Становление и деятельность института

(краткая историко-хронологическая справка)

Институт был создан как лаборатория № 3 АН СССР по совершенно секретному постановлению Совнаркома СССР № 3010-895сс от 1-го декабря 1945 г. для решения задач по получению делящихся ядерных материалов в рамках советского Атомного проекта и исследовательских целей. Директором лаборатории был назначен академик А.И. Алиханов. На Лабораторию № 3 возлагалась обязанность проведения физических исследований «дейтериевого котла» и «ториевого котла», а также ― изучение «свойств бета-радиоактивности и ядерных частиц». Первоочередной задачей было создание тяжеловодного ядерного реактора.

 Рис. 1. Постановление Совнаркома СССР об организации Лаборатории № 3.

Из Лаборатории № 2, которой руководил академик И.В. Курчатов, в новую лабораторию вместе с А.И. Алихановым перешли несколько ведущих физиков. Стимулирующая творческая атмосфера, созданная в Лаборатории № 3, привлекла сюда нескольких известных ученых, среди которых были такие выдающиеся физики-теоретики как Л.Д. Ландау и его ученик И.Я. Померанчук. Для становления и развития Лаборатории № 3 много сил прилагали А.И. Алиханов, В.В. Владимирский и И.Я. Померанчук. Широкий фронт работ развернулся уже в первый год деятельности лаборатории.

Абрам Исаакович Алиханов, академик, Герой Соцтруда, трижды лауреат Сталинской премии, кавалер многих орденов.	Василий Васильевич Владимирский, член-корреспондент, лауреат Ленинской и Сталинской премий, кавалер многих орденов.	Исаак Яковлевич Померанчук, академик, дважды лауреат Сталинской премии, кавалер многих орденов.

Учёные, внесшие наибольший вклад в становление и развитие Лаборатории № 3.

В апреле 1949 г. был запущен первый в стране (и Евразии) тяжеловодный реактор (ТВР). Главным преимуществом тяжеловодного замедлителя по сравнению с графитовым является существенно меньшее поглощение нейтронов. ТВР стал основной экспериментальной базой для исследований по физике тяжеловодных ядерных реакторов, ядерной спектроскопии, физике твёрдого тела. В те годы он был одним из главных поставщиков радиоактивных изотопов для нужд медицины и народного хозяйства.

Теоретики лаборатории успешно решали задачи, связанные не только с разработкой теории ядерных реакторов и развитием соответствующих расчетных методов, но и с некоторыми вопросами оружейной направленности в рамках Атомного проекта.

На тяжеловодном реакторе ТВР впервые в стране:

• получены поляризованные пучки нейтронов,
• разработан метод ядерно-магнитного резонанса на поляризованных бета-активных ядрах; этот метод был впервые в мире использован для изучения свойств короткоживущих дефектов в кристаллах.

На реакторе впервые выполнены следующие работы:

• исследована электрон-нейтринная корреляция при распаде свободных нейтронов,
• открыто слабое нуклон-нуклонное взаимодействие в атомных ядрах,
• открыто несохранение чётности при делении атомных ядер,
• обнаружена асимметрия вылета нейтронов, сопровождающих акт деления.

В 1947 году была создана физико-химическая лаборатория, которая разрабатывала методы получения тяжёлой воды, изучала свойства мюония и проводила исследования с использованием позитронной спектроскопии. В лаборатории было сделано несколько открытий.

В июне 1949 году был запущен циклотрон, на котором могли ускоряться протоны, дейтроны и альфа-частицы. На пучках циклотрона велись измерения нейтрон-ядерных сечений и констант, а также спектрометрические исследования. По качеству и количеству выполненных работ измерительный комплекс на циклотроне был одним из лучших в мире.

В 1949 г. Лаборатория № 3 стала называться Теплотехнической лабораторией (ТТЛ).

На Международной конференции по мирному использованию атомной энергии в 1955 г. в Женеве сотрудники ТТЛ впервые представили ряд докладов по реакторной тематике, которые имели большой успех.

В 1958 году ТТЛ была переименована в Институт теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ).

В ИТЭФ в 1961 году вступил в строй первый в Евразии протонный синхротрон У-7 с жесткой фокусировкой. Он ускорял протонный пучок до энергии 7 ГэВ. После введения в эксплуатацию нового инжектора — первого в Евразии линейного ускорителя с жёсткой фокусировкой И-2 на энергию 25 МэВ в 1967 году и реконструкции протонного синхротрона в 1973 г. максимальная выходная энергия синхротрона составляла 10 ГэВ (синхротрон стал называться У-10), а его интенсивность достигала 1,5·10¹² с^-1.

Одновременно с разработкой физических основ ускорителей У-7 и И-2 в ИТЭФ был подготовлен и физический проект более мощных ускорителей У-70 и И-100, которые были построены и запущены в ИФВЭ с участием сотрудников ИТЭФ. 

Физики ИТЭФ развернули широкий фронт исследований «элементарных» частиц. Для этих целей впервые в стране создавались водородные, пропановые и ксеноновые пузырьковые камеры. В частности на самой большой в мире (в то время) 700-литровой ксеноновой пузырьковой камере «Диана» были проведены эксперименты по поиску странных частиц.

В 1967 г. в институте были начаты исследования радиационных дефектов в твердых телах методом автоионной микроскопии. Современные методы ультрамикроскопии ― сканирующая туннельная и атомно-силовая ― успешно используются в ИТЭФ для изучения радиационных эффектов в конструкционных материалах атомных реакторов.

Сотрудниками ИТЭФ и ИФВЭ в 1968 г. была предложена пространственно-однородная квадрупольная фокусировка (ПОКФ, англоязычная аббревиатура RFQ), позволившая сделать прорыв в ускорении сильных токов ионов на участке их малых скоростей. Первый полномасштабный ускоритель протонов с ПОКФ и 4-камерным резонатором был запущен в ИТЭФ в 1982 г.

В последующие годы с использованием структуры с ПОКФ в институте разрабатывались импульсные прототипы сильноточных ускорителей: протонов ― «Истра-56», а также тяжёлых ионов ― ТИПр и И-4. Последние ускорители работают и в настоящее время.

На базе протонного пучка ускорителя У-7 в 1969 г. был создан центр протонно-лучевой терапии, который в последующие два десятилетия был крупнейшим в мире центром радиационного лечения онкологических больных.

В 1977 г. ИТЭФ была создана физическая модель промышленных ядерных тяжеловодных реакторов ― критический стенд нулевой мощности «Макет», на котором исследована степень безопасности и эффективности установок этого класса и продолжаются работы по сопровождению действующего промышленного тяжеловодного реактора.

Начиная с 1984 г., в институте успешно развивается метод бета-ЯМР-спектроскопии, с помощью которого решён ряд задач ядерной физики и физики конденсированных сред.

В 1994 г. ИТЭФ стал Государственным научным центром Российской Федерации (ГНЦ РФ ИТЭФ).

В институте продолжаются исследования многокомпонентных топливных циклов, работы в обоснование ядерных систем нового поколения и безопасной ядерной энергетики. Получен опыт разработки экспериментальной установки для изучения процесса трансмутации ― электроядерного нейтронного генератора ― на базе ускорителя протонов «Истра-36» и оборудования остановленного тяжеловодного реактора.

В 2003 году вступил в строй уникальный тераваттный накопитель ускоренных ионов ― ТВН-ИТЭФ, включавший в себя ускоритель-накопитель У-10, линейный ускоритель протонов И-2, бустер УК и ускоритель И-3 с инжектором тяжёлых ионов, в котором использовался ионный источник на основе мощного СО₂-лазера. Комплекс ТВН-ИТЭФ ускорял как протоны, так и ионы от углерода до серебра.  В кольце У-10 могли накапливаться ядра тяжёлых элементов вплоть до железа.

Теоретиками ИТЭФ выполнены основополагающие работы в области физики адронных взаимодействий при высоких энергиях и физики слабых взаимодействий, внесён большой вклад в развитие:

• квантовой хромодинамики,
• исследований непертурбативных эффектов в КХД,
• суперкомпютерных вычислений в решёточных калибровочных теориях,
• теории малочастичных адронных и ядерных систем,
• исследований следствий стандартной модели и её обобщений,
• исследований в области математической физики и математики,
• теории струн и интегрируемых систем.

Значительное внимание уделяется проблемам астрофизики и космологии.

Указом Президента РФ № 1084 от 30.09.2009 г. ИТЭФ был включен в состав Национального исследовательского центра «Курчатовский институт». В настоящее время институт носит название «Федеральное государственное бюджетное учреждение Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”»

Учёные института активно участвуют в подготовке и проведении наиболее важных международных экспериментов на Большом адронном коллайдере в Европейском центре ядерных исследований (CERN) в Женеве: АТLАS, CMS, LHCb, ALICE. С участием учёных ИТЭФ в экспериментах АТLАS и CMS обнаружен бозон Хиггса, в эксперименте LHCb открыты два пентакварка, изучению кварк-глюонной плазмы посвящён эксперимент ALICE. ИТЭФ играл важную роль в нейтринных экспериментах CHARM, CHARM2, CHORUS, OPERA, L3.

Физики института вносили и вносят существенный вклад в фундаментальные исследования, проводимые международными коллаборациями в физических центрах США, Японии, Германии, Франции, Италии. Выполнен обширный цикл исследований в эксперименте ARGUS, позволивший впервые определить фундаментальные параметры современной теории элементарных частиц, связывающие кварки первого и третьего поколений. В экспериментах BELLE и BELLE II обнаружен ряд новых частиц и явлений. Уникальные результаты по структуре протона были получены в эксперименте Н1. Актуальным исследованиям двойного бета-распада и решению ряда вопросов слабого взаимодействия посвящены эксперименты GERDA, MAJORANA, EXO, NEMO и SuperNEMO. ИТЭФ является одним из основателей эксперимента ANTARES, в котором исследуются атмосферные и внеземные нейтрино. Идет подготовка к экспериментам по физике высокой плотности энергии в веществе в рамках международного проекта FAIR.

Совместными усилиями сотрудников НИЦ «Курчатовский институт» и ИТЭФ создаётся первый в мире эмиссионный двухфазный детектор на жидком ксеноне, способный с рекордной чувствительностью регистрировать процесс упругого когерентного рассеяния нейтрино на атомном ядре. Заложенные в детектор решения актуальны для исследования тёмной материи.