Кафедра общей ядерной физики

Web-page: http://depni.npi.msu.su/gnp/

Весной 1946 года Дмитрий Владимирович Скобельцын организовал на физическом факультете МГУ и возглавил спецкафедру, которая должна была обеспечить высококачественную подготовку специалистов по ядерным специальностям. Академик Д.В. Скобельцын был основателем ядерной физики в СССР. Его научная деятельность охватывала различные направления ядерной физики, физики космических лучей, физики высоких энергий, квантовой электродинамики. Д.В. Скобельцын основал Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ и был его директром с 1946 по 1960 г.

В 1949 году было проведено разделение спецкафедры на пять кафедр. Кафедру ускорителей возглавил Владимир Иосифович Векслер. В декабре 1949 г. на кафедре состоялся первый выпуск — 10 студентов, большинство которых пришло в МГУ с фронта.

К работе на кафедре ускорителей В.И. Векслер привлек А.А. Коломенского и В.А. Петухова — крупнейших специалистов по физике ускорителей и одновременно блестящих лекторов. С конца 50-х годов кафедра ускорителей, помимо подготовки специалистов по физике ускорителей и физике ядерных взаимодействий, стала организатором учебного процесса по завершающему разделу курса общей физики для всех студентов физического факультета МГУ — курсу ядерной физики.

В 1961 году В.И. Векслер переехал в Дубну, где возглавил Лабораторию высоких энергий ОИЯИ. Заведующим кафедрой стал Андрей Александрович Коломенский. Кафедра проводила подготовку специалистов как по физике ускорителей и физике плазмы, так и по физике ядерных процессов. В связи с этим название кафедры было несколько расширено и она стала называться «Кафедра ядерных взаимодействий и ускорителей».

С годами на кафедре сложились два основных научных направления, успешно взаимодействующих в физических исследованиях. Физика пучков заряженных частиц и физика плазмы составляла предмет главных научных интересов проф. А.А. Коломенского и его учеников В.К. Гришина и О.И. Василенко. Изучение возбужденных состояний атомных ядер и ядерных реакций было предметом научных исследований Б.С. Ишханова, И.М. Капитонова, В.Г. Сухаревского, Ф.А. Живописцева, Н.Г. Гончаровой, Э.И. Кэбина. А.В. Шумаков посвятил свои усилия проблемам автоматизации физического эксперимента. Одновременно с подготовкой студентов кафедры по этим основным научным направлениям, сотрудники кафедры преподавали заключительный раздел курса общей физики — физику ядра и частиц студентам физического факультета МГУ, что включало чтение лекций, семинарские занятия и практикум.

В 1987 году кафедра получила новое наименование «Кафедра общей ядерной физики». Заведующим кафедрой был избран профессор Борис Саркисович Ишханов.

Сотрудники кафедры читают для студентов свыше сорока спецкурсов. Разнообразие тем спецкурсов соответствует основным направлениям подготовки выпускников кафедры. К чтению спецкурсов привлекаются профессора других кафедр физического факультета и научные сотрудники НИИЯФ.

Общий ядерный практикум является неотъемлемой частью обучения на физическом факультете МГУ. Ежегодно его выполняют более 300 студентов 25 различных кафедр. Основная задача практикума — освоение новых методов проведения и анализа сложнейших научных экспериментов в ядерной физике — физике частиц и физике взаимодействий. Студенты знакомятся с современной экспериментальной аппаратурой, самостоятельно проводят измерения и обработку различных ядерных характеристик и ядерных реакций. Ежегодно к работе в практикуме привлекается около 20 преподавателей кафедры, сотрудников и аспирантов НИИЯФ. Кроме того, как показал опыт последних лет, широкое привлечение молодых сотрудников НИИЯФ для работы со студентами в практикуме оказывается важным как для более успешного взаимодействия со студентами, так и для профессиональной подготовки самих сотрудников.

Кафедрой общей ядерной физики физического факультета МГУ совместно с Н­ИИЯФ МГУ создан сайт «Ядерная физика в Интернете» (nuclphys.sinp.msu.ru), на котором в режиме открытого доступа публикуются учебные и справочные материалы по физике ядра и частиц и смежным дисциплинам. В первую очередь это материалы соответствующего раздела курса общей физики, читаемого на физических факультетах классических университетов. Одновременно происходит наполнение его материалом, касающимся спецкурсов и прикладных аспектов физики ядра.

Публикуемые материалы размещены в нескольких разделах:

  • материалы общего курса (лекционные материалы, задачи и их решения, методические разработки и т.п.);
  • материалы спецкурсов;
  • справочные материалы (линк-листы сайтов научных центров, научных журналов, учебных материалов, опубликованных на других сайтах по ядерной физике и смежной тематике, интерфейсы и ссылки на базы ядерных данны х и т.п.);
  • автоматизированные системы проверки и самопроверки знаний;
  • виртуальные консультации;
  • виртуальный лабораторный практикум и др.

Материалами сайта пользуются студенты и преподаватели как физичекого факультета МГУ, так и других вузов.
Основные направления научной работы на кафедре: физика ускорителей, фундаментальная ядерная физика, физика высоких энергий, радиационные процессы и новые материалы, поддержка и развитие баз данных по ядерной физике, в частности, по физике электромагнитных взаимодействий, радиоэкология, автоматизация эксперимента, компьютерное моделирование.

Кафедра заняла лидирующее положение в такой важной области, как генерация непрерывных сильноточных электронных пучков. На базе разработок, выполненных на кафедре, в ОЭПВАЯ НИИЯФ МГУ впервые в мире созданы ускорители с непрерывными электронными пучками большой мощности, которые, помимо фундаментальных исследований, оказались незаменимыми и при решении многих прикладных задач — таких, например, как трансмутация элементов, т.е. изменение элементного состава образца под действием интенсивного пучка частиц, что представляет интерес для решения широкого круга фундаментальных и прикладных задач.
На двухсекционном компактном ускорителе электронов с большой мощностью пучка, запущенном в 2001 г., проведены сеансы облучения образцов полупроводниковой техники, космических материалов. Совместно с НПП Торий изготовлены три секции ускоряющих структур для строящегося в Институте ядерной физики г. Майнц (ФРГ) двустороннего микротрона с непрерывным пучком электронов на энергию 1,5 ГэВ.

Главное преимущество ускорителей непрерывного действия — стопроцентный фактор заполнения рабочего цикла, т.е. в таких ускорителях пучок генерируется непрерывно, в отличие от импульсных ускорителей, где доля времени существования пучка обычно составляет 0,1%. За счет этого максимальная скорость набора статистики на 2—3 порядка выше, чем на импульсных ускорителях, что дает возможность изучать редкие процессы с малыми сечениями, недоступные для наблюдения на обычных ускорителях.

Сотрудники кафедры, студенты и аспиранты занимаются также теоретическими исследованиями, в частности, исследованиями структуры и свойств мультипольных резонансов в сечениях ядерных реакций. В рамках сотрудничества Московского государственного университета, Национальной лаборатории JLAB (США) и Национального института ядерной физики (Италия) на основе модели, развитой в ОЭПВАЯ НИИЯФ МГУ, выполнен анализ экспериментальных данных по рождению пионных пар виртуальными фотонами, полученных международной коллаборацией CLAS на непрерывном пучке электронов ускорителя нового поколения JLAB (США).

Выполнен ряд теоретических и экспериментальных исследований, посвященных физике электромагнитного излучения релятивистских электронов в различных средах. Исследования проводились с целью поисков эффективных источников коротковолнового излучения и новых методов структурной диагностики конденсированных сред и анализа параметров ускоренных пучков частиц. Была показана практическая возможность создания на этой основе источника тормозного излучения с интенсивностью остронаправленного фотонного пучка, на порядок превышающей интенсивность традиционных источников. Эти источники, при использовании пучков электронов с энергиями до десятка МэВ, будут иметь компактные размеры, но обладать существенно более высокой эффективностью, чем ныне существующие аналоги. Экспериментальные исследования в рассматриваемом направлении проводились на базе ускорителей нового поколения.

Развитие и совершенствование информационного обеспечения — общая проблема для различных областей человеческой деятельности. Физические исследования в целом (ядерно-физические, в частности), — лишь одна из них. Состояние дел в этой области в течение последних лет характеризуется стремительным ростом объемов получаемой, анализируемой и используемой информации с одновременным повышением требований к ее точности и надежности. Это непосредственно связывает эффективность научных исследований с прогрессом в области информационных технологий.

Несколько лет назад при координации и под руководством МАГАТЭ была создана международная сеть Центров ядерных данных для накопления, обработки и распространения ядерных данных. В состав сети входит и Центр данных фотоядерных экспериментов НИИЯФ МГУ. В ЦДФЭ за последние годы создано несколько больших реляционных баз данных (http://depni.sinp.msu.ru/cdfe/). Например, одна из баз содержит всю опубликованную информацию обо всех (~2500) известных в настоящее время стабильных и радиоактивных ядрах, база данных по ядерным реакциям содержит свыше 1 млн. наборов данных (объем > 500 Мб) из более чем 100 тыс. публикаций.
В 1996 г. на кафедре было создано новое направление научных исследований: «Радиационные процессы в твердом теле и новые материалы», что было вызвано необходимостью обеспечить подготовку специалистов и проведение исследований в области неравновесных процессов, сопровождающих прохождение пучков ионов и молекулярных пучков через конденсированные среды. Такие процессы все шире используются при синтезе материалов с новыми свойствами, получить которые традиционными способами не представляется возможным. Другой сферой использования радиационных процессов, также непрерывно расширяющейся, является развитие ядерно-физических пучковых методик для диагностики состава и структуры материалов и для исследования явлений в твердом теле и на поверхности.

Студенты и аспиранты кафедры имеют возможность заниматься физикой высоких энергий. Исследования в этой области ведутся в НИИЯФ МГУ в Отделе экспериментальной физики высоких энергий (ОЭФВЭ). Отдел ведет исследования на крупнейших ускорителях мира: в DESY (Германия), на Тэватроне в США, в Европейском центре ядерных исследований CERN (Швейцария). Идет подготовка к экспериментам на большом адронном коллайдере, строящемся в CERN.

Важным направлением исследований является проблема малых доз ионизирующих излучений, имеющая не только радиобиологическое, но и социально-экономическое значение. Естественный фон Земли и подавляющее число случаев облучения относятся к малым дозам. Их биологическая опасность остается центральной и спорной проблемой радиационной медицины и радиоэкологии. Проведен сравнительный анализ действия малых доз на различные органы и ткани, рассмотрена проблема порога и делается вывод о его существовании.

В 1982 году проф. Б.С. Ишханов удостоен премии Совета министров СССР. Профессора кафедры Б.С. Ишханов и И.М. Капитонов являются авторами открытия №342 «Закономерность конфигурационного расщепления гигантского дипольного резонанса у легких атомных ядер» (1989 г.). Им же была присуждена Ломоносовская премия.