NICA – это ионный коллайдер, который сооружается в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна). Основная цель экспериментов – изучение состояний вещества, в которых пребывала наша Вселенная в первые мгновения после Большого Взрыва. Важной системой ускорительного комплекса NICA является канал транспортировки ионов из Бустера в Нуклотрон. Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и ОИЯИ провели первый цикл пусконаладочных работ канала транспортировки в ходе сеанса работы Бустера с пучками ионов 4Не1+ и 56Fe14+. Конфигурация транспортного канала напоминает штопор, а сложность состояла в том, чтобы провести пучок ионов из одной установки в другую по трехмерной траектории, не нарушив его параметры. Команда физиков провела не один, как ожидалось, а два пучка разных ионов – гелия и железа. Оба успешно прошли через канал и были зафиксированы датчиками в конце канала. 

Канал транспортировки ионов из Бустера в Нуклотрон

Канал транспортировки ионов из Бустера в Нуклотрон

 

«Совместная работа специалистов ОИЯИ и ИЯФ СО РАН по созданию систем выпуска пучка из Бустера и канала транспортировки пучка в Нуклотрон началась в 2016 году, – отметил начальник НЭОИКН ОИЯИ Алексей Тузиков, – когда на основе идей, изложенных сотрудниками ОИЯИ, в Институте ядерной физики был разработан концептуальный проект этих систем и был дан старт технической реализации проекта силами ИЯФ. В Новосибирске были изготовлены магнитная и вакуумная системы участка выпуска пучка и канала транспортировки, устройства диагностики пучка, системы питания и управления. Был спроектирован, изготовлен и успешно запущен уникальный ударный магнит для выпуска пучка из Бустера с рекордным уровнем магнитного поля около 2 кГс». 

Алексей Тузиков также отметил, что при проектировании опорных конструкций канала транспортировки, имеющего сложную трехмерную геометрию, также были найдены оригинальные решения по способу подвешивания магнитов канала над туннелем Нуклотрона. «Это далеко не полный список интересных идей, реализовавшихся в процессе разработки и создания систем перевода пучка из Бустера в Нуклотрон. К маю 2021 года в ИЯФ было практически завершено изготовление оборудования систем выпуска пучка из Бустера и канала транспортировки пучка, и начался этап активных работ по сборке и монтажу оборудования на территории ОИЯИ. К сентябрю 2021 г. монтажные работы силами ИЯФ и ОИЯИ были завершены, что позволило начать пусконаладочные работы, плавно перешедшие в сеанс работы с пучком», - прокомментировал он. 

Конфигурация транспортной системы NICA напоминает штопор. «Сложность была в том, – прокомментировал заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН Андрей Журавлев, – чтобы провести пучок из одной установки в другую, не испортив его параметры. Из-за сложной трехмерной траектории и нестандартной конфигурации канала необходимо было очень точно собрать канал. Но благодаря высококлассной работе наших монтажников, вакуумщиков и геодезистов каждый элемент стоит на своем месте, и мы достаточно быстро получили полноценный пучок, именно такой, какой был рассчитан. Еще одна особенность транспортного канала в том, что он импульсный. Это значит, что магниты, определяющие траекторию движения пучка частиц, работают только тогда, когда пучок запущен в канал. Импульсный режим позволяет сделать оборудование более дешевым, компактным и легким по сравнению со сверхпроводящими магнитами, или магнитами, работающими на постоянном токе».

Изображения с люминофорных датчиков, на последнем из которых виден пучок гелия. Фото Андрея Журавлева

Изображения с люминофорных датчиков, на последнем из которых виден пучок гелия. Фото Андрея Журавлева

 

Особое значение в работе имели расчет оптики канала, согласование геометрии между бустером и нуклотроном и выдача параметров магнитных элементов для дальнейшего их производства. Решением этих задач занимался старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Сергей Синяткин. «Из-за архитектурных особенностей уже существующего здания, малого места для перепуска заряженных частиц из бустера в нуклотрон NICA и большой энергии канал получился сложным и компактным. Помимо основных функций перепуска частиц решались задачи компенсации связи радиального и вертикального движения частиц на выходе из канала и утилизации частиц с нецелевой зарядностью. На последнем этапе работы — проверка соответствия требуемым значениям характеристик элементов, как и самой геометрии канала, и проводка пучка по каналу», - пояснил Сергей Синяткин. 

В ходе работ магнитная система канала вышла на 95-100% проектных значений магнитных полей, был получен выпуск пучков двух сортов ионов — гелия 1+ и железа 14+ — с дальнейшей транспортировкой по каналу, на конечном участке которого пучки были детектированы датчиками тока и положения пучка, а также получены снимки профилей пучка с люминофорного экрана. Максимальная энергия пучков, выведенных из Бустера и проведенных по каналу, составила 240 МэВ/н, что соответствует 95% максимального магнитного поля в канале Бустер-Нуклотрон при транспортировке ионных пучков без их обдирки до состояния голого ядра при выпуске из ускорителя. Важно, что успешный перепуск пучка ионов состоялся всего через два дня после приезда в Дубну специалистов из Новосибирска и начала работы с пучком, что показывает качество и точность изготовления элементов канала.

Успешное проведение первого цикла пусконаладочных работ на канале Бустер-Нуклотрон – важный результат для создания ускорительного комплекса NICA. Он позволяет после проведения монтажных работ по установке новой системы инжекции пучка в Нуклотрон, запланированных на ближайшие два месяца, завершить создание тяжелоионной цепочки Нуклотрона, которая в дальнейшем будет основной при работе с коллайдером NICA и физической установкой BM@N

NICA – ускорительный комплекс класса mega-science, который создается на базе Объединённого института ядерных исследований (Дубна, Россия). Основная цель экспериментов на новом коллайдере – изучение свойств плотной барионной материи, кварк-глюонной плазмы - состояния вещества, в котором пребывала наша Вселенная первые мгновения после Большого Взрыва. Кроме этого на пучках комплекса NICA планируются исследования в области материаловедения, в нано- и пикотехнологиях, медицине, биологии, электронике, программах Роскосмоса, ядерной энергетике и безопасности, криогенной и сверхпроводящей технике. В экспериментах на пучках комплекса NICA участвуют ученые из 70 институтов 26 стран мира.

Подробнее о первом цикле пусконаладочных работ читайте на сайте ОИЯИ.

 

Источник информации и фото: пресс-служба ИЯФ СО РАН