Сибирский адронный коллайдер

«Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН — институт, созданный в 1958 году в Новосибирском Академгородке на базе лаборатории новых методов ускорения Института атомной энергии, возглавляемого И. В. Курчатовым. ИЯФ — крупнейший институт РАН. Общее число сотрудников института составляет примерно 2900 человек. Среди научных сотрудников института 5 действительных членов Российской Академии Наук, 6 членов-корреспондентов РАН, около 60 докторов наук, 160 кандидатов наук. ИЯФ выполнил довольно внушительный объем работ для Большого адронного коллайдера в CERN.» – рассказывает gelio_nsk.

2. С этого все началось: ВЭП-1 (Встречные Электронные Пучки)
Первый в мире коллайдер, построенный в 1963 году для изучения возможностей их использования в экспериментах по физике элементарных частиц. ВЭП-1 — единственный за всю историю коллайдер, в котором пучки циркулировали и сталкивались в вертикальной плоскости.

3. Сейчас в ИЯФ СО РАН функционируют два ускорителя: ВЭПП-4 и ВЭПП-2000.
Электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2000, разработка которого началась также в 2000 году, стал своего рода младшим братом Большого адронного коллайдера. Если энергия частиц в европейском коллайдере достигала 100 гигаэлектронвольт на пучок (суммарная энергия – 200 гигаэлектронвольт), то сибирский коллайдер ровно в 100 раз слабее – 2000 мегаэлектронвольт или 2 гигаэлектронвольта.

4. Одна из основных задач нового коллайдера – с максимально высокой точностью измерить параметры аннигиляции электрон-позитронной пары в адроны – мезоны и барионы. Позитрон и электрон – частица и античастица – при столкновениях могут аннигилировать, целиком превращаясь в электромагнитное излучение. Однако при некоторых энергиях эти столкновения могут порождать другие частицы – состоящие из двух (мезоны) или трех кварков (барионы – протоны и нейтроны).
Внутреннее строение протонов и нейтронов до сих пор изучено не до конца.

5. Мгновенное охлаждение для ног при помощи азота.

6. Мне сказали, что на данный момент это один из самых мощных в мире магнитов.

7. Управление ВЭПП-2000

8.

9.

10.

11.

12. Ускорительный комплекс ВЭПП-4 представляет собой уникальную установку для проведения экспериментов со встречными электрон-позитронными пучками высоких энергий. Комплекс ВЭПП-4 включает в себя инжектор (энергия пучка до 350 МэВ), накопитель ВЭПП-3 (до 2 ГэВ) и электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-4М (до 6 ГэВ).

13. Коллайдер ВЭПП-4М с универсальным детектором элементарных частиц КЕДР предназначен для экспериментов по физике высоких энергий.

14. На ВЭПП-4М реализована система измерения энергии частиц методом резонансной деполяризации с относительной погрешностью до 10-7, не достигнутой ни в одной другой лаборатории мира. Такая методика дает возможность измерять массы элементарных частиц с чрезвычайно высокой точностью.

15. В последние годы целью большинства экспериментов является прецизионное измерение масс элементарных частиц.

16. Кроме физики высоких энергий, на комплексе ВЭПП-4 проводятся исследования с использованием выведенных пучков синхротронного излучения. Основные направления — материаловедение, изучение взрывных процессов, археология, биология и медицина, нанотехнологии и т. д.

17. На установках комплекса ВЭПП-4 проводят исследования более 30 российских и зарубежных организаций, в том числе институты РАН из Новосибирска, Екатеринбурга, Красноярска, Томска, Санкт-Петербурга, Москвы и др., а также зарубежные институты из Германии, Франции, Италии, Швейцарии, Испании, США, Японии и Южной Кореи.

18.

19. Периметр ВЭПП-4м составляет 366 метров.

20. Его полукольца проходят под землей

21. На накопителе ВЭПП-3 проводятся эксперименты по ядерной физике на внутренней газовой мишени, которая представляет собой рекордную по интенсивности струю газа (дейтерия или водорода), вводимую непосредственно в вакуумную камеру накопителя.

22. Длина накопителя ВЭПП-3 составляет 74.4 м, энергия инжекции 350 МэВ, максимальная энергия 2000 МэВ

23. Основные направления работы ВЭПП-3 в настоящее время это Накопление и инжекция электронов и позитронов в коллайдер ВЭПП-4М, работа в качестве источника синхротронного излучения и эксперименты с внутренней газовой мишенью, по рассеянию электронов на поляризованных дейтронах.

24. Накопитель-охладитель инжекционного комплекса.

25.

26.

27. Установка ГДЛ (газодинамическая ловушка) является стендом для экспериментального изучения важных физических проблем, связаных с удержанием термоядерной плазмы в длинных магнитных системах открытого типа. В числе иследуемых вопросов физика продольных потерь частиц и энергии, равновесие и магнитогидродинамическая устойчивость плазмы, микронеустойчивости.

28. Эксперименты на установке ГДЛ дали ответ на несколько классических вопросов физики горячей плазмы.

29. В настоящее время установка ГДЛ модернизируется. Цель модернизации – использовать для нагрева плазмы мощные атомарные инжекторы нового поколения. Такие инжекторы согласно расчетам, дают возможность получить рекордные параметры горячей плазмы, что позволит провести ряд экспериментов по детальному изучению физики удержания и нагрева плазмы с параметрами, характерными для термоядерных реакторов будущего.

30. На установке ГОЛ-3 проводятся эксперименты по изучению взаимодействия плазмы с поверхностью. Цель этих экспериментов – выбор оптимальных конструкционных материалов для элементов термоядерного реактора, находящихся в контакте с горячей плазмой.

31. Установка ГОЛ-3 представляет собой соленоид, на которую надето множество катушек (110 штук), создающих внутри трубки мощное магнитное поле. Перед работой установки, вакуумные насосы откачивают из трубки воздух, после чего внутрь инжектируется атомы дейтерия. Затем, содержимое трубки нужно нагреть до десятков миллионов градусов, пропуская пучок заряженных частиц.

32. Нагрев протекает в две стадии – благодаря электрическому заряду достигается предварительный нагрев до 20 тысяч градусов, а затем «впрыскиванием» пучка электронов идет нагрев до 50-60 миллионов градусов. В этом состоянии плазма удерживается лишь доли секунд – за это время приборы снмают показания для последующего анализа.

33. Всё это время, на катушки подается напряжение, создающие в них магнитное поле около пяти тесла.
Такое сильное поле, подчиняясь физическим законам, стремится разорвать катушки на части, и для предотвращения этого они скреплены крепкими стальными креплениями.

34. Всего за день бывает по несколько «выстрелов», потребляющие около 30ти МгВт электрической мощности на каждый. Эта энергия поступает от Новосибирской ГЭС по отдельной сети.

35.

36. Установка ЛСЭ в соседнем с ИЯФом институте химической кинетики и горения.
Лазеры на свободных электронах состоит из двух узлов — ондулятора и оптического резонатора.
Идея такова – пучок электронов пролетает через секцию со знакопеременным магнитным полем. Под действием этого поля электроны вынуждены лететь не по прямой, а по некоей синусоидальной, волнообразной траектории. Совершая это виляющее движение, релятивистские электроны излучают свет, который по прямой попадает в оптический резонатор, внутри которого — сумасшедший вакуум (10–10 миллиметров ртутного столба).

37. На противоположных концах трубы — два массивных медных зеркала. По пути от зеркала к зеркалу и обратно свет набирает приличную мощность, часть которой выводится к потребителю. Электроны же, отдавшие энергию в электромагнитное излучение, разворачиваются через систему поворотных магнитов, возвращаются в ВЧ-резонаторы и там тормозятся.

38. Пользовательские станции, которых сегодня шесть, находятся на втором этаже здания за пределами ускорительного зала, где в период работы ЛСЭ находиться нельзя. Излучение выводится наверх по трубам, заполненным сухим азотом.

39. В частности, излучение этой установки использовано биологами для разработки нового метода исследования сложных молекулярных систем.

40. Для химиков открывается возможность очень экономного с энергетической точки зрения управления реакциями. Физики занимаются исследованием метаматериалов — искусственных материалов, которые обладают в определенном диапазоне длин волн отрицательным показателем преломления, становясь полностью невидимыми и т.д.

41. Как видно по «дверке», здание имеет, наверное, 100-кратный запас прочности по радиационной защите.