Отчет о командировке

Холодный май 2001, или “Охлаждение пучков и сопутствующие проблемы”

C 14 по 18 мая в физическом центре небольшого городка Бад Хоннеф, расположенного недалеко от Бонна, при поддержке фонда Вильгельма и Эльзы Хераеус, проходило рабочее совещание “Охлаждение пучков и сопутствующие проблемы”. Оно продолжало серию совещаний, давно уже ставших традиционными, посвященных, в основном, электронному охлаждению. В настоящее время в мире работает десяток установок, использующих электронное охлаждение ионных пучков, - в Германии, Дании, Швеции, ЦЕРН, США, Японии. Среди полусотни участников совещания были представители практически всех научных центров, связанных с физикой охлаждения пучков. В том числе, в работе совещания приняли участие и сотрудники сектора электронного охлаждения ОИЯИ.

Игорь Мешков, член международного организационного комитета, руководил работой одного из мини-воркшопов, проводимых в рамках совещания, посвященного проблемам устойчивости охлажденных пучков и технике электронного охлаждения. Евгений Сыресин выступил с докладом о серии экспериментов, осуществляемых на стенде электронного охлаждения ОИЯИ, по тестированию электронной пушки для системы электронного охлаждения одного из накопителей проекта MUSES (RIKEN, Япония). Александр Смирнов и Григорий Трубников рассказали о разрабатываемых в ОИЯИ компьютерных программах, посвященных как расчету процесса охлаждения ионного пучка, так и моделированию динамики электронов в оптической структуре системы охлаждения. Автор этих строк рассказал о состоянии работ по созданию в ОИЯИ небольшого накопителя с фокусировкой продольным магнитным полем, предназначенного для электронного охлаждения позитронов и генерации позитрония.

Городок Бад Хоннеф на берегу Рейна прогулочным шагом за час проходится с севера на юг, где на высоком холме – стены старинной крепости. Особняк физического центра, крупного камня, со скульптурами на фасаде, окруженный черной чугунной оградой. Зал заседаний, где голос докладчика не нуждается в современной усилительной технике, чтобы быть отчетливо услышанным во всех уголках. Высокие потолки, тяжелые кресла, портреты и репродукции на стенах. Погребок с неисчерпаемыми запасами вина и пива. Обстановка одновременно и торжественная и уютная. Пять дней плотной рабочей программы - и пять вечеров встреч со старыми друзьями.

Научная программа совещания охватывала практически все новое, что было достигнуто со времени предыдущего совещания в Упсале в 1999 году. Это оптимизация параметров электронного и стохастического охлаждения. Новые технические решения, предложенные для установок, создаваемых в Японии и Китае. Новые методы диагностики и последние экспериментальные результаты. Но кроме этого, давался и более широкий взгляд на отрасль в целом. “Охлаждение пучков: прошлое, настоящее, будущее” - название доклада одного из патриархов электронного и стохастического охлаждения в ЦЕРН Дитера Меля. О перспективах внедрения метода электронного охлаждения в область высоких энергий рассказал Александр Скринский. Снова горячие споры вызвала теория Пархомчука о когерентной неустойчивости ионного пучка в системе электронного охлаждения. И, конечно, новые проекты, нацеленные в будущее. Электронное охлаждение в накопителе Recycler, имеющее целью повышение светимости Тэватрона в Фермилаб, – “Мы хотим открыть “хиггс” за те четыре года, которые остались до пуска LHC”, – сказал Сергей Нагайцев, один из лидеров этой работы. Среди других новинок был проект электронного охлаждения на RHIC, разрабатываемый совместно институтом Будкера и BNL. Проект электронного охлаждения на PETRA, направленный на повышение светимости коллайдера HERA в Гамбурге. Проблемы мюонного охлаждения и состояние дел в экспериментах по генерации антиводорода на Антипротонном Замедлителе (AD, ЦЕРН), непосредственно связанных с электронным охлаждением... Электронное охлаждение по-прежнему остается динамично развивающейся и перспективной областью ускорительной физики.

Один из вечеров был посвящен визиту в COSY, руководство которого организовало это совещание. Крупные капли наотмашь бьют в лобовое стекло, когда автобус врывается на мост через Рейн. И слева, за ажурной аркой моста, за тремя полосами встречного движения реку скрывает темно-синяя, волнующаяся пелена ливня. Вынырнув из водопада, автобан бросается на равнину, где слева уходят к горизонту четыре высоковольтные линии, справа на холме ворочает тремя крылами современный ветряк, а у горизонта малиновой полосой пылают кучевые облака. Полтора часа стремительного бега, и автобус пересекает проходную Физического центра Юлих.

Каждый знает, что по-английски COSY значит "уютный", но не все помнят, что слово это возникло как аббревиатура от Cooler Synchrotron. Я приехал в Юлих за три недели до совещания, для работ по проекту, связанному с исследованием перспектив повышения энергии системы электронного охлаждения до 1.5 МэВ, для поддержки светимости в экспериментах с внутренней мишенью. И у меня было время узнать, почему COSY называется уютным.

Небольшая пультовая, набитая современной измерительной техникой. Вылизанный, весь такой гладкий, почти игрушечный накопитель. Аккуратность, которая, как это ни странно звучит, порою даже мешает работе. Простейшие изменения в оборудовании, желание посмотреть сигналы с той или иной диагностической аппаратуры в не совсем штатном режиме, наталкиваются почти на непреодолимые трудности. Доброжелательное, не из простой вежливости, заботливое отношение немецких коллег. Пользуясь случаем, хочу поблагодарить Юргена Дитриха, который много лет в прошлом проработал в Дубне, и нашего давнишнего друга Йохана Штайна, не пожалевших времени и усилий, чтобы сделать наше пребывание в Юлихе не только плодотворным, но и приятным.

Однажды, во время обеда за наш столик подсел приятель Йохана. Они говорили в основном по-немецки, но смысл беседы был понятен. На вопрос: “Как дела?” - Йохан поделился радостью: наконец-то за почти десять лет существования COSY выделили время на исследование электронного охлаждения, и на эксперименты приезжают русские "динозаурус оф электрон кулинг".

Идея электронного охлаждения посетила Будкера, когда он работал над проблемой светимости протон-протонного коллайдера. А вскоре Скринский понял, что это – ключ к накоплению антипротонов и созданию протон-антипротонного коллайдера! Мировая физическая “комьюнити” восприняла эту идею как очередной русский бред. Это сейчас кажется очевидным, что обмен энергией между циркулирующим в накопителе ионным пучком и пучком электронов, имеющем ту же скорость, приводит к охлаждению ионного пучка. А тогда, в конце 60-х, этому односложному логическому построению не верил никто.

Кто они, люди сделавшие эту идею реальностью? Недавно ИЯФ имени Будкера выдвинул работы по созданию и развитию метода электронного охлаждения на соискание Государственной премии России, а 29 мая на расширенном заседании Научно-технического совета ИТЭФ состоялось обсуждение этих работ, в котором приняли участие все видные ускорительщики России (ИФВЭ, ОИЯИ, ФИАН, ИЯФ РАН, НИИЭФА). Авторский коллектив: Г.И.Будкер, А.Н.Скринский, И.Н.Мешков, Н.С.Диканский, В.В.Пархомчук, Д.В.Пестриков, Б.Н.Сухина, – “пионерская команда электронного охлаждения”. При обсуждении общим в выступлениях было удивление: почему эта работа, по достоинству являющаяся гордостью нашей родины, до сих пор никак не отмечена в России?

Динозавры всегда ассоциируются с чем-то большим. И уже в первый день экспериментов в COSY (первого мая, которое так же празднуют и в Германии, не зная, что это, собственно, за праздник), когда Пархомчук, чем-то неуловимо напоминающий Винни Пуха, упорно вращал ручки в пультовой и объяснял местной братии, как на самом деле нужно обращаться с осциллоскопом фирмы “Хьюлетт-Паккард”, а дотошный Мешков методично измерял шумы электронного пучка, был получен рекордный за весь период эксплуатации ускорителя ток накопленных протонов – 7 х 10¹⁰. Получен просто за счет оптимизации тока и положения электронного пучка, периода повторения и длительности импульсов инжекции. Трудно придумать более наглядную демонстрацию необходимости серьезных исследований и развития системы охлаждения, и директор Института ядерной физики Исследовательского центра Юлих Рудольф Майер, который тоже участвовал в этих экспериментах, принял решение о продолжении в будущем этих работ при участии специалистов из ОИЯИ.

В пятистах метрах от главного входа Физического центра Юлих, на обочине дороги, в лесу стоит крест. Серый металлический крест на невысоком гранитном постаменте. На том же постаменте у основания креста - маленький фонарик: домик из жестяных планок, со всех сторон закрытый мутным стеклом. Отворив дверцу, вы можете поставить внутри свечу, и ее не задует ветер. На медной табличке, заклепками прикрепленной к боковой грани постамента, несколько фраз по-немецки. "На этом месте в годы войны был концентрационный лагерь. В нем содержались 1500 русских и польских военнопленных. Все они погибли во время бомбежки 26 сентября 1944 года".

Во время этой же “ковровой бомбардировки” авиация союзников полностью разрушила и город Юлих, расположенный в пяти километрах от этого места. Глухой провинциальный городок, известный разве что своей старинной крепостью, расположенной в месте, где дорога из Кельна в Аахен пересекает речку Рур. (Да еще тем, что Наполеон “по пути в Тильзит” поставил здесь лагерь, защищая предмостное укрепление.) Крепость, отметившая свое 450-летие, была реставрирована несколько лет назад. Это единственное строение, уцелевшее в Юлихе после бомбежки, - в одной из ее приземистых башен я видел фотографию города 57-летней давности. Эту груду щебня.

Крест в память заключенным, погибшим вместе со своими надзирателями, был установлен Русской православной церковью в Германии. От него в лес сворачивает разбитая проселочная дорога. Бурая вода в углублениях почвы, следы ленивых лесозаготовок, мыши шелестят в прошлогодней листве. И, когда за поворотом неожиданно открывается вид на яркое горчично-желтое поле, на сахарный завод и теплоэлектростанцию, производящую облака, в лицо бросается шалый ветер.

250 лет назад Ломоносов сетовал на засилие немецких ученых в российской науке. Сейчас, наполовину в шутку, наполовину всерьез, немцы жалуются на засилие русских в науке немецкой. Отчасти в этих словах есть доля истины – например, в COSY почти половина всех работающих на планировании, проведении и обработке результатов физических экспериментов – это физики из бывшего СССР. Большим авторитетом пользуются специалисты из ОИЯИ. И хотя это подтверждает высокий престиж российской науки, но само по себе скорее печалит, чем радует.

Сейчас на родине метода электронного охлаждения, если не считать стенд ОИЯИ, нет ни одной работающей установки. Сектор электронного охлаждения, возникший в ОИЯИ во время разработки проекта К4-К10, имеет большой опыт создания и исследования различных узлов и методов диагностики систем охлаждения. Сотрудники сектора принимали и принимают участие в разработке проектов в ЦЕРН, США, Японии, Германии. Но куда как отраднее тот факт, что в этом году сектор начал работы по созданию системы электронного охлаждения для проекта ТВН (тераваттный накопитель) в ИТЭФ. И, конечно, наша голубая мечта – приложить свои знания здесь, в Дубне, для реализации электронного охлаждения позитронов на установке ЛЕПТА и для создания системы охлаждения на нуклотроне.