НЦФМ — российский научный центр и национальный проект, объединивший компетенции и знания МГУ и ведущих научных организаций России, с опытом и инфраструктурой «Росатома» и одного из старейших ядерных центров страны в Сарове. Это одновременно университет со студенческим кампусом и конгресс-центром и научные лаборатории с новейшим оборудованием для исследований и экспериментов, которые помогают укреплять технологический суверенитет России.
Синтез физики и математики, научного опыта и технологий, природы и архитектуры — все в одном центре: место для работы и жизни ученых, возможность заниматься искусственным интеллектом, лазерными технологиями, математическим моделированием на суперкомпьютерах и многим другим. В 2023 году филиал МГУ в Сарове при Национальном центре выпустил своих первых магистров.
Развитие научного центра — флагманский проект по созданию новой инфраструктуры в рамках Десятилетия науки и технологий в России, объявленного указом президента Российской Федерации. Среди целей проекта — получить научные результаты мирового уровня, подготовить ученых высшей квалификации, укрепить научный потенциал «Росатома» и всей страны.
Саров стал одним из инновационных территориальных кластеров, перечень которых в 2012 году утвердило правительство. Ядерные технологии — основное направление работы еще нескольких кластеров, в частности ядерно-инновационного кластера в Димитровграде Ульяновской области. По его собственным данным, в нем 70 участников, которые развивают больше 20 ключевых проектов. Инвестиции превысили 100 млрд рублей. Основные направления — энергетика, радиология, материаловедение. Кроме того, кластер занимается поддержкой конверсии и расширения сфер применения ядерных технологий. А кластер в городе Троицке (сейчас это часть Москвы) ведет исследования и разработки в области новых материалов, лазерных и радиационных технологий.
Также научные кластеры создаются на базе больших университетов. В Москве строится университетский квартал МГТУ им. Н. Э. Баумана. Там в эксплуатацию ввели четыре здания: Центр биомедицинских систем и технологий, Инжиниринговый центр наземных транспортно-технологических систем и в сентябре 2023 года многофункциональный научно-образовательный корпус и Дворец технологий. В кластер МГТУ войдут 14 зданий общей площадью около 170 тыс. кв. м.
Научная работа — одна из ключевых задач НЦФМ. Сейчас в центре работают по 10 основным направлениям, в числе которых исследования архитектур суперкомпьютеров, изучение газодинамики и физики взрыва, физики частиц и космологии и, конечно, ядерной и радиационной физики.
Реализация программ — результат сотрудничества сразу 57 организаций: институтов РАН, ведущих университетов и высокотехнологичных компаний России. В число партнеров входят, например, ядерный университет МИФИ и физтех МФТИ, а также Курчатовский институт. Программы выполняются на экспериментальной и расчетной базе этих организаций, в том числе на открытой части оборудования Российского федерального ядерного центра — ВНИИЭФ. Речь идет, например, о стенде генерации высокоэнергетического терагерцового излучения, ядерных реакторах и ускорителях. В периметре самого НЦФМ будут созданы установка «Мультитера», центр сильных и сверхсильных магнитных полей и вычислительный центр коллективного пользования, а также фотонная вычислительная машина.
Для выполнения трех главных проектов «мегасайенс» создаются семь лабораторий «мидисайенс». Например, над созданием фотонной вычислительной машины будут работать лаборатория фотонных вычислительных устройств, лаборатория суперкомпьютерных цифровых двойников индустриальных объектов, а также лаборатория нейроморфного искусственного интеллекта, а над многофункциональным ускорительным комплексом — лаборатория ядерной фотоники.
«Сегодня научные установки класса «мегасайенс» существуют в единичном экземпляре. Обычно эти установки — это фабрики уникального знания: какой эксперимент ни проведешь — всегда будешь первопроходцем. В НЦФМ мы создаем целых три мегасайенс-проекта.
Мы в своей стратегии ориентируемся на крупные научные организации, как ЦЕРН. Он занимается в основном фундаментальной наукой, но именно он дал нам интернет. Основная задача НЦФМ тоже фундаментальная: получение новых знаний. Центр должен стать структурой, которая занимается самой современной физикой, объединяет большое количество ученых из разных стран и многое дает миру в технологическом плане».
В рамках научной программы ученые НЦФМ соединяют системы искусственного интеллекта с биологическими для развития возможностей человеческого тела и готовятся выращивать растения в космосе для освоения лунных ресурсов.
За время работы разработаны новые методы математического моделирования задач внешней аэродинамики на гиперзвуковых скоростях, а также методы и программные средства моделирования воздействия электромагнитного излучения на сложные технические устройства. По другому направлению работы создан датчик измерения волнового фронта с рекордным в мире быстродействием (4 кГц). В Сарове впервые измерили намагниченность в полях более 100 Тл соединений со сложной магнитной структурой, в том числе материалов на основе редкоземельных элементов — наиболее сильных постоянных магнитов.
В области физики и космологии впервые представлены перспективы поиска процессов рождения легкой темной материи и частиц-медиаторов в экспериментах на ускорительной установке класса «мегасайенс». Завершить строительство всех трех установок класса «мегасайенс» планируется к 2030 году.
«Для машинного обучения нейронных сетей на основе больших данных нужны быстродействующие суперкомпьютеры. Но даже самые современные их модели не всегда могут обеспечить нужную мощность. Здесь нам могут помочь фотонные вычислители: они существенно сокращают время перемножения вектора на матрицу, которое составляет до 90 % процесса машинного обучения.
Технология фотонных ускорителей во всем мире пока на стадии научных исследований — у нас есть шанс занять лидирующие позиции в этой очень перспективной области. На базе НЦФМ создается лаборатория фотонных суперкомпьютеров. Кооперация с другими институтами и университетами позволит проводить исследования и создавать технологии производства отечественных суперкомпьютеров нового поколения, включая фотонные с производительностью вплоть до 100 экзафлопс».
НЦФМ расположен примерно в 160 км от Нижнего Новгорода — в городе Сарове, где находится знаменитый мужской монастырь. Центр создан на пересечении крупных научных институтов — относительно недалеко Москва, Дубна и другие города с известными научными школами.
Место выбрано неслучайно, это один из главных городов в истории российской физики, где были созданы советская атомная и водородная бомбы. В то время его знали как Арзамас-16, а в секретных документах называли Горький-130, Кремлев и Арзамас-75. Историческое название городу вернули в 1995 году. Сегодня Саров закрыт для туристов, но открыт для талантов, исследователей и ученых физиков и математиков. Это по-прежнему важный центр ядерных и других физических исследований с богатой инфраструктурой.
Кстати, научные установки РФЯЦ-ВНИИЭФ впервые открыты для исследователей со всей России распоряжением правительства как раз в рамках научной программы НЦФМ. Студенты образовательного ядра НЦФМ — филиала МГУ в Сарове — могут использовать ускорители и реакторы ядерного центра, разные машины ВНИИЭФ. Близость к Сарову означает доступ студентов к сообществу ведущих специалистов в области ядерной физики.
Новый кластер не только развивает научный ландшафт страны, но и способствует развитию региона. В Нижегородской области уже работают шесть молодежных лабораторий, в которых ученые ведут исследования по программе центра. Лаборатории открываются в нижегородских институтах за счет средств федерального бюджета.
Образование — одна из главных задач НЦФМ. На базе филиала МГУ в Сарове готовят специалистов по пяти направлениям:
Вычислительные методы и методика моделирования Суперкомпьютерные технологии математического моделирования и обработки данных Теоретическая физика Лазерная нелинейная оптика и фотоника Экстремальные электромагнитные поля, релятивистская плазма и аттосекундная физика
Вступительный экзамен — общий для всех направлений. В случае успешной сдачи происходит распределение, на котором учитывают научные интересы каждого конкретного студента.
Программами МГУ в Сарове заведуют ведущие ученые страны: академики и члены-корреспонденты РАН, члены и сопредседатели научно-технологического совета НЦФМ и профессора МГУ.
Среди профессорско-преподавательского состава:
• 5 академиков РАН;
• 13 членов-корреспондентов РАН;
• 3 профессора РАН;
• 42 доктора наук;
• 68 кандидатов наук.
Студенты осваивают фундаментальные и прикладные направления современной математики, физики и вычислительных технологий. Они получают уникальную практику на объектах РФЯЦ-ВНИИЭФ и других организаций из научной кооперации центра, им открыты амбициозные проекты кластера: поиск магнитного момента нейтрино, исследование рентгеновских пульсаров и их связь с космическими технологиями и не только.
«Преподаватели приезжают, читают за неделю треть программы, запланированной на семестр, дают задания и уезжают. Потом приезжают следующие. Примерно раз в неделю мы ездили на практику в ядерный центр, вместе с научными руководителями проводили эксперименты. Лаборатории там хорошо оснащены, есть все необходимое оборудование. Если какой-то детали не хватало, писали техническое задание на изготовление. Довольно быстро ее делали, и мы продолжали работу. Во втором семестре проходили физическую практику в МГУ в Москве».
Кроме того, работают научные школы НЦФМ для студентов и молодых исследователей: в каждой школе около 20 лекторов — ведущих отечественных и зарубежных ученых. На школы приезжают больше 100 молодых участников со всей России, онлайн-трансляции лекций собирают тысячи зрителей. Школы дают возможность представить научным лидерам свои исследования и разработки на научных семинарах и лекториях.
Деятельность научных кластеров неотрывна от образовательной: это пространства для экспериментов молодых ученых и предпринимателей, где они могут на практике перенять опыт уже состоявшихся специалистов.
В Сарове строится новый кампус — модель города будущего с применением передовых технологий, которые делают пространство более экологичным, энергоэффективным и удобным для всех. В кампусе учатся, занимаются фундаментальной наукой и исследованиями, разрабатывают и тестируют новейшие экологические технологии для устойчивого развития, живут, работают и отдыхают.
Рядом с Саровом расположен Мордовский заповедник, который раскинулся на границе зоны хвойно-широколиственных лесов и лесостепи. Близость к природе — идея, заложенная в архитектурный план нового кластера. Цепочка взаимосвязанных общественных пространств и зеленых дворов с разным уровнем приватности создает комфортную для человека среду.
Общая инфраструктура
• 11 объектов
• площадью 39,5 тыс. кв. м
Образовательная инфраструктура
• 14 объектов
• площадью 65 тыс. кв. м
Научная инфраструктура
• 4 объекта
• площадью 19 тыс. кв. м
Сердце кампуса — сохраненный живописный лес для прогулок и созерцания, размышлений и занятий спортом. С разных сторон его окружают научно-образовательный центр, жилые дома и общественные здания. Такое расположение подчеркивает главное достоинство кампуса: баланс между городом с его цивилизацией и природой.
Идея близости к природе не новая для развития отечественной науки. Она воплотилась и в кластере в Дубне. Это город на берегу одноименной реки, Иваньковского водохранилища на Волге, канала им. Москвы. Здесь коттеджи ученых-физиков, с которых в середине XX века началась история этого научного центра, расположены среди вековых сосен. Идея заключалась в том, чтобы сделать работу и быт сотрудников максимально комфортными, чтобы ничто не мешало им развивать атомный проект.
Один из основных принципов интерьерных решений — максимальное использование естественного света и натуральных материалов. В архитектуре всего центра реализованы принципы многофункциональности и гибкости использования пространств, их экологичность и энергоэффективность. В оформлении интерьеров и экстерьеров преобладают натуральное дерево, полированный бетон, стекло.
Кампус оборудован для людей с ограниченными физическими возможностями. Для их потребностей продуманы пандусы, особые раковины, поворотные зеркала, поручни и унитазы, другая инфраструктура для комфорта маломобильных ученых и гостей центра. Строительство ведется с применением новых архитектурных решений, выдержан баланс с окружающей нетронутой природой.
Одна из главных целей НЦФМ — войти в число ведущих международных научных центров
Выполнить программу фундаментальных исследований по направлениям физики, математики и вычислительных технологий
Создать инфраструктуру для передовых исследований: лаборатории сверхсильных оптических полей «Мультитера», корпуса лабораторной астрофизики, центр коллективного пользования с быстровозводимыми лабораториями класса «мидисайенс», масштабные установки класса «мегасайенс»;
Развивать университет, в перспективе — 1 тыс. студентов и аспирантов будут участвовать в проведении фундаментальных научных исследований, заниматься технологическим предпринимательством;
Создать современную социальную инфраструктуру, комфортную городскую среду для исследователей и предпринимателей
Премьер-министр Михаил Мишустин после посещения МГУ в Сарове дал поручения, касающиеся развития учебного кластера. В частности, глава правительства поручил проработать возможность строительства объектов научно-образовательной инфраструктуры при формировании бюджета на 2024–2026 годы. По плану развития НЦФМ, в кампусе появится учебный корпус МГУ площадью 20 тыс. кв. м, в котором одновременно смогут обучаться 500 человек. Кроме того, построят общежитие для студентов, аспирантов, преподавателей и профессоров и сопутствующую инфраструктуру.
