Ученые из Дубны защитят покорителей Марса

На прошлой неделе в Объединенном институте ядерных исследований, что находится в Дубне, прошло весьма знаменательное мероприятие. 27-28 июня там состоялась выездная сессия бюро Отделения физиологии и фундаментальной медицины Российской Академии наук. Ученые обсуждали вопросы, связанные с безопасностью космонавтов будущих межпланетных экспедиций.

Фото:

В работе сессии, кроме самих представителей РАН, также приняли участие представители Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, ГНЦ РФ Институт медико-биологических проблем РАН и самого ОИЯИ. По словам организаторов этого мероприятия, такое на территории института происходило в первый раз.

Что же заставило физиков, биологов, физиологов и медиков прервать свои отпуска, отложить текущие исследования и собраться вместе в одном из самых красивых наукоградов России? На самом деле, обсуждение весьма и весьма важных проблем, таких как действия тяжелых заряженных частиц высоких энергий на структуры и функции центральной нервной системы и зрительных рецепторов живых организмов. Эти исследования (которые, кстати, уже достаточно давно физики-ядерщики и биологи проводят совместно), помогут дать прогнозы по поводу опасности степени воздействия тяжелых частиц, которых в космосе хоть пруд пруди, на человеческий организм при межпланетных перелетах.

Читайте также: Посадка на Марс не будет мягкой

О высоком уровне обсуждения данных проблем свидетельствует хотя бы тот факт, что в сессии приняли участие шесть действительных членов и восемь членов-корреспондентов РАН. Сессия проходила под председательством академиков РАН — Виктора Матвеева, директора Объединенного института ядерных исследований, Анатолия Григорьева, вице-президента Российской Академии наук, и Юрия Наточина, академика-секретаря отделения физиологии и фундаментальной медицины РАН. Во время мероприятия было представлено восемь научных докладов по заявленным темам, которые породили весьма оживленные научные дискуссии.

Однако почему столь важных и именитых гостей принимал именно ОИЯИ? Дело в том, что биологические эксперименты на ускорителях заряженных частиц этого института проводятся уже более пятидесяти лет. Когда-то, когда наша страна только вступала в эру покорения космоса, академики А. В. Лебединский, В. В. Парин и О. Г. Газенко предложили провести в ОИЯИ ряд экспериментов по определению биологической эффективности протонов высоких энергий. В результате, на основании данных этих опытов были созданы системы противорадиационной защиты, которые смогли обеспечить безопасность первых космонавтов.

С тех пор это традиционное сотрудничество физиков и биологов не прерывается. Более того, на горизонте уже обозначились новые перспективы. И связаны они с созданием в ОИЯИ уникального коллайдера NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility). Напомню, что этим словом, созвучным с именем богини победы, называют ускоритель тяжелых ионов, он сооружается на базе уже существующего в ОИЯИ нуклотрона (установки, предназначенной для получения пучков многозарядных ионов с энергией до 6 ГэВ на нуклон, протонов, а также поляризованных дейтронов — ядер изотопов водорода дейтерия). Строительство этого ускорителя идет полным ходом, и планируется, что к 2015 году он вступит в строй.

О том, какие задачи можно будет решить с помошью коллайдера NICA, рассказал всем присутствующим на сессии в ходе специальной экскурсии на нуклотрон заместитель директора Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ профессор Григорий Трубников:

"Чтобы разобраться в том, как будет работать NICA, давайте сначала рассмотрим то, что происходит на нуклотроне. На этой установке разгоняются пучки, состоящие из тяжелых ионов — так мы называем крупные ядра различных атомов, например, золота, железа или ксенона. Эти частицы ускоряются всего до нескольких ГэВ на нуклон и направляются навстречу друг другу. Смысл здесь в том, чтобы произошло столкновение, и тяжелые ионы распались на составляющие их частицы. Поэтому-то и энергии не столь большие, как, например, на БАК — при их скоростях ядра просто, образно выражаясь, "пройдут" друг скозь друга и не распадутся.

NICA же будет полезным дополнением к нуклотрону — тяжелые ионы, которые будут предварительно разогнаны на нем, потом "отправятся" на новый коллайдер, периметр которого будет равен 503 метрам, и сами столкновения будут происходить уже там. В результате можно будет попробовать получить такое состояние материи, как кварк-глюонная плазма в смешанной фазе.

Зачем это нужно? Прежде всего для того,чтобы ответить на один из фундаментальных вопросов мироздания — а именно: как возникла и развивалась Вселенная. Согласно теоретическим представлениям, сразу после Большого взрыва образовалась эта самая кварк-глюонная плазма. Она, как это следует из названия, состояла из кварков и глюонов — частиц, которые сейчас не встречаются в свободном состоянии. Из кварков состоят протоны и нейтроны, образующие любое вещество, а другие — барионы. Глюоны же отвечают за взаимодействия кварков.

Сейчас, если вы попробуете разделить барион на отдельные кварки, ничего не выйдет — каждый отделенный от "собрата" кварк сразу же образует себе "напарника" и снова составит с ним барион. Однако в первые секунды после Большого Взрыва кварки и глюоны существовали в свободном виде. И в какой-то момент они стали слипаться, образуя барионы, в том числе и нейтроны с протонами. Это и называется смешанная фаза — когда посреди кварк-глюоновой плазмы начали появляться другие частицы.

Нашей первоочередной задачей, которая будет решена с помощью нового коллайдера, является воссоздание смешанной фазы кварк-глюоновой плазмы. Это позволит определить условия, при которых начинается переход от свободных кварков к протонам и нейтронам. И, возможно, нам удастся наконец-то понять проблему ассиметрии Вселенной — то есть почему частиц в итоге появилось больше, чем античастиц.

Однако исследования на NICA будут иметь и практическое значение. Я уверен, что он поможет разгадать секрет строения нейтронных звезд, которые, по представлением теоретиков, состоят из той самой кварк-глюоновой плазмы. Ну, а эти объекты, как вы знаете, являются самыми мощными источниками энергии во Вселенной. Если их структура будет экспериментально установлена, то появится возможность создать подобный энергетический источник и на Земле, а это весьма актуальная задача. Кроме того, новый коллайдер поможет нашим коллегам-биологам в их исследованиях по воздействию частиц на живые организмы".

На вопрос корреспондента "Правды.Ру" о том, какие же это будут исследования, директор Лаборатории радиационной биологии ОИЯИ член-корреспондент РАН Евгений Красавин объяснил, что, в первую очередь, это все, что касается реакции живого организма на облучение различными частицами:

"Вообще, нас интересует разгон ядер железа в диапазоне 300-500 МэВ на нуклон. Почему? Дело в том, что в недрах галактик рождается множество тяжелых ядер, они разгоняются до разных энергий, но наиболее часто встречается именно этот диапазон. И экипажам межпланетных кораблей, например, тех, что полетят к Марсу, так или иначе придется с ними столкнуться.

Сейчас мы еще не представляем, как именно эти ядра будут воздействовать на человеческий организм. Но уже сейчас ясно, что для центральной нервной системы это воздействие может быть весьма опасным. Эксперименты с животными показали, что при длительном облучении этими ядрами у них изменяются поведенческие реакции. Например, страдает долговременная память. Вполне возможно, что такие же изменения могут происходить и у космонавтов. То есть до Марса экипаж, предположим, добрался, а вот зачем это нужно было — все забыли.

Конечно же, нужно разрабатывать системы защиты от этого воздействия. Но прежде, чем их разрабатывать, нужно понимать, что и от чего именно мы собираемся защищать, то есть оценить саму степень и характер воздействия. А это можно сделать только в экспериментах на ускорителях — ведь там такие же условия, как в космосе.

Мы уже проводили серию опытов с самыми разными объектами — клетками человека из культуры, дрожжами, крысами. Есть интересные результаты — например, было выяснено, что на облучение разными типами частиц клетки реагируют не одинаково, это сказывается в различиях скорости и механизмов репарации ДНК. Пуск же нового ускорителя даст новые возможности для эксперимента, и, соответственно, новые открытия".

Читайте также: Русский физик нашел вход в Зазеркалье

Итак, несмотря на то что до межпланетных полетов еще далеко, подготовка к ним уже идет полным ходом. Это наглядно проиллюстрировали доклады, представленные на выездной сессии бюро Отделения физиологии и фундаментальной медицины Российской Академии наук. Поэтому будущие покорители космоса могут быть спокойны — о их безопасности ученые заботятся уже сейчас…

Все самое интересное читайте в рубрике "Наука и техника"