Category: Наука и техника

Российский вклад в DESY

В нашем городе расположены не только всемирно известные промышленные предприятия и крупнейший порт Германии. Здесь, в международном научно-исследовательском центре DESY, рождается будущее науки.

DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) занимается разработкой, строительством и эксплуатацией ускорителей элементарных частиц, исследованием физических свойств материи и возможностей использования синхротронного излучения в химии, молекулярной биологии и медицине. Основанный полвека назад, в 1959 году, он входит в крупнейшую научную организацию Германии – Общество германских научно-исследовательских центров, носящее имя одного из величайших ученых XIX века Германа фон Гельмгольца (Die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren).

DESY на 90% финансируется из федерального бюджета Германии, остальное доплачивает  Гамбург, а также земля Бранденбург, где в городе Цойтен есть филиал центра. Гамбургская «штаб-квартира» DESY находится в районе Баренфельд (Notkestraße 85). Здесь работает 1900 человек, примерно 600 из них – ученые. Результатами экспериментов, которые проводятся на гигантских ускорителях, пользуется 3000 исследователей из 45 стран, в том числе и из бывшего СССР. На огромной территории научного центра повсюду слышна иностранная и, конечно же, русская речь. Программисты Юрий Нечаев и Виктор Соловьев в свое время перебрались в DESY из подмосковного Института физики высоких энергий в Протвино. Они охотно согласились рассказать о своей работе нашим читателям.

– Все началось в середине 90-х с командировок, – рассказывает Юрий, – а закончилось постоянным контрактом. Мы с Виктором разрабатываем системы контроля и управления ускорителями, пишем программы визуализации данных. Эти программы учитывают сотни тысяч параметров и обеспечивают контроль за правильностью прохождения пучка к экспериментальным установкам. А если случается сбой – повысилась температура или изменилась траектория электронов – программа показывает, где это произошло, куда бежать и что делать.

– А почему ускорители такие большие?

– Потому, что скорости электронов очень высоки. Чтобы заставить их изменить траекторию, частицы надо поместить в магнитное поле. Чем выше скорость, тем сильнее должно быть магнитное поле. Ускорители представляют собой туннель (часто подземный), прямой или кольцевой. У нас здесь есть несколько кольцевых ускорителей – DORIS, PETRA. А летом состоится пуск новой установки – электронно-позитронного тандемного коллайдера PETRA III. Он представляет собой источник концентрированного пучка рентгеновского излучения, с помощью которого можно исследовать мельчайшие структуры и делать внутримолекулярные фотоснимки. Таким способом, например, определяют структуру протеинов и выясняют их функции в организме. На новом коллайдере будет производиться 14 экспериментов для изучения структуры различных веществ.

В 2009 году в DESY стартовал еще один проект, который можно назвать проектом тысячелетия: началось строительство лазерного ускорителя частиц на свободных электронах под названием XFEL. К 2014 году будет построен новый исследовательский туннель длиной 3,4 км, снабженный шестью измерительными агрегатами. Благодаря ускорению электронов в нем будут происходить вспышки сильнейшего рентгеновского излучения, которое используют, в частности, для управления химическими реакциями, а также для исследований на атомарном уровне при производстве лекарств. В проекте принимает участие и Россия, которая предоставила четверть необходимых средств – 250 миллионов евро.

– Немцев это сильно удивило, – говорит Виктор Соловьев, – потому что в последнее время Россия не участвовала в таких больших проектах. Финансирование уже началось – так же, как и земляные работы. Туннель будет целиком проложен под землей на глубине от 20 до 50 метров. Но для людей, живущих непосредственно над ускорителем, абсолютно никаких проблем со здоровьем не возникнет, потому что новая техника связана с изучением электромагнитных излучений. Это уже не физика высоких энергий, а физика света, которая решает прикладные задачи, поставленные промышленностью – в спектроскопии, кристаллографии, испытании новых материалов, нанотехнологии. Это уже коммерческое применение ускорителей. Если раньше физики занимались изучением строения частиц, то сейчас в центре внимания – разработка новых материалов и различных приборов на основе этих материалов. В это готовы вкладывать средства предприятия и Германии, и России. У нас очень оптимистичные прогнозы. Кстати, строительство этого нового лазерного ускорителя было предложено российским ученым Михаилом Юрковым. Теперь в DESY грузовиками постоянно завозят аппаратуру.

Виктор и Юрий насчитали среди постоянных сотрудников DESY около 40 русскоязычных специалистов из многих регионов России и СНГ. А в числе 700 студентов и будущих докторов наук, которые готовят здесь дипломные работы и диссертации, оказался Сергей Бобровский. В 1995 году он в возрасте 13 лет переехал в Германию из Киева и теперь занимается исследованием новых путей физической науки. А в свободное время проводит экскурсии для русскоязычных посетителей (на снимке). Вашему корреспонденту удалось побывать на одной из них вместе со школьниками из Новосибирска. Они приехали в Гамбург в рамках проекта «Вместе познавать окружающий мир» фонда «Германо-российский молодежный обмен» (Stiftung Deutsch-Russischer Jugendaustausch).

Те, кто захочет последовать их примеру и посетить DESY, могут в каждое первое воскресенье месяца, в 10.00, прийти к главному входу (Notkestraße 85). Справки по телефону: 040/8998-3613. Продолжительность экскурсии 2,5–3 часа, включая теоретический доклад минут на 45 и знакомство с территорией DESY – технопарком под открытым небом, где выставлены модели ускорителей предыдущих поколений.

Для справки:

Ускоритель – это установка, в которой с помощью электрических и магнитных полей в вакууме получаются направленные пучки электронов, протонов, ионов и других заряженных частиц. Ускорение производится с помощью электромагнитного поля, способного изменять энергию частиц, обладающих электрическим зарядом. Скорости нередко повышаются до значений, близких к скорости света. Когда частица ускоряется, она излучает свет, поэтому ее заставляют двигаться, как в лыжном слаломе, – она постоянно меняет свое направление, а ее свет создает направленное излучение, которое позволяет изучать структуру материи.

Корреспондент “У нас в Гамбурге” встретилась с одним из наших соотечественников, кандидатом химических наук Сергеем Шишацким, сотрудником Института исследований полимеров исследовательского центра GKSS-Forschungszentrum Geesthacht, GmbH. Состоялся подробный разговор о науке, образовании и проектах будущего.

К.: Сергей, расскажите, пожалуйста, о научном центре в Гестахте.
С. Шишацкий: Центр был основан в 1956 году, и его название GKSS полностью расшифровывается как Gesellschaft für Kernenergieverwertung in Schiffbau und Schifffahrt mbH. Главным проектом в 60-е годы был построеный исключительно для научных целей единственный немецкий атомоход Отто Хан (Otto Hahn), который использовался для разного рода исследований вплоть до 1979 года. После завершения этого проекта судостроение перестало играть ведущую роль в работе центра. С 1958 года на учебном ядерном реакторе FRG-1 ведутся исследования по безопасности таких объектов, а также изучение материалов с использованием нейтронов, которое продолжается и по сей день.

К.: Каковы самые актуальные темы научных исследований Вашего центра?
С. Шишацкий: Сейчас научная работа ведется в трех основных направлениях, которым соответствуют организационно независимые друг от друга институты: Институт исследований прибрежной зоны (Institut für Küstenforschung) ведет наблюдения за состоянием и изменениями прибрежной зоны, занимается прогнозами её развития в связи с деятельностью человека и глобальными изменениями климата;
– Институт исследований полимеров (Institut für Polymerforschung) разрабатывает материалы для нужд медицины, а также проводит фундаментальные и прикладные исследования в области химии и физики полимеров. Разработка полимерных мембран для разделения газовых смесей, паров и жидкостей является одним из важнейших направлений его деятельности;
– Институт материаловедения (Institut für Werkstoffforschung) проводит эксперименты в области создания и переработки качественно новых материалов для нужд медицины, автомобильной и аэрокосмической техники.

К.: Каким был Ваш путь в науку и в GKSS-Forschungszentrum? Над какими проблемами Вы сейчас работаете?
С. Шишацкий: Я учился в специализированной биологической школе. Одним из моих любимых предметов была химия. Мне было интересно, когда что-нибудь кипело, бурлило, взрывалось… Окончил факультет переработки полимеров Московского института тонкой химической технологии. Потом занимался научной деятельностью в Московском институте нефтехимического синтеза, руководимом вице-президентом Российской академии наук Н.А.Платэ. Там же защитил диссертацию, посвященную разработке новых полимеров и процессам переноса веществ через полимерные материалы. С 2002 года занимаюсь разработкой полимерных мембран в Институте исследования полимеров в Гестахте. Наши разработки позволят создать новые технологии защиты окружающей среды от выбросов углекислого газа, высокопродуктивные системы очистки выхлопных газов, хранения продукции сельского хозяйства в контролируемой атмосфере. С помощью полимерных мембран в недалёком будущем станет возможным получение экологически чистой электроэнергии за счёт использования осмотического давления между речной и морской водой. Опреснение морской воды без дорогостоящей дистилляции, с использованием процесса обратного осмоса, является второй из самых востребованных разработок в области полимерных мембран после процесса диализа крови. Я хотел бы особо подчеркнуть, что работа в области полимерных мембран требует самых разнообразных знаний, от молекулярного моделирования с использованием компьютеров, органической и неорганической химии, до инженерных дисциплин. Именно эта смесь знаний или так называемая «междисциплинарность» делает нашу работу такой интересной.

К.: Насколько мне известно, у Вас интернациональный коллектив.
С. Шишацкий: Да, научное сотрудничество на самом деле не знает границ. В нашем отделе есть ученые из Бразилии, Боливии, Чили, Аргентины, Франции, Дании, Пакистана, Португалии, Румынии, Индии, сложно всех перечесть! Мы общаемся, ведем документацию, пишем научные статьи и проекты преимущественно на английском языке. Поэтому рекомендую школьникам и студентам относиться к этому предмету со всей серьезностью, независимо от того, какую профессию они выберут в дальнейшем.

К.: Вы говорите, вероятно, о новом поколении ученых XXI века?
С. Шишацкий: Да, наукой должны заниматься не только хорошие профессионалы, но и энтузиасты. Наш научно-исследовательский центр уже десятилетия занимается образовательной деятельностью и таким образом пропагандирует естественные науки среди детей и подростков. Так, например, в рамках общегерманской программы “Наука в диалоге” в GKSS-Forschungszentrum специалъно для школьников создана лаборатория, в которой они могут проводить самые смелые химические и физические эксперименты, конечно, под руководством своих учителей. А ученики старших классов могут проходить у нас школьную практику. Дополнительную информацию об этих и других проектах GKSS-Forschungszentrum можно получить в Интернете: www.gkss.de.

К.: Сергей, большое спасибо за интервью. Мы желаем Вам новых научных открытий и достижений.

Текст: Галина Дрейдинк

Второго февраля 2009 года приняла первых пациентов самая современная больница Европы. Вы все ее хорошо знаете, потому что находится она у нас в Гамбурге.

Здание новое, адрес старый — Martinistraße 52. Университетская клиника в Эппендорфе (UKE): сразу 17 подразделений, еще недавно разбросанных по ее территории, переехали под одну крышу, образовав единый суперсовременный медицинский комплекс. Хотя при входе сразу не сообразишь, что это больница, а не какой-нибудь торговый центр — бегущие эскалаторы ведут к длинному ряду киосков, магазинчиков и кафетериев.

Хотя по сравнению с российскими, например, медицинскими учреждениями немецкие клиники намного более доступны для посетителей, даже здесь вы вряд ли просто так попадете в операционную. Однако в День открытых дверей возможность увидеть самую сокровенную медицинскую «начинку» 7-этажного здания предоставили всем желающим. Были здесь и русскоязычные гости с немалым врачебным опытом, которые уважительно качали головой и восхищенно цокали языком. Так что глава UKE Йорг Дебатин (Jörg Debatin) вряд ли преувеличивал, когда говорил, что для его клиники начинается новая эра.

Кстати, шеф UKE гордится не только новым комплексом, но и тем, что за пять лет строительства финансирование объекта не вышло за рамки изначально запланированных 188 млн евро. При этом подрядчиком выступал Hochtief — тот самый концерн, с которым город никак не может сойтись в цене при возведении печально знаменитой Elbphilharmonie. Г-н Дебатин готов поделиться с правительством Гамбурга своим богатым опытом деловых отношений со строителями. А еще он надеется, что уже в 2010 году его клиника рассчитается с долгами и начнет получать прибыль, которую будет инвестировать в научные исследования.

Труд врачей и обслуживающего персонала клиники значительно облегчают новые достижения в области логистики. Пневматическая почта, так называемое модульное обеспечение и автоматическая система распределения заказанных товаров и доставки медикаментов позволяют сотрудникам работать быстрее, надежнее и рентабельнее. В итоге у них будет оставаться больше времени для пациентов. Кстати, сокращения штатов в UKE не предвидится: 600 врачей и 1800 сотрудников получили гарантию занятости по крайней мере до 2012 года.

К услугам пациентов около 400 двухместных и четырехместных палат. Каждое отделение насчитывает в среднем 12 палат и 28 коек. Разъемы для подключения медицинской техники скрыты в стенах за специальными задвигающимися панелями.

При проектировании операционных залов, вспомогательных помещений и палат архитекторы специально опрашивали врачей, медсестер, санитаров и пациентов, чтобы постараться угодить всем. 16 операционных залов стоимостью миллион евро каждый имеют специальную систему вентиляции, которая сводит к нулю опасность распространения традиционных «больничных» инфекций. Во всем, что касается внутренней гигиены здания, новый комплекс представляет собой настоящий эталон.

В новом здании разместились, в частности, центральный приемный покой, центры внутренних болезней и трансплантации, отделения анестезии и интенсивной медицины, центр оперативной медицины, отделение родовспоможения и детской медицины, неврологический центр, а также амбулатория и поликлиника. Прямо на крыше здания находится вертолетная площадка, что позволяет быстрее доставлять тяжелых больных в операционные. За счет переезда отделений UKE в новое здание остались не у дел некоторые старые помещения. Для самых крупных из них уже найдены новые владельцы, а вот здания хирургического и гинекологического отделений будут снесены.

При всей своей нынешней суперсовременности UKE имеет 120-летнюю историю — больница в Эппендорфе была открыта в 1889 году. Университетской клиникой она стала в 1934-м. Сейчас она обслуживает не только жителей Гамбурга и не только граждан ФРГ. Клиника ежегодно зарабатывает около 6 млн евро, обслуживая более 600 пациентов из-за границы. Причем большая их часть приезжает из России. Поэтому недавно фирма Consult und Management GmbH, представляющая интересы UKE за рубежом, открыла представительство гамбургской клиники в Москве.

18 декабря 2009 года гамбургский научный центр DESY отмечает 50-летие. Поскольку к юбилеям принято делать особенные подарки, физики подарили себе новую «игрушку» – позитронно-электронный тандемный коллайдер PETRA III.

Разумеется, ученые не были бы учеными, если бы не пытались постоянно удовлетворять собственное любопытство за государственный счет. Причем счет не маленький – PETRA III, например, обошлась налогоплательщикам в 233 млн евро. Ее женское имя – это аббревиатура полного немецкого названия установки (Positron-Elektron-Tandem-Ring-Anlage). Упрощенно говоря, она представляет собой мощный рентгеновский лазер на базе ускорителя, дающий возможность одновременно проводить до 14 различных научных экспериментов.

При помощи сверхтонкого пучка рентгеновского излучения физики получают возможность наблюдать за ходом химических реакций, управлять поведением отдельных молекул для целей генной инженерии и манипулировать структурой ДНК. А это, как вы понимаете, уже не праздное любопытство. Еще одно возможное применение рентгеновского лазера связано с разработкой и синтезом новых медикаментов, а также нано- и биоматериалов, имеющих заданные свойства.

Именно поэтому на официальной церемонии пуска установки PETRA III было 850 гостей, представлявших самые разные сферы деятельности. Приехала на этот праздник технического прогресса и федеральный министр по делам науки Аннетте Шаван (Annette Schavan). Кстати, именно из федерального бюджета было выделено 90% необходимых для строительства коллайдера средств (остаток предоставило правительство Гамбурга). За два с половиной года был полностью переоборудован кольцевой ускоритель PETRA (длина туннеля – 2,3 км), а также построен большой экспериментальный корпус. Пол здания представляет собой гигантскую бетонную плиту метровой толщины, не имеющую жесткой привязки к стенам. Это сделано для того, чтобы даже малейшие колебания почвы не могли повлиять на результаты экспериментов.

Уже во время пробных включений PETRA III установила своеобразный рекорд, сфокусировав самый тонкий и самый яркий в мире пучок рентгеновского излучения. Давно известно, что чем тоньше инструмент, тем более филигранную работу можно выполнять с его помощью. Это справедливо и в отношении таких гигантских «приборов», как ускорители элементарных частиц. В общем, новый коллайдер – очень неплохой подарок к юбилею DESY.