЭФ создано несколько поколений автоионных и автоэлектронных микроскопов. В ИТЭФ создано и развито самостоятельное направление – автоионная микроскопия радиационных эффектов на поверхности и в объеме твердых тел. В рамках этого направления получены значительные фундаментальные научные результаты, связанные с образованием и поведением в твердых телах (металлах и сплавах, полупроводниках и высокотемпературных сверхпроводниках) первичных радиационных дефектов. Изучено развитие и эволюция каскадов атомных смещений, распространение цепочек фокусированных атомных столкновений, распыление поверхностных атомов и т.п. Таким образом, автоионная микроскопия радиационных дефектов в твердых телах была оформлена как новое направление в радиационной физике твердого тела.

В последние годы в ИТЭФ были освоены новые, современные методы ультрамикроскопии – сканирующая туннельная и атомно-силовая. Эти методы весьма успешно используются в ИТЭФ как для изучения разнообразных радиационных эффектов на и вблизи поверхности твердых тел, так и для исследования и идентификации биологических объектов, в частности – вирусов в жидких средах.

В ИТЭФ традиционно развиваются теория и методы линейных ускорителей. В последние годы здесь развиваются методы линейного ускорения тяжелых ионов. На макете сильноточного линейного инжектора ТИПР в 2002 г. сформирован пучок ионов меди Сu+2 и Сu+3 с энергией 110 кэВ/нуклон на выходе линейного ускорителя тяжелых ионов при полном токе 10 мА.

Продолжаются работы в обоснование безопасной ядерной энергетики. Это в первую очередь следующие темы:

  • Эксперименты в обоснование электроядерных установок.
  • Теория, методы и программы расчета ядерных систем и физика ядерных установок нового поколения.
  • Разработка эффективных методов и программ расчета реактора, включая моделирование медленных процессов в 3-мерной модели реактора. Разработана многоточечная модель метода оптимальной стратегии вывода реактора в равновесный режим перегрузок топлива, обобщен на сложные геометрии новый метод точного решения кинетического уравнения – метода кинетической диффузии.
  • Обоснование концепции предельной безопасности ядерных установок. Ядерные установки нового поколения.
  • Исследование многокомпонентных топливных циклов в условиях открытого и замкнутого ЯТЦ с получением энергии, трансмутацией и захоронением долгоживущих радиоактивных отходов.

В ИТЭФ была создана (1977 г.) установка «Критический стенд МАКЕТ» – физическая модель промышленных реакторных установок. За время эксплуатации vКС МАКЕТ были обоснованы безопасность и эффективность промышленных тяжеловодных установок широкого класса. Здесь продолжаются работы по сопровождению действующей промышленной установки и разработке новых перспективных режимов для эффективного производства изотопной продукции.

ИТЭФ является уникальным институтом, объединяющим самые разные области физики и химии от изучения конденсированных сред до физики сверхвысоких энергий. Среди основных направлений можно назвать:

  • теоретические и экспериментальные исследования взаимодействий элементарных частиц и атомных ядер, исследования в области астрофизики;
  • исследование адрон-адронных и адрон-ядерных взаимодействий и резонансных систем, взаимодействий ионных пучков с ядерной материей.
  • исследование фундаментальных взаимодействий на встречных пучках и ускорителях высокой энергии;
  • фундаментальные исследования в области ядерной физики низких энергий;
  • фундаментальные исследования в области физики и химии конденсированных сред;
  • исследование тяжелоионного термоядерного синтеза;
  • разработка новых методов протонной терапии и позитронно-эмиссионной диагностики;
  • разработка новых методов ускорения протонов и многозарядных ионов;
  • разработка нового поколения безопасных ядерно-энергетических установок и исследование
  • возможности ядерной трансмутации долгоживущих радиоактивных отходов.

Сегодня в составе Института – один академик РАН, 11 членов-корреспондентов РАН, 89 докторов и 270 кандидатов наук. Ряд крупных результатов научных исследований Центра вошел в золотой фонд достижений российской и мировой науки. Учеными института сделано 11 открытий, зарегистрированных в Государственном реестре. 8 сотрудников Центра стали лауреатами Ленинской премии, 29 человек — лауреаты Государственных премий. Член-корреспондент РАН М.В. Данилов награжден международной премией имени Макса Планка (1996 г.), и международной премией А. Карпинского (1998 г.) за научные достижения в экспериментальных исследованиях тяжелых кварков. Международной премией им. В. Панофского (1997 г.) награжден Ю.М. Зайцев. В.В. Владимирский отмечен премией РАН им. Векслера 2000 года за выдающиеся работы в области ускорителей. Профессор В.С. Имшенник награжден в 2001 г. золотой медалью РАН им. А.Д. Сахарова за исследования в области термоядерного синтеза и астрофизики, академик Л.Б. Окунь в 2002 г. награжден золотой медалью РАН им. Л.Д. Ландау за выдающиеся работы в области теоретической физики.

Большое внимание уделяется в ИТЭФ воспитанию творческой молодежи. ИТЭФ является учебной базой Московского физико-технического института. Прочные контакты имеет ИТЭФ и с МИФИ, выпускники которого составляют большинство научных сотрудников. Свыше 100 студентов и аспирантов обучаются и работают под руководством известных ученых. Огромную роль в подготовке специалистов играют ежегодно проводимые в ИТЭФ Зимние школы физики. Две кафедры МИФИ и одна кафедра МГУ в значительной степени ориентированы на специалистов и опыт ИТЭФ. Будущее ИТЭФ, будущее физики в России зависит от эффективности работы по привлечению молодежи в науку. Именно этому уделяет дирекция ИТЭФ свое основное внимание в год 60-летия Института. Усилия по привлечению молодежи в науку увенчаны Государственной премией РФ 2003 года для молодых ученых и семью грантами Президента России для молодых кандидатов наук.

Теоретический отдел

Теоретический отдел был основан выдающимися физиками Л.Д. Ландау и И.Я. Померанчуком. В первые годы после основания теоретики ИТЭФ работали в прикладной области. В частности, ими была разработана теория атомных реакторов (1947-1949). Однако, главным направлением исследований теоретического отдела являются работы в области фундаментальной физики.

Главными результатами, полученными в 1940-1950х годах стали доказательство противоречия теории Юкава и квантовой электродинамики (теорема “нуль-заряда” Ландау-Померанчука); теория синхротронного излучения и теория жидкого гелия (Померанчук); исследования взаимодействия, нарушающего зарядовую четность; формулировка гипотезы сохранения CP-четности; теория двух-компонентного нейтрино (Ландау); знаменитая теорема Померанчука о поведении сечений взаимодействия частиц при высоких энергиях. Изданная еще в 1953 г. монография А.И. Ахиезера и В.Б. Берестецкого "Квантовая электродинамика" до сих пор остается общепризнанным учебником. По нему учились и продолжают учиться многие поколения студентов. В 1960-е теоретики ИТЭФ разработали теорию сильных взаимодействий в области высоких энергиях, которая получила интересное развитие благодаря теории Редже.

В 1970-1980е годы в ИТЭФ были разработаны знаменитые правила сумм в квантовой хромодинамике (М. Шифман, А. Вайнштейн, В. Захаров) , которые стали фундаментальным методом, используемым при вычислениях свойств адронов и их взаимодействий. В это же время были созданы теории суперкритических атомов и когерентных состояний, а также метод К-гармоник для описания малочастичных систем. В начале 1980-х в ИТЭФ были начаты работы в новой области инерциального тяжелоионного термоядерного синтеза, альтернативного лазерному синтезу и синтезу с магнитным удержанием плазмы. Эти работы завершились созданием концептуального проекта физической установки. Одновременно с этим в середине 1980-х были начаты работы по теории взрывов суперновых звезд. Замечательным достижением группы В.С.Имшенника является описание процесса звездной эволюции на стадии коллапса, блестяще подтвержденное 10-летним наблюдением за взрывом сверхновой в 1987 г.

Диапазон исследований, проводимых в теоретическом отделе ИТЭФ остается чрезвычайно широким. Однако, основными направлениями являются КХД при конечной температуре, теория кварк-глюонной плазмы и кварковых состояний, теория суперструн и суперсимметрии, двумерная теория поля, нестандартные проблемы в квантовой механике, астрофизика и космология.

Теоретики ИТЭФ принадлежат к школе Л.Д.Ландау и их достижения отмечены самой объективной оценкой - одним из первых мест среди институтов мира по цитируемости работ, выполненных в теоретическом отделе академиками И.Я.Померанчуком, Л.Б.Окунем, проф.В.Б.Берестецким, член-корреспондентом Б.Л.Иоффе, проф. К.А.Тер-Мартиросяном и их учениками М.Б.Волошиным, В.И.Захаровым, А.Б.Кайдаловым, Ю.А.Симоновым, М.А.Шифманом и др.

Экспериментальные исследования в ядерной физике и физике
элементарных частиц

После выполнения задания Правительства (разработка тяжеловодного реактора) главным направлением научных исследований в ИТЭФ стала ядерная физика, а затем, и физика элементарных частиц.

В середине прошлого века ученые ИТЭФ впервые в стране приступили к разработке и использованию водородных, пропановых и ксеноновых пузырьковых камер. На 700-литровой ксеноновой пузырьковой камере ДИАНА в 80-х годах были проведены эксперименты по поиску странных частиц, образующихся при взаимодействии медленных антипротонов с ядрами ксенона. Установлено, что почти все гипероны в аннигиляциях на ядре образуются во вторичных реакциях. Впервые в мире определено сечение реакции omega р . К+ +Lambda при импульсе 0.45 ГэВ/с. Метод обнаружения бинарных реакций позволил оценить значения масс К и omega-мезонов, взаимодействующих в ядерном веществе.

Физики ИТЭФ принимают активное участие в экспериментах на уникальных ускорителях и реакторах в международных научных центрах CERN, DESY, FNAL, KEK и других.

ИТЭФ – один из первых в России институтов, начавших сотрудничать с CERN. Физики ИТЭФ участвовали в проведении целого цикла исследований по взаимодействиям адронов, включая изучение рассеяния на малые углы с помощью изготовленной в ИТЭФ водородной пропорциональной камеры высокого давления. Ученые ИТЭФ играли важную роль в нейтринных исследованиях в экспериментах CHARM, CHARM2, CHORUS, участвуют в подготовке эксперимента OPERA. ИТЭФ внес очень большой вклад в создание эксперимента L3 (адронный калориметр, магнитопровод громадного магнита, превосходящего весом Эйфелеву башню, сверхчистые материалы для электромагнитного калориметра). В эксперименте L3 (совместно с тремя другими экспериментами на e+e–-коллайдере LEP) была проведена прецизионная проверка Стандартной Модели, показано, что в природе есть только три типа нейтрино, а следовательно, скорее всего, только три поколения кварков и лептонов.

Специалисты ИТЭФ внесли большой вклад в создание детекторов для Большого Адронного Коллайдера и готовятся к проведению исследований на этом крупнейшем в мире ускорительном комплексе, включая развитие системы GRID.

В эксперименте ARGUS на коллайдере DORIS (DESY) при активном участии ученых ИТЭФ в начале 90-х годов XX века выполнен обширный цикл исследований свойств прелестных и очарованных частиц, tau-лептона, осуществлен поиск новых частиц и явлений. Впервые было обнаружено явление смешивания нейтральных В-мезонов. Эти исследования позволили впервые определить элементы СКМ-матрицы |Vtd| и |Vub| – фундаментальные параметры современной теории элементарных частиц, связывающие кварки первого и третьего поколений. Эти результаты привели к появлению целого направления исследований – изучения различия свойств материи и антиматерии в распадах прелестных частиц. В США (SLAC) и Японии (КЕК) были построены специальные ускорители – B-фабрики.

В настоящее время группа ИТЭФ участвует в исследованиях в эксперименте BELLE на В-фабрике в KEK, где было обнаружено СР-нарушение в распадах В-мезонов, подтвердившее стандартную теорию. В этом эксперименте впервые обнаружен процесс двойного рождения c anti-c при аннигиляции e+e–. Это неожиданное явление пока не удается описать в рамках квантовой хромодинамики. В эксперименте BELLE обнаружен целый ряд новых частиц, включая кандидатов в экзотические адроны.

Значительно участие ИТЭФ в эксперименте Н1 по исследованию е-р-взаимодействий на ускорителе HERA, где были получены уникальные результаты по структуре протона в области больших Q2 и обнаружен быстрый рост числа глюонов в протоне с уменьшением их импульса. Физики ИТЭФ участвуют в экспериментах на протон-антипротонном коллайдере TEVATRON (CDF и D0), работают в эксперименте CLAS на высокоинтенсивном электронном ускорителе CEBAF, в поляризационных экспериментах на коллайдере RHIC.

Важное направление составляют работы с целью более точного определения верхней границы массы электронного нейтрино методами изучения двойного бета-распада. Начало этим работам было положено совместными экспериментами ИТЭФ и ЕрФИ, их логическим продолжением стал международный проект IGEX. Эта деятельность получает развитие в международных проектах EXO, GERDA, MAJORANA. ИТЭФ активно и успешно участвует в эксперименте NEMO во Франции.

Физики ИТЭФ участвуют в подготовке экспериментов по исследованию атмосферных и внеземных нейтрино (ANTARES), по поиску темной материи.

Дополнительный список литературы:


Возврат к списку