-ћетки

lhc ¬.¬ысоцкий а.агеев а.баженов а.бугорский а.булатов а.васильев а.вас€нин а.воробьЄв а.голубев а.евсиков а.зайцев а.колотовкин а.лиходед а.логунов а.мысник а.рохман а.сахаров а.степанец а.хамаза б.арбузов б.булдыгин б.громов б.ельцин б.серебр€ков без событий в.балакин в.борисов в.дмитровский в.исаев в.каминский в.лаврентьева в.михайлов в.михненков в.петров в.путин в.романенко в.рыбальченко в.татаринцев в.тепл€ков в.€рба г.дерновой г.мущак г.рыбаков гнтс д.медведев день науки е.клименко е.куракина е.мочалова и.вишн€ков ифвэ клуб эридан коррупци€ л.ландсберг л.разумова л.рашевска€ л.севрюкова л.соловьЄв л.фоменко л.ширшов м.ковальчук м.космина м.никитушкин минатом н.бакатура н.поправко н.тюрин нтс ифвэ о.ломакин о.чепурна€ ои€и опп протвино протонна€ терапи€ р.фурцев росатом ртг с.вольховский с.герштейн с.денисов с.иванов с.кириенко с.клименко с.кудр€шов с.токарев статус наукограда т.кулешова тоннель унк у-70 унк ускоритель ф.Єч церн ю.адо ю.ильин ю.прокошкин ю.романенко ю.р€бов €дерна€ медицина

 -–убрики

 -ѕоиск по дневнику

ѕоиск сообщений в Rewiever

 -ѕодписка по e-mail

 

 -—ообщества

”частник сообществ (¬сего в списке: 1) ѕќЋ»“» ј

 -—татистика

—татистика LiveInternet.ru: показано количество хитов и посетителей
—оздан: 28.06.2006
«аписей:
 омментариев:
Ќаписано: 1875



 ак наша страна российский коллайдер строила

—уббота, 15 јпрел€ 1995 г. 14:31 + в цитатник
    
   ¬ пам€ти многих жителей ѕротвино постепенно стираютс€ конкретные детали, но остаЄтс€ глубока€ печаль в св€зи с неудачной попыткой отечественных ученых вернуть своей стране вконце 20-го века лидерство в  физике высоких энергий путем создани€ нового ускорительного комплекса на базе действующего с 1967 года протонного синхротрона ”-70 в г. ѕротвино. „то ж, негоже забывать, как это было, тем более, что что этому делу было посв€щено едва ли не два дес€тилети€ напр€женного труда многих ученых и специалистов не только протвинского »‘¬Ё, но и дес€тков других предпри€тий и организаций нашей большой страны. ѕоэтому и хочу оставить во всемирной сети информацию, которую удалось опубликовать еще в то врем€, когда оставалась надежда на успешное завершение проекта...
 
*  *  *
”— ќ–»“≈Ћ№ ѕ–ќ“ќЌќ¬ ¬ ѕ–ќ“¬»Ќќ
∆урнал "Ќаука и жизнь", є 4, 1995 г., стр. 61-65
 
√.√.√”–ќ¬  - главный инженер ”Ќ ,  кандидат технических наук,  (обсуждение, предоставление некоторых данных)
√.Ќ.ƒерновой -  ведущий инженер, (текст, подбор иллюстраций)  
 (оба — »нститут физики высоких энергий). 
 
 ƒвенадцать лет назад началось строительство крупнейшего научного объекта –оссии (и бывшего ———–) — ускорительно-накопительного комплекса протонов (”Ќ ) в подмосковном городе ѕротвино. Ќаиболее полно об этом гигантском ускорителе рассказано в статье «¬ глубины строени€ материи», опубликованной, когда только-только было прин€то правительственное решение о сооружении ”Ќ  (см. «Ќаука и жизнь» є 3, 1981 г.)  ¬р€д ли кто-нибудь мог тогда представить, что строительство будет вестись так долго, трудно и  (не!) завершитс€ лишь к концу века… 
—лово «ускоритель» ассоциируетс€ у нас с огромной машиной дл€ исследовани€ атомных €дер.  » немногие, видимо, обращают внимание на то, что собственный ускоритель есть практически в каждом доме, в каждой семье. Ёто телевизор, вернее, его основна€ деталь — телевизионна€ трубка, кинескоп.  атод кинескопа, нагретый миниатюрной печкой, служит источником электронов. ¬ылетев из катода, они попадают в ускор€ющее электрическое поле и приобретают дополнительную энергию за счет его воздействий. Ёнерги€ ускоренных электронов измер€етс€ в единицах, называемых электрон-вольтами (э¬). ќдин электрон-вольт энергии приобретает частица с единичным зар€дом (например, электрон или протон) под действием электрического пол€ с разностью потенциалов один вольт. ¬ телевизионной трубке поле создаетс€ электрическим напр€жением около 20 киловольт (к¬), так что кинескоп и есть линейный ускоритель, разгон€ющий электроны до энергии около 20 кэ¬ (кило-электрон-вольт). Ётой энергии вполне достаточно, чтобы заставл€ть светитьс€ люминофор — вещество, которым покрыт телевизионный экран.
”правл€емые пучки быстрых частиц оказались единственным подход€щим инструментом дл€ операций внутри атомов и атомных €дер, дл€ исследовани€ ассортимента и устройства €дерных частиц. Ќо дл€ этого нужна энерги€ в дес€тки, сотни и даже тыс€чи √э¬ (гигаэлектрон-вольт; 1 √э¬ = 109 э¬), то есть в миллиарды и даже триллионы электрон-вольт. “ак что отнюдь не случайно область фундаментальных исследований строени€ материи называетс€ физикой высоких энергий. ≈сли бы ускорители на высокие энергии делались по принципу телевизионной трубки линейными, то, как показывают расчеты, их размеры достигали бы многих сотен километров. ѕоэтому ускоритель как бы сворачивают в кольцо, заставл€€ частицы многократно проходить участки, где действует ускор€ющее электрическое поле. „ем выше энерги€ частиц, тем труднее завернуть их, пустить по круговой траектории, тем более сильные заворачивающие магнитные пол€ нужны дл€ этого.  роме того, одноименно зар€женные частицы в пучке взаимно отталкиваютс€, а также рассеиваютс€ на остатках атмосферы в вакуумной трубе ускорител€. ѕоэтому нар€ду с поворачивающими магнитами нужны и магниты фокусирующие, сжимающие частицы в тонкий пучок. ћаксимальна€ энерги€ современных ускорителей ограничиваетс€ разумным пределом размеров и стоимости именно магнитной системы, наиболее громоздкой и дорогосто€щей.
 —формированный ускорителем пучок частиц (обычно это электроны или в 2000 раз более т€желые протоны) направл€ют на специально подобранную, исход€ из задач эксперимента, мишень, при соударении с которой рождаетс€ множество разнообразных вторичных частиц. — помощью достаточно сложных систем (детекторов) эти частицы регистрируют, определ€ют их массу, электрический зар€д, скорость и многие другие характеристики. «атем путем сложной математической обработки этой информации на Ё¬ћ восстанавливают траекторию движени€ и всю картину взаимодействи€ ускоренной частицы с веществом мишени. », наконец, сопоставл€€ результаты измерений с предварительным расчетом, делают выводы о параметрах теоретической модели взаимодействи€. »менно здесь и добываетс€ новое знание о свойствах внутри€дерных частиц. ќчень может быть, что именно знани€, которые даст нам физика высоких энергий, позвол€т создать новую энергетику — энергетику XXI века, котора€ положит конец тотальному уничтожению ресурсов нашей планеты.
¬место неподвижной мишени можно использовать и встречный ускоренный пучок частиц. Ёто позвол€ет, при соответствующей компоновке ускорителей, гораздо эффективнее использовать энергию их пучков. “акие самые современные ускорители на встречных пучках называют коллайдерами. ¬ мире пока всего несколько коллайдеров. ќни наход€тс€ в —Ўј, японии, √ермании, а также в ≈вропейской организации €дерных исследований (÷≈–Ќ), базирующейс€ в Ўвейцарии. Ќаша страна много лет также была среди лидеров разработки и строительства ускорителей и, соответственно, в физике высоких энергий.
u70_nj1 (304x287, 117Kb)“ак, в частности, были в свое врем€ «мировыми рекордсменами» по энергии ускоренных протонов и по своим размерам построенный в 1956 году синхрофазотрон в ƒубне (энерги€ 10 √э¬, длина орбиты частиц около 200 метров, вес кольцевого электромагнита 40 тыс€ч тонн), а затем — построенный в 1967 году синхротрон в городе ѕротвино близ —ерпухова (энерги€ 76 √э¬, длина орбиты полтора километра, вес электромагнита 22 тыс€чи тонн). — помощью этих машин был получен целый р€д фундаментальных результатов и сделано несколько открытий. Ѕыли, например, впервые зарегистрированы €дра антивещества и обнаружен так называемый «серпуховский эффект» — возрастание полных сечений адронных взаимодействий (величин, определ€ющих ход реакции двух сталкивающихс€ частиц) и многое другое.
Ќа снимке:   ольцевой зал крупнейшего в –оссии ускорител€ ”-70. ѕолучив пучок протонов с энергией 1,5 √э¬ из синхротрона (канал, подвод€щий частицы, виден справа), ускоритель разгон€ет их до энергии 70 √э¬. ”скоритель ”-70, в свою очередь, будет служить ступенью, источником предварительно ускоренных протонов дл€ ”Ќ . 
”скоритель ”-70 »нститута физики высоких энергий в ѕротвино, дающий энергию протонов 70 √э¬, и поныне остаетс€ крупнейшим в –оссии. Ќа нем провод€т исследовани€ физики из многих лабораторий нашей страны, стран —Ќ√ и выполн€етс€ р€д совместных с «ападом физических программ. ¬ ходе его реконструкции дл€ начальной стадии ускорени€ был установлен первый в мире линейный ускоритель с высокочастотной фокусировкой, без магнитов, а также введен в действие «промежуточный» синхротрон на энергию 1,5 √э¬ диаметром 30 метров. ¬ результате этой модернизации интенсивность протонного пучка (грубо говор€, количество частиц в пучке) была увеличена на пор€док, что позволило даже после по€влени€ за рубежом более мощных ускорителей сохранить интерес физиков к отечественной исследовательской программе.
 
 ќдновременно был разработан проект нового ускорител€ ”Ќ  (ускорительно-накопительный комплекс), который на долгое врем€ мог бы стать наиболее мощным в мире и привлечь, таким образом, лучшие силы мирового физического сообщества. ”же в 1983 году, после прин€ти€ соответствующего правительственного решени€, в ѕротвино начались работы по сооружению ”Ќ , который в итоге должен был обеспечить энергию 3000 √э¬ — это втрое превышает энергию наиболее мощного сейчас в мире ускорител€, принадлежащего лаборатории имени Ё.‘ерми (‘ЌјЋ) в —Ўј. ¬ систему ”Ќ  в качестве первой «разгонной ступени» должен был войти и ныне действующий ускоритель ”-70. ќснова ”Ќ —два кольцевых ускорител€, одинаковые по размерам, но совершенно разные по конструкции. ќсновна€ задача первого из этих колец (первой ступени) — прин€ть из ”-70 пучок протонов с энергией 70 √э¬ и подн€ть ее до промежуточного значени€ 400 — 600 √э¬. ¬о втором кольце (втора€ ступень) энерги€ протонов будет подн€та до конечной величины — 3000 √э¬.
u70_nj2 (373x346, 53Kb)ѕерва€ ступень ”Ќ  спроектирована по традиционной дл€ подобных машин схеме. ¬ частности, сворачивание протонного пучка в кольцо и его фокусировка осуществл€ютс€ классическими электромагнитами с €рмом из электротехнической стали и с алюминиевыми обмотками, охлаждаемыми водой. ќбщее число магнитных блоков — 2500, каждый из них весит около 10 тонн. ¬ процессе ускорени€ протоны, лет€щие почти со скоростью света, проход€т путь около 30 миллионов километров, частицы движутс€ в вакуумной камере — трубе из нержавеющей стали диаметром около 80 мм. ƒавление в ней составл€ет менее 10-7 мм ртутного столба, его поддерживает огромный «завод вакуума» — уникальна€ вакуумна€ система.
Ќа схеме:  Ќад кольцевым тоннелем нового ускорител€ длиной 21 километр остались нетронутыми лес, пол€, поселки и дороги. 1. скоритель ”-70. 2.  анал инжекции — ввода пучка протонов в кольцо ускорител€ ”Ќ . 3.  анал антипротонов. 4.  риогенный корпус. 5. “оннели к адронному и нейтронному комплексам.
¬ажнейша€ особенность второй ступени — электромагниты со сверхпровод€щими обмотками. ќни несравненно сложнее обычных («тЄплых») магнитов еще и потому, что сверхпроводимость обеспечивают мощные криогенные системы, производ€щие жидкий гелий и жидкий азот.
Ќо, как говоритс€, дело стоит того — сверхпровод€щие магниты позвол€ют создать в п€ть раз более сильное поле, и при той же длине магнитной «дорожки» (а это дес€тки километров!) можно ускор€ть частицы до энергии в п€ть раз большей.  роме того, сверхпровод€щий ускоритель, даже с учетом затрат мощности на работу криогенной системы, потребл€ет в дес€тки раз меньше энергии, чем ускоритель обычный. “ак что ведущийс€ сейчас в ускорительных центрах мира переход на сверхпровод€щие технологии — не дань моде, а мотивированна€ необходимость.
ќбе ступени ”Ќ  размест€тс€ в одном подземном кольцевом тоннеле длиной почти 21 километр. “оннель имеет внутренний диаметр 5 метров и расположен в стабильных и сухих породах на глубине от 20 до 60 метров (в зависимости от рельефа местности). ѕо длине и глубине залегани€ он аналогичен кольцевой линии московского метрополитена. —ходство дополн€етс€ и тем, что примерно через каждые полтора километра к кольцевому тоннелю ускорител€ примыкают подземные залы дл€ размещени€ крупногабаритного оборудовани€ («станции»). Ёти залы св€заны с поверхностью вертикальными шахтами дл€ проводки коммуникаций, транспортировки оборудовани€ и т.д.

—ооружение комплекса ”Ќ  ведетс€ уже более 10 лет. ѕараллельно идут наземные и подземные строительные работы, проектирование, изготовление и монтаж оборудовани€. ¬ известной мере знаменательным оказалс€ прошедший 1994 год, когда были завершены два важных этапа программы. ¬ марте был введен в строй первый участок нового ускорител€ — подземный канал длиной 2,7 км, соедин€ющий ”-70 и ”Ќ . ¬ канале смонтированы вакуумна€ система, около 200 электромагнитов, приборы наблюдени€ за пучком. ѕосле тщательной настройки всех элементов канала протоны с энергией 70 √э¬ пролетели по проектной траектории вплоть до будущей точки ввода в подземное кольцо ”Ќ . ¬ декабре 1994  г. горнопроходчики выполнили последнюю сбойку на проходке основного тоннел€, замкнув 21-километровое подземное кольцо. » хот€ более половины тоннел€ уже готово под монтаж инженерных систем, на завершающей его части еще предстоит больша€ работа — по сварке внутренней металлоизол€ции тоннел€, сооружению части подземных залов, чистовой отделке. “ем не менее можно с уверенностью сказать, что наиболее ответственна€ часть строительных работ подходит к концу. «аказ на изготовление большей части электрофизического оборудовани€ первой ступени ”Ќ  был размещен на заводах –оссии и частично — ”краины. Ќекотора€ часть оборудовани€ делаетс€ непосредственно в »‘¬Ё. ¬ насто€щее врем€ осталось изготовить около трети оборудовани€ — магнитов, вакуумных камер, источников питани€. ѕроизводственные мощности заводов позвол€ют завершить эту работу за год — полтора, однако всЄ сдерживаетс€ резким сокращением финансировани€. “ак, например, федеральный бюджет –оссии на 1994 год отдельной строкой предусматривал выделение 96,7 миллиарда рублей на сооружение ”Ќ , однако реальные поступлени€ составили менее половины этой суммы. ѕоложение к тому же усугубл€ет инфл€ци€, так что делать оптимистические прогнозы о сроках пуска хот€ бы первой ступени ”Ќ  затруднительно.

u70_nj3 (269x300, 34Kb)  ак уже говорилось, важнейшим элементом второй ступени ускорител€ служат сверхпровод€щие магниты. »х образцы изготовлены и успешно испытаны в институте, однако требовани€ к точности изготовлени€ магнитов оказались за пределами реальных возможностей промышленности. ¬ св€зи с этим в »‘¬Ё была разработана собственна€ уникальна€ технологи€ изготовлени€ и испытаний сверхпровод€щих магнитов. Ѕолее того — был построен цех, способный выпускать до трех магнитов в сутки. ќднако массовое их производство пока пришлось отложить: в св€зи с резким сокращением финансировани€ программы пришлось пересмотреть всю стратегию сооружени€ комплекса. „тобы скорее начать физические исследовани€, основные усили€ сейчас направлены на завершение первой ступени — ее можно будет временно использовать как самосто€тельный ускоритель с энергией 600 √э¬ (”-600).
Ќа схеме: ”частки двух ступеней ускорител€ протонов ”Ќ  (1), смонтированных в одном тоннеле . —верху проложена труба первой ступени ускорител€ с обычными, «теплыми» магнитами (2). ¬низу находитс€ сверхпровод€ща€ магнитна€ система второй ступени (3). ќна охлаждаетс€ жидким гелием с температурой 4,4 (4), и от притока тепла защищена слоем (5) жидкого азота (“= 80 ) и вакуумом (6) между азотным, экраном и внешней стенкой.
 —егодн€ это уже, конечно, не рекорд, однако существует достаточно интересна€ область исследований, не «охваченна€» более мощными ускорител€ми —Ўј и «ападной ≈вропы. ѕри этом интенсивность протонного пучка на ускорителе ”-600 будет в дес€ть раз выше, чем на западных машинах, а это резко повысит эффективность исследований.  роме того, ”-600 позволит выводить пучки вторичных частиц, что невозможно в других исследовательских центрах. ”же сейчас ведетс€ подготовка совместного российско-американского эксперимента «Ќ≈ѕ“”Ќ» на ”-600 с использованием сверхпровод€щей мишени новой конструкции, полностью изготовленной физиками ћичиганского университета.

«атраты на создание ”Ќ  по масштабу соизмеримы с затратами на сооружение атомной электростанции. „асто возникает вопрос: какова же реальна€ отдача от таких проектов? ¬р€д ли можно говорить о какой-либо конкретной пр€мой отдаче в ближайшие годы, но кто мог предсказать возникновение атомной энергетики на основе первых опытов –езерфорда по изучению атомного €дра? —ам –езерфорд такой перспективы не видел, хот€ именно его работы в итоге привели к прогрессу атомной энергетики, ставшей энергетической основой экономики в целом р€де стран.
ќчевидно и то, что огромные интеллектуальные ресурсы, сосредоточенные дл€ реализации научных проектов таких масштабов, как ”Ќ , нередко дают в качестве побочного продукта новейшие технологии, а они, в свою очередь, привод€т к качественному скачку целых отраслей производства.
u70_nj4s (201x314, 78Kb)“ак, скажем, бурное развитие вычислительной техники во многом об€зано потребност€м физики и техники современных ускорителей. ѕо оценкам европейских промышленников, каждый доллар, вложенный в развитие фундаментальных исследований, дает 4 доллара прибыли. 
Ѕлижайший аналог таких западных проектов в –оссии — программа создани€ ускорител€ ”Ќ , котора€ вполне может оказатьс€ своеобразным пробным камнем дл€ оценки всей будущности страны. —овершенно очевидно, что страна с разрушенной экономикой, не имеюща€ €сных перспектив своего дальнейшего развити€ в составе мирового сообщества, осуществить подобный проект не сможет.  ак это ни сложно бывает в наше врем€, хочетс€ все же быть оптимистом. » верить, что обновленна€ –осси€ займет свое достойное место в р€ду эффективно работающих, а потому и преуспевающих стран. ќдним из конкретных и весьма показательных про€влений этого станет завершение работ по созданию ”Ќ — уникальной машины познани€, работающей на наше будущее.
*  *  *
 ѕримечание к иллюстраци є4 :
Ќа вкладке журнал поместил крупо 2 этих фото вместе,  сопроводилих их (без согласовани€) текстом, содержащим  ошибки:
- дипольные электромагниты реально построенного канала инжекции на верхнем снимке названы «ускор€ющими», что есть нонсенс;
- нижний снимок представл€ет вид демонстрационного макета ”Ќ  по полному проекту, из одной ступени на теплых магнитах и двух ступеней на —ѕ-магнитах 
 
 
*  *  *
ѕослесловие соавтора, 10 лет спуст€:
¬скоре после выхода в свет журнала один из соавторов, а именно √еннадий √уров, стремительно рассчиталс€ и уехал работать по контракту в —Ўј, где он ранее не раз бывал в служебных командировках. “ак ”Ќ  осталс€ без своего главного инженера — одной из ключевых, по сути, фигур. ¬прочем, он был не первым из тех хорошо осведомленных специалистов, кого посетило предчувствие кончины проекта, и лишь пополнил когорту «новых американцев»… 
ј оставшиес€ пытались все же на отпускаемые госбюджетом крохи довести дело до мало-мальски приемлемого завершени€. ’от€ бы в виде законченного уникального инженерного сооружени€ — подземного «бублика» длиной 21 км. 
ћожет быть, физики следующего поколени€ найдут ему достойное применение…
 
 

—ери€ сообщений "»‘¬Ё":
” »‘¬Ё есть и свой сайт. —м.
„асть 1 -  онференци€ “ : решени€ наконец-то прин€ты
„асть 2 - —отрудничество с ÷≈–Ќ крепнет
...
„асть 9 - »‘¬Ё - федеральный научный центр
„асть 10 - ѕроблемы »‘¬Ё - глазами американца
„асть 11 -  ак наша страна российский коллайдер строила
„асть 12 - »‘¬Ё на выставке российских √Ќ÷
„асть 13 - ћэр объ€вл€ет »нституту войну?
...
„асть 48 - ”скорительщики обсудили "статус-кво"
„асть 49 -   юбилею »нститута физики высоких энергий
„асть 50 - ¬ечность в кольце

—ери€ сообщений "”Ќ ":
„асть 1 -  итайцам интересно
„асть 2 - ”скоритель и власть
...
„асть 9 - ѕоможет ли статус √Ќ÷ строительству ”Ќ ?
„асть 10 - Ѕыла сбойка, и был банкет
„асть 11 -  ак наша страна российский коллайдер строила
„асть 12 - Ќе получаетс€ у себ€ - поможем ÷≈–Ќу ?
„асть 13 - » всЄ-таки он строитс€!
...
„асть 29 - ¬ечность в кольце
„асть 30 -   вопросу о "реинкарнации ”Ќ "
„асть 31 -  онсерваци€ - вынужденно и необходимо

ћетки:  



 

ƒобавить комментарий:
“екст комментари€: смайлики

ѕроверка орфографии: (найти ошибки)

ѕрикрепить картинку:

 ѕереводить URL в ссылку
 ѕодписатьс€ на комментарии
 ѕодписать картинку