СКИФ – это не научная фантастика, это благородная цель российской науки
- 07.05.2025
Михаил Байструков пришел в Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) задолго до выбора профильной кафедры – в конце первого курса. Студент Физического факультета Новосибирского государственного университета (ФФ НГУ) устроился работать на лето в группу главного научного сотрудника ИЯФ СО РАН доктора физико-математических наук К. В. Лотова. Свою научную деятельность в Институте Михаил начал с моделирования боковой инжекции для эксперимента AWAKE (ЦЕРН). Сегодня аспирант третьего года ИЯФ СО РАН занимается расчетом импеданса практически всех элементов вакуумных камер накопителя ускорительного комплекса ЦКП «СКИФ» и соответствующих коллективных эффектов. В 2024 г. Михаил стал победителем Конкурса молодых ученых ИЯФ СО РАН. В интервью он рассказал о том, как попал в команду, работающую над проектом ЦКП «СКИФ», с кого берет пример в своей преподавательской карьере и какие научные проекты считает мегакрутыми.
– Михаил, расскажите, пожалуйста, почему вы выбрали науку сферой своей профессиональной деятельности, и когда поняли, что хотите заниматься именно ей?
– Кажется, я с самого детства интересовался наукой, знал, что быть ученым – это хорошо, ученый много знает и много понимает: и как телевизор работает, и как по наследству передается цвет глаз. В общем, я для себя понял довольно рано, что самое оптимальное, что можно сделать для человечества – быть ученым, потому что только эта профессия делает вклад в его развитие как единого целого с цивилизационной точки зрения. Наука вообще делает из человека – человека разумного, мы же Homo sapiens именно благодаря ей. А еще наука мне нравится, потому что в ней человек, который по своей природе любит конфликтовать и поляризоваться, созидает и чаще всего пребывает в конструктивном диалоге.
Младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Михаил Байструков. Фото Т. Морозовой.
– А как вы пришли к тому, что это должна быть именно физика, и как вы попали в ИЯФ?
– У меня довольно классический путь: средняя общеобразовательная школа в Новосибирске, Летняя школа СУНЦ НГУ, потом два класса в СУНЦ НГУ, учеба на физфаке в НГУ и ИЯФ СО РАН. Но начинал я не с физики. В школе я много раз принимал участие во Всероссийских олимпиадах школьников по технологии. Мне очень нравился этот предмет. В младшей школе он называется труды, а вот в средней – мальчики занимаются обработкой всяких разных материалов, работают с древесиной, жестью; изготовлением изделий по чертежам; у кого в школе есть токарные станки – изучают токарное дело. На Всеросах по технологии я доходил до регионального этапа. Пробовал готовится к математике, потому что в школе она мне нравилась и неплохо шла, но ее олимпиадный уровень оказался очень сложным. Чтобы занимать там какие-то приемлемые места, нужно действительно обладать математическим складом ума. Физика в школе у нас была немного выше среднего уровня, и, хотя мне сразу же был крайне интересен этот предмет, это не позволило мне продвинуться в олимпиадах по физике выше муниципального этапа. В свою очередь химия, которая началась с 8 класса, была на высоком уровне, поэтому я полностью погрузился в предмет, и начал готовиться к олимпиадам.
Преподавала нам и занималась олимпиадной подготовкой Светлана Васильевна Васильева – очень сильный педагог. Благодаря работе с ней в 9 классе я стал призером Всероссийской олимпиады по химии в регионе. И, кстати, именно она мне сказала как-то: «Миша, с твоим любопытством тебе нужно поступать в СУНЦ НГУ. Ты задаешь очень много вопросов, и если по химии я могу на них ответить, то по другим предметам тебе в обычной школе не ответят. Иди в ФМШ, там тебе все объяснят».
По результатам моих олимпиад по химии мне пришло приглашение в Летнюю школу СУНЦ НГУ в химико-биологический класс, соответственно. Отучившись, я понял, что все же хотел бы пойти в физико-математический класс: органическая химия меня не слишком воодушевляла, а в биологии мне нравилась только генетика. В общем, с такими мыслями я в конце Летней школы написал заявление на перевод, и так удачно сложилось, что мой друг решил написать такое же заявление, но, наоборот, из физмат класса в химбио. Так мы поменялись местами, и, кажется, оба остались довольны. Правда об этой истории я узнал уже после окончания школы.
Я очень хорошо помню нашего семинариста по физике в ФМШ – Светлану Анатольевну Ровкину. Первоклассный педагог, очень опытный. Она давала возможность всем понять и усвоить материал независимо от темпа. И сейчас, когда я преподаю, очень стараюсь также эффективно выстроить свою работу со студентами, но понимаю, что пока у меня так не получается – есть к чему стремиться.
К 10 классу я уже оставил идею участия в олимпиадах по математике и сосредоточился на олимпиадах по физике. Благо в СУНЦ НГУ у нас была Мария Рашидовна Юлдашева, которая вела дополнительный курс подготовки к олимпиадной физике и организовывала дополнительные выезды в олимпиадные школы и на сами этапы всероссийской олимпиады школьников по физике. Всех моих достижений к концу 11 класса хватило, чтобы поступить на физфак НГУ. Выбор был очевиден – это один из самых сильных физических факультетов в стране, к тому же в родном городе. Уже после первого курса летом мы с другом узнали о возможности поработать в ИЯФе у Константина Владимировича Лотова. Мы моделировали боковую инжекцию сгустка электронов в кильватерную волну для эксперимента AWAKE.
– То есть вы пришли в ИЯФ еще до официального распределения по кафедрам?
– Да, на физфаке студенты выбирают кафедру в конце второго курса, а мы начали работать с К.В. Лотовым после первого, но кстати потом и продолжили – я поступил на кафедру физики плазмы, а диплом у меня был посвящен теме плазменного кильватерного ускорения. После бакалавриата я поступил в магистратуру тоже на плазменное направление. Основную работу над магистерским дипломом я закончил за год, поэтому на втором году магистратуры у меня появилось свободное время, а в работе над ускорительным комплексом СКИФ не могли закрыть направление по моделированию коллективных эффектов и расчетам импедансов для вакуумной камеры накопителя. Константин Владимирович рассказал мне о такой задаче и предложил уделить ей время, так как теперь оно у меня имелось. Направление это важное, я решил погрузиться в тему. Так что после защиты магистерского диплома я поступил в аспирантуру ИЯФ СО РАН, но уже на кафедру ускорителей, со сменой научного руководителя. Им стал кандидат физико-математических наук Павел Алексеевич Пиминов.
– Чем вы занимаетесь теперь и какие результаты вы представляли на Конкурсе молодых ученых ИЯФ СО РАН в 2024 г.?
– На КМУ я занял первое место в секции ускорительной физики с работой «Эффект нагрузки пучком резонаторов в накопителе ЦКП «СКИФ». Когда пучок заряженных частиц летит через вакуумную камеру, в окружающих проводящих стенках генерируются поверхностные токи. Эти токи создают электромагнитные поля, которые воздействуют на пучок, что может приводить к разным неустойчивостям. Чтобы понять, какое будет воздействие от того или иного элемента вакуумной камеры, необходимо рассчитать импеданс этого элемента. А чтобы уменьшить негативные эффекты для пучка, необходимо оптимизировать суммарный импеданс вакуумной камеры. Импеданс в данном случае – это аналог комплексного сопротивления в радиоэлектронике для гармонического тока.
Один из эффектов, с которым мы столкнулись, – это эффект периодической нагрузки пучком резонаторов. Обычно он не играет большой роли, однако становится важен, когда в циклическом ускорителе с ассиметричным заполнением появляется дополнительная удлиняющая ВЧ-система. Это как раз случай накопителя СКИФ. Оказалось, что у нас этот эффект создает существенные проблемы для работы системы удлинения сгустков, поэтому с этим нужно было научиться бороться. Значимость моей работы в том, что я продемонстрировал, что такая проблема существует. Мы с коллегами придумали решение и уже начали работу над ее реализацией.
Но эффект нагрузки пучком – это лишь один из набора коллективных эффектов, с которым нужно разбираться. На данный момент расчетами коллективных эффектов, связанных с импедансом вакуумной камеры накопителя СКИФ, и самим расчетом импедансов элементов в основном занимаюсь я один. Можно, конечно, меня с этим поздравить, а можно и посочувствовать. Хотя, строго говоря, все чуть сложнее. Есть коллеги, занимающиеся параллельно и вместе со мной эффектом нагрузки. Также есть коллега, с которым мы договорились вместе разбираться с сильными неустойчивостями. Однако, я полагаю, было бы замечательно, если бы удалось привлечь хотя бы одного хорошего студента, которому я бы смог делегировать часть работ, которые для него могли бы стать бакалаврским или магистерским дипломом.
– Есть ли в окружении хорошие студенты? Вы же, наверняка, преподаете?
– Первый опыт преподавания у меня был еще на первом курсе аспирантуры – я вел в НГУ методы математической физики для группы химбиофизиков. Это была дикая нагрузка для меня, но как-то я справился, получив от студентов в конце семестра «4+» (На ФФ НГУ после окончания семестра у студентов проводят опрос, где просят выставить оценки всем преподавателями и написать свои пожелания и комментарии). После я все же сделал перерыв, чтобы посвятить себя работе – это был период погружения в проект СКИФ, и мне нужно было сосредоточиться. В этом году я снова вернулся к преподаванию методов математической физики, но теперь я веду предмет у своего профиля – у ускорительщиков и радиофизиков. Всего у меня 17 человек в двух группах, что, конечно, многовато. Но мне хотелось бы научиться с ними работать так, как делала это мой преподаватель в ФМШ. Однако, полагаю, это невозможно. Проблема в том, что у моего предмета очень плотная программа, не всегда хватает времени на то, чтобы все всё поняли. Если будешь долго с кем-то решать задачу у доски, потеряешь время и не успеешь разобрать то, что должен был. Из-за этого студенты могут хуже сдать экзамен.
– Но вы получаете удовольствие от преподавания? В чем видите свою миссию как преподавателя – научить думать и размышлять?
– В целом, наверное, да. Какое-то удовольствие получаю. Про миссию – это вы хорошо говорите, но это больше к философам. Конечно, думать и размышлять нужно уметь и в рамках подобных предметов, но конкретно мы должны в сжатые сроки объяснить, как тут что работает, дать базовые знания в рамках курса, а это понимание теории групп и решение дифференциальных уравнений в частных производных.
Михаил Байструков на пультовой коллайдера ВЭПП-4М ИЯФ СО РАН. Фото Т. Морозовой.
– Что вам самому нравится в науке и чем интересен проект ЦКП «СКИФ»?
– Наука вся интересна. Ведь все, что у нас сейчас есть, появилось благодаря ей: автомобили, самолеты, сотовая связь, интернет и компьютеры. Наука – эта продуктивная созидательная деятельность, которая двигает прогресс и человечество вперед. И это то, что мне в ней нравится. Я смотрю много научно-популярных передач и каналов, это помогает отдыхать, но и расширяет знания. Очень люблю грандиозные научные проекты, например, очень нравится Breakthrough Starshot. Научно-исследовательский и инженерный проект по разработке концепции флота межзвездных космических микрозондов, использующих световой парус, которые будут ускорять при помощи лазерной установки с Земли. Такой тип космических аппаратов, по оценкам авторов, будет способен добраться до звезды Проксима Центавра примерно за 20 лет, а ведь расстояние до нее примерно 4 световых года.
Есть еще множество крайне любопытных проектов, к примеру телескоп на гравитационной линзе Солнца. Но все они, как и Breakthrough Starshot, на грани научной фантастики, потенциально они, конечно, реализуемы в рамках текущих технологий, но все же с большим трудом. А вот проект ЦКП «СКИФ» – это не научная фантастика, он не требует триллионов долларов, но он все же грандиозный, это проект уровня мегасайенс, который очень сложен в реализации. Многие проекты, в том числе о которых я говорил выше, реализуют очень нескоро, или не реализуют вообще никогда, а СКИФ реализуют прямо сейчас, и делает это большая команда профессионалов. Мы строим в России источник синхротронного излучения поколения «4+», который уже в ближайшем будущем и в длительной перспективе будет давать результаты мирового уровня в различных областях науки. СКИФ нужен биологам, химикам, археологам, геологам, материаловедам, многим другим областям науки. Строить его – благородная цель.
Подготовила Татьяна Морозова.