На пучках тяжелых заряженных частиц комплекса NICA будут выполняться исследования в области наук о жизни, испытываться радиационно стойкие и защитные материалы, разрабатываться элементы оборудования космических аппаратов. В будущем это поможет созданию Российской орбитальной станции.
Целевая лабораторная площадка для выполнения совместных работ на ускорительном комплексе NICA создается на базе Объединенного института ядерных исследований головным учреждением России по проблемам космической биологии и медицины, отвечающим за реализацию программы медико-биологических исследований и экспериментов на борту Российского сегмента МКС, Институтом медико-биологических проблем РАН (ИМБП РАН).
Одним из важных направлений деятельности ИМБП РАН является обеспечение радиационной безопасности пилотируемых космических полетов, а также проработка мер по снижению негативного влияния космической радиации во время планируемых в обозримом будущем полетов в дальний космос. Эти задачи будет возможно решить на ускорительном комплексе NICA, где будут проводиться работы в области прикладных исследований на выведенных пучках тяжелых ионов. Создаваемые на каналах вывода пучка из Нуклотрона облучательные станции составят прикладную инфраструктуру ARIADNA (Applied Research Infrastructure for Advance Development at NICA fAcility).
О том, какие способы взаимодействия конечных пользователей прикладной инфраструктуры существуют и о создании при комплексе NICA первой целевой лаборатории рассказал заместитель начальника отделения научно-методических исследований и инноваций Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ Олег Белов.
«В коллаборацию ARIADNA вступают организации, ведущие широкий спектр исследований в области наук о жизни, радиационного материаловедения и тестирования микроэлектроники. Каждая организация вырабатывает свой формат взаимодействия: некоторые пользователи будут приезжать и облучать здесь свои образцы, другие будут передавать образцы для облучения, а ряд организаций выражает намерение создать собственные локации у нас в Институте для выполнения работ на постоянной основе», – сказал Олег Белов. Он добавил, что первым таким постоянным резидентом инфраструктуры ARIADNA станет ИМБП РАН, который давно и успешно сотрудничает с ОИЯИ. Эта совместная площадка, представляющая собой, фактически, целевую лабораторию, будет иметь тесное научно-техническое взаимодействие с мегасайенс-проектом NICA.
Идея
Целевые лаборатории по направлениям прикладных исследований являются популярной и эффективной моделью взаимодействия крупных ускорительных центров со сторонними научными организациями. Так, целевая лаборатория космического агентства NASA уже на протяжении многих лет действует в Брукхэйвенской национальной лаборатории (США).
«Именно ИМБП РАН обеспечивал первые пилотируемые космические миссии на орбиту Земли. Полеты советских космонавтов Юрия Гагарина, Германа Титова и других показали необходимость проведения фундаментальных и прикладных исследований жизнедеятельности космонавтов. Эти задачи в свое время и были возложены на институт. В настоящее время ИМБП РАН также осуществляет медико-биологическое сопровождение пилотируемой полетной программы на МКС. Обсуждается возобновление российской миссии на Луну, длительные космические полеты на Марс и к астероидам. Все эти вопросы требуют достаточно плотных исследований с использованием источников тяжелых заряженных частиц», — прокомментировал Олег Белов. Сейчас на территории России, стран СНГ и ближайшего зарубежья единственной такой установкой является комплекс NICA, поскольку именно он позволит работать с весьма широким спектром тяжелых ионов в различных диапазонах энергий.
Все это даст будущей целевой лаборатории ИМБП РАН в ОИЯИ возможность охватить широкий круг научных направлений, – прежде всего, это вопросы космической медицины и обеспечения безопасности космических полетов – как орбитальных, так и длительных за пределы магнитосферы Земли. Кроме того, — работы в области радиационной биофизики и смежных исследований по радиационному материаловедению и защитным свойствам материалов. Планируется решение прикладных задач в сфере радиационной физики и дозиметрии, направленные на разработку новых средств защиты экипажей космических кораблей от воздействия ионизирующего излучения. «Отличительной чертой планируемых работ является то, что поставленные задачи имеют четкий практический выход: все, что будет делаться на базе целевой лаборатории, будет нацелено на ускоренное внедрение в практику», — отметил Олег Белов.
Идея основания целевой лаборатории возникла в ходе проведения Международного круглого стола по прикладным исследованиям на NICA в сентябре 2021 года. На его полях прошла встреча директора ОИЯИ Григория Трубникова и директора ИМБП РАН Олега Орлова, на которой было предложено, используя потенциал комплекса NICA, активизировать сотрудничество между ИМБП и ОИЯИ в части исследований, посвященных радиационной безопасности длительных космических полетов.
Прошлое и будущее
Основы для создания лаборатории были заложены уже давно: на технической площадке ЛЯП ОИЯИ находится корпус №73, стоящий на балансе ИМБП РАН. В этом здании был выполнен обширный цикл работ по изучению биологического действия ионизирующих излучений, в том числе на центральную нервную систему. В частности, в 2015-2016 гг. сотрудниками ИМБП РАН активно проводились эксперименты на Нуклотроне по облучению мелких лабораторных животных, а позднее – и приматов.
В 2023 году планируется сделать капитальный ремонт здания. Уже разработан совместный с ИМБП РАН проект модернизации корпуса, который сейчас проходит стадию согласования с надзорными органами. После завершения модернизации в корпусе планируется разместить инновационное оборудование для исследований в области космической биологии и медицины, а также радиационного материаловедения. Часть парка оборудования составят уникальные установки, специально разработанные для решения задач в области моделирования нескольких факторов космического полета в наземных условиях.
«В корпусе планируется разместить большой по современным меркам комплекс аналитического оборудования, который будет создаваться с привлечением средств внешних целевых программ, госконтрактов и грантов, — рассказал Олег Белов. – Расширение лабораторной базы подразумевает привлечение новых, прежде всего, молодых сотрудников с ученой степенью, для участия в совместных работах». Он добавил, что ИМБП РАН не единственная организация, которая имеет намерение создать общую площадку для совместных работ при NICA, но для этого научного центра запустить целевую лабораторию будет намного легче, поскольку уже имеется собственный корпус на территории ОИЯИ.
Олег Белов отметил, что еще до начала активной фазы создания проекта NICA сотрудниками ИМБП РАН проводились работы по радиационному материаловедению и облучению биологических объектов на канале вывода пучка из Нуклотрона. В ближайшие годы на ускорительном комплексе NICA ожидается получить более широкий набор тяжелых ионов и более широкий диапазон энергий, доступный для выполнения прикладных исследований.
«В идеале мы хотели бы видеть на NICA получение так называемого «многоионного» пучка относительно высоких энергий, когда за сравнительно небольшой промежуток времени происходит смена вида и энергии ионов, – пояснил Олег Белов. – Это позволяет ближе подойти к моделированию реальной радиационной обстановки в дальнем космосе. Такой режим работы комплекса NICA представляет большой интерес для широкого круга исследователей. Если нам удастся его реализовать, то ИМБП РАН, безусловно, будет одним из его главных пользователей». Он добавил, что попытки сформировать «многоионный» режим с фракцией тяжелых ионов высоких энергий предпринимаются и в других научных центрах. В последние 2-3 года такой режим ускорения удалось реализовать только в Брукхейвенской национальной лаборатории (США). Возможно, в будущем такой метод будет реализован в рамках проекта FAIR (Германия).
«Поэтому сейчас у нас есть шанс не упустить инициативу и реализовать столь же уникальную возможность в Дубне, сделав проект NICA передовым также и в части прикладных исследований, особенно для ученых и специалистов, работающих в космической отрасли», – заключил Олег Белов.