Первое, что установили внутри ярма легендарного синхрофазотрона в рамках мега-проекта NICA — систему электронного охлаждения пучка в бустере – это новый элемент будущего ускорителя. Весной 2017 года установка поступила в Лабораторию физики высоких энергий Объединенного института ядерных исследований из Новосибирска и была установлена в своем штатном положении. Уже смонтированы системы питания, магнитные системы, проведена коррекция магнитного поля и получены хорошие результаты. Впереди – запуск с электронным пучком. «Это первый самый серьезный элемент бустера, который уже стоит на кольце», — говорят специалисты.
Александр Смирнов, начальник сектора №1 Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ: «Можно сказать, что это первая система электронного охлаждения, которая будет использоваться в России, несмотря на то, что Новосибирск – лидер в производстве таких систем, до сегодняшнего момента они их поставляли за границу. И вот, наконец, они сделали для нашего научного проекта».
Сейчас идет поэтапная сборка вакуумной камеры. Вакуумный шибер будет соединять систему с остальным ускорителем. Поскольку этот элемент изначально не был установлен на системе при тестировании в Новосибирске, специалисты в Дубне пытаются понять, как же он здесь разместится. Он небольшой, но стоит очень дорого, как хороший автомобиль — около миллиона рублей. «Вопрос заключается в том, — говорят сотрудники Лаборатории, — чтобы нормально все собралось с остальной частью бустера». Какую же роль играет система электронного охлаждения пучка?
Александр Смирнов, начальник сектора №1 Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ: «Система охлаждает ионный пучок, циклирующий в накопителе, для того, чтобы получить необходимые параметры этого пучка, то есть, это первый циклический ускоритель после инжекции из линейного ускорителя. И эта система будет использоваться для того, чтобы уменьшить поперечный размер пучка, сделать его монохроматичным, и после этого уже переводить в следующий этап ускорения. Эта система позволит существенно улучшить параметры всего ускорительного комплекса. Система работает таким образом: ионный пучок циркулирует постоянно в ускорителе, совершая миллионы, миллиарды оборотов. А электронный пучок на этом участке каждый раз рождается из электронной пушки и погибает в электронном коллекторе. Но за счет того, что электроны все время инжектируются холодные, а ионный пучок один и тот же, постепенно электроны охлаждают ионы, и они становятся такими же холодными, как тот электронный пучок, который здесь есть. Он изначально должен быть холоднее, чем ионный, имеется в виду в системе отсчета пучков. Многократно охлаждаясь на новой порции электронных пучков, ионный пучок становится холодным».
Новые системы для коллайдерного комплекса NICA – о них шла речь на сессии Программного комитета по физике частиц в докладе главного инженера ЛФВЭ Николая Агапова, который говорил о ходе работ по развитию инфраструктуры, включая нуклотрон.
В Лаборатории физики высоких энергий работают установки криогенного комплекса — по сути, это целое предприятие по производству жидкого гелия. «Самый мощный гелиевый комплекс в России», — говорит главный инженер Лаборатории. — Это производство помогло в тяжелейшие для Института 90-е годы заработать немалые средства и использовать их для создания нуклотрона. А сейчас количество криогенных установок увеличилось с учетом будущих потребностей коллайдерного комплекса NICA. Здесь запустили самый большой ожижитель гелия в России на тысячу литров в час.
Николай Агапов, главный инженер Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ: «Вот эти установки уже работают с 1993-го года, обслуживают нуклотрон – левое и правое полукольцо. А это вот новая установка – более мощная, она обеспечивает холодом все остальные наши ускорители – и бустер, и коллайдер. Так что этот комплекс разрастается».
Криогеника имеет первостепенное значение в инфраструктуре коллайдерного комплекса NICA, потому что все магниты – в нуклотроне, бустере, в кольцах коллайдера – сверхпроводящие, и нужно охлаждать их при температуре жидкого гелия – это 4.5 Кельвина, что очень близко к абсолютному нулю.
Николай Агапов, главный инженер Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ: «Криогеника здесь самая большая по производительности в России — очень крупные установки. Всего их три: две уже эксплуатируются на нуклотроне. И новая – ожижитель гелия на тысячу литров в час — обеспечивает все потребности коллайдера и бустера – новых установок. Немножко возрастет потребность в таком холоде (низкотемпературном) у нуклотрона, потому что там большие требования будут. Этот ожижитель поможет и старым установкам справиться с этими задачами. Установка специально спроектирована под наши цели. Она имеет довольно сложную структуру, но, как у всех таких установок, основной источник холода – это так называемые турбины, которые обеспечивают холодильный эффект. Это такие небольшие крутящиеся машинки небольшого диаметра. Они вращаются со скоростью до 5 тысяч оборотов в секунду. Конечно, это высокоточные, хорошо сбалансированные установки, которые может производить только очень опытный производитель».
В криогенике, находящейся здесь, в Лаборатории, очень много таких решений, которые никогда еще не были использованы нигде в мире, в частности – это турбина, работающая на жидком гелии, которая повышает мощность установок, коэффициент полезного действия, в два раза. В этом помещении находится часть криогенной инфраструктуры, есть еще большой компрессорный цех, будет построен еще один.
Ход работ по реализации проекта Нуклотрон-NICA – это, конечно, главная тема Программного комитета. На сессии было доложено о результатах сеансов на нуклотроне.
Анатолий Сидорин, заместитель начальника ускорительного отделения Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ: «Мы отработали в весеннем сеансе с двумя типами источников. Ускоряли протоны, дейтроны, ионы углерода и лития. Сеанс был продолжением осеннего сеанса, и первую часть отработали на источнике поляризованных ионов для завершения программы, и потом перешли на другой сорт ионов. Что интересного было в сеансах – реализовали новый режим с адиабатическим захватом на столе инжекции, что позволило примерно вдвое увеличить интенсивность пучка. Попробовали на нуклотроне в новой конфигурации инжекционные цепочки — ускорить протоны. И этот эксперимент был успешный, то есть нуклотрон по-прежнему может ускорять протоны. Остальная часть доклада посвящена подготовке к монтажу бустера и проведению эксперимента «Барионная материя на нуклотроне. Осенью мы планируем длительный сеанс, который начнется в октябре и будет почти до Нового года. И планируем начать набор статистики на эксперименте «Барионная материя на нуклотроне». Весь сеанс будем работать на источнике крион – источнике тяжелых ионов, и планируем ускорять ионы углерода, криптона и аргона».
Владимир Кекелидзе, директор Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ: «Как всегда этот Программный комитет рассматривает статус уже существующих проектов и новые проекты. Сегодня мы будем рассматривать статус NICA, прежде всего, по всем направлениям — и по ускорительному блоку, и по двум экспериментам. Первый должен начаться в этом году. И один из вопросов будет — рассмотрение нового проекта, который был предложен совместно интернациональной командой с представителями института из Тель-Авива, Университетов из США, Германии, и, конечно, из Дубны. Первый эксперимент начнется в рамках программы NICA этой зимой, прямо за ним последует новый эксперимент. Очень интересная, уникальная задача коллаборацией предложена. Будет исследоваться в новой области, еще не исследованной, взаимодействие двух нуклонов – это классическая задача, ожидается очень интересный результат. Этот проект в экстренном режиме будет подготовлен. Идея возникла во время конференции в Тель-Авиве, затем были проведены семинары, экспертизы. И сейчас мы будем слушать доклад профессора Тель-Авивского университета Е. Пясецки по этому проекту (дополнение в физическую программу проекта BM@N — «Исследование короткодействующих корреляций»).
Барионная материя на нуклотроне — это будет первый эксперимент в рамках проекта NICA. Установка BM@N находится в процессе развития. Стартовая конфигурация с набором детекторов заработает в ноябре.
Владимир Кекелидзе, директор Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ: «Это широкоапертурный магнит, это выведенные пучки с тяжелыми ионами, в том числе, это современные детекторы — времяпролетная система, координатные детекторы и калориметрия – весь набор современных детекторов. Это современная установка, и мы ожидаем интересные результаты».
На стройплощадке тем временем фронт работ расширяется, сейчас идут в основном бетонные, свайные и земляные работы. Задача перед Лабораторией стоит еще и в обновлении трансформаторной станции, увеличении ее мощности, нужно удвоить количество электроэнергии, необходимой для новых зданий и новых установок.
