Сибирский физик-лазерщик Н. Винокуров получил Государственную премию

Две из трех государственных премий 2009 года присуждены ученым Сибирского отделения РАН: заведующему лабораторией Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН доктору физико-математических наук Николаю Винокурову и директору Института катализа им. Г.К. Борескова академику Валентину Пармону.

«В этом году исполняется 50 лет изобретению лазеров. Напомню, что наши ученые – академики Басов и Прохоров – были удостоены за это Нобелевской премии в далеком 1964 году. Мы и сегодня, что особенно отрадно, сохраняем лидерство в этой сфере», – отметил президент Д. Медведев, вручая награду Н. Винокурову.

Институт ядерной физики СО РАН занимается лазерами на свободных электронах (ЛСЭ) более 30 лет.

После создания в США в 1976 году первого ЛСЭ интерес к этим приборам резко возрос, так как в отличие от обычных лазеров ЛСЭ могут менять длину волны и подстраиваться под резонансные частоты, это открывает широкие возможности для их применения в химии, биологии, физике твердого тела. Лазер на свободных электронах представляет собой сложный источник излучения, начинающийся с так называемой электронной пушки.

Генерируемые в нем электроны после ускорения до нужной энергии проходят сквозь ряд расположенных специальным образом магнитов – ондулятор, заставляющий пучок двигаться по синусоидальной траектории, где происходит преобразование части энергии электронного потока в свет.

Весной 1977 года академик Александр Скринский (лауреат Госпремии РФ 2005 года) и Николай Винокуров предложили вставить в середину ондулятора магнитный группирователь для увеличения усиления света.

Получившаяся магнитная система – оптический клистрон – используется во всех ЛСЭ на электронных накопителях. После этого ИЯФ выполнил большой цикл теоретических и экспериментальных исследований по ЛСЭ и, в частности, оптическим клистронам. В 1991 году Николаю Винокурову была присуждена Международная премия по ЛСЭ.

Кроме того, в 1995 году он был удостоен премии имени А.Комптона (США) за разработку ондуляторов на постоянных магнитах.
– С 1985 года в ИЯФ ведутся работы по созданию мощного лазера на свободных электронах, – рассказывает Николай Александрович.
– Сначала мы сделали первый в мире лазер на свободных электронах в ультрафиолетовом диапазоне. Когда программа наших экспериментов на нем была исчерпана, установку продали в Университет Дюка (США). Там она после многочисленных улучшений, сделанных с помощью ИЯФ, используется для генерации гамма-квантов высокой энергии и тоже является рекордной (лучшей в мире) в своем классе.

Потом начался долгий процесс создания терагерцового (субмиллиметрового) ЛСЭ. Субмиллиметровый участок спектра был выбран, во-первых, как наименее освоенный, во-вторых – из-за финансовых соображений.

В 1990-х годах мы сделали компактный субмиллиметровый ЛСЭ для Корейского института атомной энергии, пустив полученные от заказа средства на создание мощного ЛСЭ в Новосибирске. Долгий процесс строительства объясняется финансовыми проблемами.

Помог Институт химической кинетики и горения, предоставивший помещение для установки и выступивший научным заказчиком.

Значительная часть финансирования была получена через гранты на поддержку интеграционных проектов Президиума СО РАН, по целевым программам Президиума РАН.

В апреле 2003 года новосибирский ЛСЭ дал первое излучение (длина волны излучения первой очереди – 110–240 микрон). По своим параметрам лазер уникален: средняя мощность излучения – 0,5 КВт, импульсная – до 1 МВт. Это мировой рекорд в данном диапазоне в сотни раз выше, чем на аналогичных установках.

В 2009 году была запущена вторая очередь ЛСЭ в диапазоне 40–80 микрон, сейчас это излучение выведено на пользовательские станции.

Ведется строительство третьей очереди – для продвижения в более высокочастотную часть терагерцового диапазона (от 5 до 20 микрон).

В третьей очереди мы заложили много новых научно-технических решений, которые пока еще нигде в мире не опробованы, так что эта работа нам особенно интересна. Тем временем, ученые из других институтов СО РАН успешно ведут на ЛСЭ эксперименты – Институт химической кинетики и горения просвечивает пламя, чтобы разобраться в деталях этого сложного физико-химического явления, Институт теоретической и прикладной механики планирует изучать воздействие лазерного разряда на воздушные потоки, Институт физики полупроводников занимается таким актуальным направлением, как исследование метаматериалов.

Но, пожалуй, наиболее интересных результатов добились биологи – с помощью терагерцового излучения Институт цитологии и генетики и Институт химической кинетики и горения разработали уникальный метод мягкой абляции, позволяющий «испарять» в атмосферу отдельные молекулы ДНК и белков, не разрушая их.

– Строительство крупных установок (megascience) – магистральное направление вложения средств во всем мире, – вступает в разговор заместитель директора ИЯФ академик Геннадий Кулипанов. – Достаточно упомянуть, что за последние 20 лет шесть Нобелевских премий – четыре в области биологии, две в области химии – получены за работы с использованием установок megascience, в частности источников синхротронного излучения (СИ).

Институт сейчас работает над глобальным проектом создания источника СИ четвертого поколения MARS для Курчатовского института.