Одним из важных условий изучения пучков частиц в ускорителях является возможность влиять на такой параметр, как на эмиттанс (размер занимаемого пространства) этого пучка. Чем меньше размер пучка, тем лучше – от этого зависит производительность коллайдера, а значит, и объем полученной в ходе эксперимента статистики. Одним из путей достижения такого результата является охлаждение пучка частиц, что подразумевает и его уплотнение.
О важности этой задачи говорит тот факт, что Симон ван дер Мер, предложивший в 1975 году один из двух принятых сейчас методов охлаждения – стохастический – был награжден за это Нобелевской премией по физике.
Есть чем гордиться и отечественной науке, поскольку за десять лет до голландца, в 1966 году, новосибирский физик, первый директор ИЯФ СО РАН, академик Герш Будкер предложил свою систему электронного охлаждения. Холодные электроны направляются магнитным полем из электронной пушки в кольцо ускорителя. Здесь они сводятся с горячими ионами, какое-то время движутся по кольцу вместе и за счет столкновений охлаждают ионы. Это позволяет в тысячи раз уменьшить фазовые объемы охлаждаемых пучков.
– Это было удивительное по своей красоте решение, - отмечает один из учеников Герша Ицковича, академик Николай Диканский, чья докторская диссертация также была посвящена этой системе.
Решение оказалось не только красивым, но и весьма востребованным: на сегодняшний день система, придуманная новосибирскими физиками, применяется на двух десятках научных установок, причем, треть из них изготовлена непосредственно в ИЯФ. Не удивительно, что именно в стенах Института ядерной физики было решено проводить международное совещание COOL 2019, которое соберет более шестидесяти специалистов в области электронного охлаждения и ускорительной физики из России, Германии, Китая, Швейцарии, Японии, Англии и США.
Среди тем, включенных в повестку дня совещания - создание накопителя антипротонов и супервысоковольтной системы охлаждения для Европейского исследовательского центра ионов и антипротонов (FAIR, Германия), поставка прототипов высоковольтной секции в Институт Гельмгольца в Майнце (HIM, Германия), а также систем электронного охлаждения в Институт современной физики Китайской академии наук для экспериментов в области астрофизики.
Ну и самое интересное для нас - последние разработки ИЯФ СО РАН для мегасайенс проекта NICA, которые позволят повысить самые важные параметры установки. Подробнее о них рассказали участники пресс-конференции, организованной в первый день работы COOL 2019.
NICA (сокращение английского названия Nuclotron-based Ion Collider fAcility) – коллайдер протонов и тяжёлых ионов, строящийся с 2013 года в городе Дубна Московской области. Как отметил советник дирекции по его созданию, член-корр. РАН Игорь Мешков, на сегодня NICA – единственный из отечественных «мегасайнз-объектов», чье строительство близится к финальной стадии. Первый запуск коллайдера должен состояться в следующем году, а проведение на нем экспериментов станет возможным годом позже.
Одна из задач, которую ученые намерены решить с помощью коллайдера – воссоздать и изучить барионную материю, из которой наша Вселенная состояла в первые микросекунды своего существования. Считается, что это поможет понять, как в первые секунды после Большого взрыва во Вселенной образовались протоны и нейтроны. Кроме того, NICA позволит изучить взаимодействия пучков самых разных частиц: от протонов и поляризованных дейтронов – до массивных ионов золота.
Каждый из коллайдеров такого класса является уникальным научно-техническим объектом, и само его создание требует решения не менее уникальных научных и инженерных задач. Что для коллектива ИЯФ, где создается треть физического оборудования для NICA (системы электронного охлаждения, высокочастотные станции, каналы транспортировки и др.) – задача привычная. Ранее здесь создавали столь же уникальное оборудование для Большого адронного коллайдера и других известных установок.
Сейчас в институте работают над системой высоковольтного охлаждения на энергию до 2,5 МэВ.
– Это первая установка электронного охлаждения, которая будет использоваться в основном кольце коллайдера. Работа успешно продвигается, и мы надеемся, что в скором будущем она будет реализована в экспериментах на NICA, – рассказал заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Владимир Борисович Рева.
Всего на коллайдер должно быть поставлено два «охладителя» - до 25 и до 50 кэВ, для бустера и для основного кольца. Общая стоимость оборудования, произведенного новосибирскими физиками, составит порядка 800 млн руб.
Новосибирские физики намерены развивать полученный опыт в дальнейших проектах - от 5 до 8 МэВ, сотрудничая в этом направлении и с зарубежными коллегами, прежде всего, из Института Гельмгольца в Майнце (Германия).
Сергей Исаев