Сотрудники ИЯФ СО РАН вместе с коллегами из немецкого Института Гельмгольца рассказали о разработке системы электронного охлаждения для коллайдера NICA. Установка располагается в Институте объединенных ядерных исследований в наукограде Дубна. Система остужает ионные пучки и делает их более плотными. Это позволяет собрать больше данных во время эксперимента.
В 1984 году голландец Симон ван дер Мер получил Нобелевскую премию по физике. В конце 70-х годов он предложил способ охлаждения ионных пучков, которые сталкивают друг с другом в коллайдере ЦЕРНа. Буквально на два года раньше первый директор ИЯФ СО РАН Андрей Будкер предложил метод электронного охлаждения ионов. За разработку этого метода Будкер получил госпремию в 2001 году посмертно. Помимо Будкера, эту премию получили еще семь российских ученых.
Из десяти установок электронного охлаждения – или, как их называют специалисты, – кулеров, работающих по всему миру, шесть были построены в ИЯФе. Одна из первых была запущена в 1991 году в Германии. Ее разработкой и запуском занимался академик РАН Василий Пархомчук вместе со своим немецким коллегой доктором Маркусом Штеком.
«Я помню радостное чувство, когда она начала охлаждать частицы и большой камень свалился с души Маркуса, потому что он мне сказал, что если бы она не заработала, то его бы здесь в пультовой повесили», – смеется Пархомчук. Он называет идею электронного охлаждения простой, однако прежде, чем начать установку этой системы на коллайдер, ученые сделали множество ее прототипов.
Как рассказал старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Максим Брызгунов, охлаждение ионных пучков происходит за счет холодного газа других частиц – электронов.
«Пучки двигаются с тепловыми скоростями и происходит охлаждение. Электроны отбирают часть энергии у ионов. Таким образом, происходит охлаждение, то есть сама идея электронного охлаждения, которая была придумана Будкером, именно в этом и состоит. Холодный газ электронов охлаждает ионы», – поясняет Брызгунов.
В результате этого процесса остуженные пучки ионов становятся более плотными. Это повышает светимость установки, и физики могут собрать больше данных в ходе эксперимента.
К 2022 году новосибирские ученые планируют достроить системы высоковольтного охлаждения для коллайдера NICA в подмосковной Дубне. Основная цель экспериментов на новом коллайдере – изучение вещества, в котором пребывала вселенная в первые мгновения после большого взрыва.
«Будущее электронного охлаждения сейчас – эта та машина, которая создается в коллайдере в Дубне», – говорит замдиректора института Евгений Левичев.
Главная особенность разработки в том, что кулер будут применять не для одного кольца коллайдера, а для всего ускорителя в целом. Система рассчитана на энергию до 2,5 мегаэлектронвольта. Прототип модуля такой установки уже разрабатывается в ИЯФе.
Старший научный сотрудник института Максим Брызгунов рассказал, что будущая установка, размером в десятки раз больше прототипа, будет занимать около 40 метров в длину. У соленоидов охладителя очень высокая точность, что позволит лучше настроить магнитное поле. Сейчас ученые заканчивают конструирование установки. Она будет готова к 2022 году.
Совсем недавно новосибирские физики завершили другую разработку для подмосковного коллайдера.
«Мы закончили строительство электронного охлаждения для бустера NICA, – поясняет заведующий лабораторией института Владимир Рева. – Эта установка электронного охлаждения на 50 киловольт, сейчас она находится в Дубне. Успешно введена в эксплуатацию и совместно с молодыми учеными из объединенного центра ядерных исследований ведутся эксперименты».
Общая стоимость оборудования, произведенного специалистами ИЯФ СО РАН, составит порядка 800 миллионов рублей.
«Проект NICA осуществляется в теснейшем сотрудничестве с ИЯФ СО РАН, который разрабатывает и поставляет для него около трети оборудования, – рассказал научный руководитель проекта NICA, член-корреспондент РАН Игорь Мешков. – Это не только системы электронного охлаждения, но и каналы инжекции, и высокочастотные станции. Без ИЯФ СО РАН Объединенный институт ядерных исследований просто не реализовал бы этот проект. По плану первый пучок на коллайдере NICA появится в 2021 году, а в 2022 году начнется регистрация событий».