Finn ut universets historie og nøste opp sammensetningen av mørk materie: installasjoner i megavitenskapsklasse i Russland som endrer vitenskapen
Miscellanea / / September 28, 2023
Klassefasiliteter i megavitenskap er kraftige vitenskapelige komplekser for fundamentalt ny forskning. Ideen om å lage slike dukket opp i andre halvdel av 1900-tallet. Prefikset "mega" er ikke tilfeldig her: slike prosjekter er virkelig gigantiske og opprettes med finansiering og deltakelse av spesialister fra forskjellige land og vitenskapsgrener. Megavitenskapelige strukturer består av mange komponenter: både fysiske objekter, som enorme partikkelakseleratorer eller teleskoper, og ultramoderne informasjonssystemer for databehandling.
Oppgaven til kompleksene er også enestående: se inn utover det grunnleggende innen vitenskap og svare på grunnleggende spørsmål. For eksempel for å forstå hvordan universet dukket opp og om det er liv utenfor jorden. Men de er nyttige ikke bare fra et synspunkt av vitenskapelig interesse. Funn gjort gjennom forskning er nyttige innen medisin, datateknologi og industri.
7 megavitenskap-installasjoner i Russland
1. PIK forskningsreaktor
Prosjekt av denne megavitenskapsklasseinstallasjonen i Gatchina
dukket opp tilbake på 1970-tallet, men begynte å jobbe først i begynnelsen av 2021. Forsinkelsen skyldtes ulykken ved atomkraftverket i Tsjernobyl: etter det begynte lignende komplekser å bli testet på nytt for sikkerhet, og med deltakelse av et internasjonalt ekspertpanel. Prosessen trakk ut til 1991, men en ny vanskelighet oppsto der - Sovjetunionens sammenbrudd, på grunn av hvilket prosjektet ble fullstendig frosset en stund. De kom tilbake til jobb på 2000-tallet.PIK er en vannkjølt nøytronreaktor. Dette er navnet på enheter der vanlig vann fjerner varme, og deuterium, også kjent som tungtvann, bremser kjernereaksjonen. Oppgaven til installasjonen er å generere nøytroner. Nå er det fem forskningsstasjoner av 25 som kjører på den, så forskerne studerer fortsatt bare disse partiklene. PIK skal være fullt operativ innen utgangen av 2024. Deretter vil det bli utført eksperimenter der for å studere objekter i mikroverdenen, oppførselen til partikler og kjernefysiske reaksjoner, samt for å lage nye materialer, blant annet for biomedisin. Forskere foreslåat det ved hjelp av denne megavitenskapsinstallasjonen vil være mulig å finne en ny tilnærming til behandling av kreft.
2. Collider NICA
Superledende kolliderer i Dubna ble laget for atomforskning. 19 land deltok i arbeidet med det, og i år skulle megavitenskap begynne å fungere for fullt. Ved hjelp av et slikt oppsett ønsker forskerne å forstå hvordan Big Bang førte til dannelsen av protoner og nøytroner. Ifølge forskere vil kollideren bidra til å gjenskape kvark-gluonplasma - dette er en spesiell tilstand av aggregering av materie i partikkelfysikk. Det antas at det var i det universet bodde i de første øyeblikkene av livet.
Quark-gluon plasma vil bli reprodusert på grunn av kollisjonen av stråler av forskjellige partikler, inkludert tunge ioner med lav energi. For å fange opp resultatene av disse eksperimentene i akseleratoren lagt ut to eksperimentelle oppsett: MPD og SPD.
Å hjelpe til med å lansere NICA og andre megavitenskap-klasse-anlegg i Russland er en av oppgavene nasjonalt prosjekt "Vitenskap og universiteter". Nå er alle tunge komplekser i landet planlagt montert i enkelt nettverk. I tillegg til NICA inkluderer den allerede PIK-reaktoren, SILA-synkrotronkilden, den russiske fotonkilden RIF, den synkrone strålingskilden KISS-Kurchatov, ringfotonkilde SKIF, prototype pulserende nøytronkilde OMEGA, samt det vitenskapelige og pedagogiske medisinske senteret "Complex of Nuclear Medicine". Megascience-installasjoner er lokalisert i forskjellige regioner av landet og skal hjelpe russiske forskere med å gjøre oppdagelser av verdensbetydning.
Å lære mer
3. Tokamak T-15MD
En tokamak, også kjent som et toroidalt kammer med magnetiske spoler, er en spesiell type reaktor for å lage termonukleær fusjon i varmt plasma. T-15MD-installasjonen er, sammenlignet med andre megavitenskaper, ganske kompakt. Det ligger i Moskva, ved Kurchatov-instituttet. Dette er en modernisert versjon av T-15-reaktoren, som har jobbet på grunnlag av institusjonen siden 1980-tallet. Den ble lansert i et nytt format i 2021, men vil fortsette å bli forbedret frem til 2024.
Reaksjonene som vil bli opprettet i T-15MD ligner prosesser i kjernene til stjerner, ledsaget av en enorm frigjøring av energi. Og her ligger hovedformålet med tokamak. Forskere håper at eksperimenter der vil hjelpe menneskeheten for å finne en ny trygg og praktisk talt uuttømmelig strømkilde.
4. TAIGA gammastråleobservatorium
Dette komplekset inkluderer flere atmosfæriske teleskoper, mer enn hundre optiske vidvinkeldetektorer og mange flere komponenter. Det hele okkuperer et imponerende territorium - flere kvadratkilometer. Plassert observatorium ved det astrofysiske stedet til Irkutsk State University i Tunkin-dalen: plassering perfekt for å observere himmellegemer fordi det er langt fra byer og sjelden skjer der Hovedsakelig overskyet.
TAIGA kontrollsenter tjent i 2021. Hovedoppgaven til denne installasjonen er å søke etter ultra-høyenergi gammastråling. Slike reaksjoner gir galakseeksplosjoner eller sammenslåinger av svarte hull. Forskere må fange gammastråler ved hjelp av sensorer for å forstå universets natur. Og også for å lære mer om opprinnelsen til utenomjordiske objekter med den høyeste energien, som supernovaer og blazarer - aktive galaktiske kjerner.
5. Baikal-GVD (Baikal Deep-Sea Neutrino Telescope)
Nok et megavitenskapelig observatorium. Forresten, plassert det er ikke langt fra TAIGA - i dypet av Baikalsjøen - og begynte også arbeidet i 2021. Forskere og ingeniører fra 11 internasjonale forskningssentre deltok i opprettelsen. Visuelt er installasjonen ikke spesielt lik et klassisk teleskop: det er et nettverk av kabler på sfærisk glass detektorer som fanger nøytrinoer - dette er navnet gitt til partikler uten ladning med en liten masse og en enorm hastighet som nærmer seg hastigheten Sveta. De samhandler praktisk talt ikke med andre elementer og flyr overalt. Forresten, mens du leste artikkelen, fløy mer enn hundre milliarder nøytrinoer ved siden av deg og til og med gjennom deg.
Verdien av disse partiklene ligger i deres unike informasjon. Forskere foreslår at nøytrinoer vil hjelpe lære om prosessene som skjer et sted veldig langt i universet, og følg også utviklingen av hele galakser og dannelsen av sorte hull med enorm masse - 10⁵–10¹¹ solens masse. Og Baikal-teleskopet har allerede fanget slike partikler. For eksempel, i 2021, samtidig med en annen lignende megavitenskapsklasseinstallasjon - IceCube, som ligger på Sydpolen - innspilt nøytrinoer fra kjernen av en fjern galakse. Dette var første gang at nøytrinoteleskoper i forskjellige deler av planeten oppdaget et signal fra samme kilde.
6. Synkrotron-emitter "KISI-Kurchatov"
Dette megavitenskapelige klassekomplekset åpnet tilbake i 1999. Allerede i det 21. århundre ble det modernisert: nå prosjektet inkluderer hele 16 stasjoner, ved hver av disse kan det utføres parallell forskning. Forresten, rundt 200 eksperimenter utføres årlig på KISS-Kurchatov, som rundt 60 grupper av forskere, både innenlandske og utenlandske, jobber med.
Hovedmekanismen til dette megavitenskapskomplekset er en kilde til synkrotronstråling. Det hjelper å studere i detalj, ned til atomskala, ulike materialer og gjenstander av både levende og livløs natur. Synkrotronstråling brukes innen ulike vitenskapsfelt – fra fysikk og medisin til arkeologi. For eksempel, ved hjelp av KISI-Kurchatov, kan du spore opprinnelsen til eldgamle gjenstander og sjekke hvordan kreftmedisiner interagerer med den menneskelige cellemembranen.
7. MAKT
Denne megavitenskapen blir bare forberedt. Han vil dukke opp i byen Protvina nær Moskva og vil omfatte to komponenter: en fjerde generasjons synkrotronstrålingskilde og en røntgenfri elektronlaser. Forskere antyder at denne kombinasjonen vil bidra til å avsløre hvordan atomer, molekyler, kvarker og andre partikler ble til. Dette betyr å forstå hvordan universet ble født og utviklet.
Hovedmålet med STRENGTH-prosjektet er å skaffe ny kunnskap og skape ny teknologi basert på den i ulike felt innen vitenskap og teknologi, for eksempel innen medisin, materialvitenskap, landbruk, energi, IT. Totalt på et område på nesten 190 tusen kvadratkilometer vil 52 forsøksstasjoner og et databehandlingssenter. Rundt 200 vitenskapelige og utdanningsorganisasjoner og 50 bedrifter fra reelle sektorer av økonomien - for eksempel maskinteknikk, metallurgisk og kjemisk og biologisk - vil kunne forske der.
Klasseinstallasjoner i megavitenskap hjelper forskere med å skyve grensene for hva som er mulig og forstå mye mer om universets natur. Men ikke all forskning krever komplekser av en slik skala – noen ganger er mindre verktøy tilstrekkelig. Hovedsaken er at de er moderne. Å oppdatere instrumentgrunnlaget til universiteter, laboratorier og andre organisasjoner er også en oppgave nasjonalt prosjekt "Vitenskap og universiteter". Og han gjør det hvert år. Bare i 2022 berørte oppdateringen av instrumenteringsdatabasen 204 organisasjoner i 36 regioner. Forresten, de fleste enhetene er produsert i Russland.
Finn ut om det nasjonale prosjektet