Еженедельник
Объединенного института ядерных исследований
(Электронная версия с 1997 года)
Архив Содержание номера О газете На главную Фотогалерея KOI8

№ 22(3961) от 29 мая 2009:

Версия № 22 в формате pdf (~3.6 Mb)

Проекты XXI века

Нуклотрон-М и NICA: телеконференция комитета советников

20 мая состоялась видеоконференция членов Machine Advisory Committee (Комитет советников по ускорительным проблемам - МАС) по проектам Нуклотрон-М и NICA.

Ее начало было назначено на 18.00, что одинаково удобно участникам и из России, и из Европы, и из США. Дубненские участники (а это были руководители и основные разработчики нового ускорительно-коллайдерного комплекса ОИЯИ) собрались в комнате для видеоконференций в здании ЛФВЭ. Техническую поддержку мероприятия обеспечивал Сергей Шкаровский. В ходе конференции осуществлялась постоянная аудиосвязь между участниками, кроме того, из Дубны транслировались попеременно либо сами участники, либо слайды докладов. Можно было видеть картинку из Протвино и Батавии. Качество связи не всегда было на высоком уровне, что иногда затрудняло общение, но в целом не помешало успешной работе. Так, часть вопросов из Протвино и Германии, совершенно неразборчивых в Дубне, повторяли для нас коллеги из США, у которых со связью с Европой и Россией оказалось все в порядке.

Участники

Со вступительным словом от дирекции ОИЯИ выступил Рихард Ледницки, который подчеркнул важность проекта NICA для Института и пожелал участникам успешной работы. Руководил работой конференции председатель MAC Борис Шарков, один из лидеров проекта тераваттного накопителя в ИТЭФ, руководитель центра Россия - FAIR. Сейчас практически решен вопрос о его назначении научным директором создаваемой в Дармштадте компании FAIR, которая будет реализовывать этот международный проект.

В конференции приняли участие члены MAC. Это Сергей Иванов, уже на протяжении многих лет "вечный двигатель" развития ускорительного комплекса ИФВЭ. Маркус Штек - один из ведущих ускорительщиков GSI (Дармштадт), работавший на тестовом накопителе (TSR) в Гейдельберге, на накопителе ESR и синхротроне SIS18 в Дармштадте, блестящий экспериментатор - именно он впервые получил упорядоченные пучки тяжелых ионов, а сейчас один из ведущих разработчиков проекта FAIR. Николас Волкер из DESY - один из лидеров проекта Международного линейного коллайдера. От Брукхейвенской лаборатории членом MAC является руководитель ускорительного отдела Тим Розер, но в связи с его занятостью в конференции принял участие Алексей Федотов. Алексей - выпускник Новосибирского университета, завершал образование в США, один из лидеров ускорительной части успешно реализованного в Окридже проекта нейтронного источника на основе протонного ускорителя, а сейчас занят разработкой системы электронного охлаждения в RHIC, предназначенной для повышения светимости столкновения ионов золота на энергии предельно низкой для RHIC - примерно совпадающей с проектной энергией коллайдера NICA. Представитель ЦЕРН Павел Белошицкий не смог принять участие в конференции в связи с началом сеанса на AD (антипротонный замедлитель), но он заранее переслал свои комментарии и вопросы по проекту NICA, которые озвучил Анатолий Сидорин.

Кроме того, в статусе экспертов присоединились другие наши коллеги. Юрий Сеничев, сотрудник ИЯИ РАН и Исследовательского центра Юлих (Германия) - человек с огромным опытом разработки циклических и линейных ускорителей (начиная с проекта каонной фабрики в Троицке), а сейчас один из разработчиков накопителя антипротонов HESR, сооружение которого запланировано в рамках проекта FAIR). К тому же, он - горячий энтузиаст проекта NICA, принимающий самое активное участие в обсуждениях практически с самого его начала, в том числе некоторое время и в качестве приглашенного члена НТС ЛВЭ. Валерий Лебедев начинал свою деятельность в ИЯФ имени Г.И.Будкера в Новосибирске, участвовал в нескольких ускорительных проектах в Европе и США. В настоящее время представляет лабораторию имени Э.Ферми (Батавия), где при его активном участии была создана система электронного охлаждения на накопителе антипротонов Recycler, с самой большой на текущий момент энергией электронного пучка 4,5 МэВ. Другим представителем Фермилаба, принявшим участие в конференции, был выходец из ОИЯИ - Юрий Алексахин. Предварительно желание принять участие в дискуссии выражали Такеши Катаяма из Токио и Фриц Касперс из ЦЕРН, ведущие эксперты в мире по стохастическому охлаждению. Катаяма, кроме того, и сам непосредственно участвует в проекте NICA, проводя моделирование процесса охлаждения пучков в кольцах коллайдера. Но, к сожалению, отчасти из-за большой разницы по времени между Москвой и Токио, а отчасти и по техническим причинам связь с ними не состоялась.

Доклады. Вопросы. Ответы. Нуклотрон-М

Программа конференции включала два доклада, посвященных текущему состоянию дел на ускорительном комплексе ЛФВЭ и прогрессу в разработке нового ускорительно-коллайдерного комплекса. В первом докладе Г.В.Трубников, заместитель директора ЛФВЭ, рассказал о ходе работ по реализации проекта Нуклотрон-М. Наверное, нет смысла подробно пересказывать содержание доклада - работы по проекту уже неоднократно освещались на страницах нашей газеты. В очень сжатые сроки реализован действительно огромный объем работ: в завершающей стадии находится модернизация вакуумной системы ускорителя, радикально обновлены элементы криогенного комплекса, развиваются системы управления и диагностики, продолжаются работы по созданию источников ионов требуемой интенсивности. По завершении доклада все члены MAC и эксперты по очереди задали вопросы и высказали свое мнение.

О прогрессе в понимании проблем динамики частиц, ускоряемых в нуклотроне, задали вопросы Маркус Штек и Алексей Федотов. Прежде всего, это касается мер по снижению потерь частиц на всех этапах ускорительного цикла. Кроме того, Штек высказал некоторое недоумение в связи с серьезными усилиями, направленными на развитие системы медленного вывода пучка из нуклотрона: ведь медленный вывод для коллайдера NICA, вроде бы, не нужен. На что ответ прост: развитие ускорительного комплекса ЛФВЭ и создание тяжелоионного коллайдера не только не исключает, но и подразумевает дальнейшее развитие экспериментальной программы на фиксированных мишенях.

Что же касается оптимизации динамики пучка, то, как пояснил Г.Трубников, первоначально необходимо вывести на современный уровень возможности системы диагностики и модернизировать ряд систем ускорителя, в первую очередь, систем высокочастотного питания, управления и системы коррекции погрешностей магнитного поля. И первые результаты работ в этом направлении должны быть продемонстрированы в ближайшем сеансе нуклотрона, в ходе которого планируется испытание аппаратуры, подготовленной для адиабатического захвата пучка в режим ускорения. А осенью ожидается поступление первой крупной партии источников питания для корректирующих магнитов, которые должны обеспечить возможность компенсации возмущений орбиты ускорителя и ее стабильное положение в процессе ускорения. Большое внимание уделяется также и развитию элементов системы управления, обеспечивающих связь частоты ускоряющих станций с величиной магнитного поля дипольных магнитов.

Сергея Иванова интересовала борьба с наводками на диагностическую аппаратуру. В этом направлении проведены работы по экранировке элементов ускоряющих станций, что снизило уровень рассеянных высокочастотных полей примерно в 15 раз.

На вопрос Юрия Алексахина о качестве поля магнитов нуклотрона при максимальной индукции ответил А.Д.Коваленко, один из руководителей проектов Нуклотрон-М/NICA. На основании многочисленных экспериментальных исследований магнитов можно утверждать, что при поле 2 Тл, что соответствует максимальной величине, требуемой для проекта NICA, нелинейности основного поля не скажутся заметно на параметрах ускоряемого пучка.

Николас Волкер поинтересовался уровнем долговременной стабильности положения магнитов нуклотрона, в частности, есть ли необходимость проводить их периодическую юстировку. Регулярные геодезические измерения на нуклотроне, возобновленные в прошлом году Александром Алфеевым, показали, что сезонные "уходы" положения криостатов магнитной системы не превышают 0,3 мм, при этом дополнительная юстировка магнитов не требуется, что подтверждается и опытом эксплуатации ускорителя. В последнее время самое серьезное внимание уделяется восстановлению геодезической сети в зданиях комплекса, без чего создание новых установок просто невозможно.

Борис Шарков, подводя итог дискуссии по проекту Нуклотрон-М, рассказал, что перед началом конференции он успел побывать на ускорительном комплексе и тот объем работы, который выполнен за это короткое время, произвел на него самое приятное впечатление. Несомненно, что все реализуемые мероприятия адекватны поставленным задачам, работа проводится на самом высоком профессиональном уровне и в максимально возможном темпе. И в этом все участники дискуссии пришли к согласию. Несмотря на это, окончательную оценку результатов реализованного этапа проекта можно будет дать только после испытания всех модернизированных систем ускорителя в рабочих условиях, и критерием ее может быть только реальное улучшение параметров пучка и эксплуатационных характеристик ускорительного комплекса.

Концепция нового комплекса

Доклад о прогрессе разработки проекта нового ускорительного комплекса представил Игорь Мешков, основной акцент сделав на тех изменениях в концепции его построения, которые произошли в последние полгода. Прежде всего это касается решения принять в качестве основного сорта ионов, столкновение которых будет реализовано на первой стадии проекта, ионы золота - вместо урана, как планировалось ранее. Это существенно облегчило требования ко всем элементам инжекционной цепочки коллайдера, начиная с источника ионов и заканчивая ускоряющей системой нуклотрона, и, благодаря большой энергии ионов при их перезарядке в полностью ободранные ядра на выходе из бустера, обеспечивает примерно трехкратный запас по интенсивности ускоряемого сгустка.

Заметный прогресс достигнут в проектировании системы электронного охлаждения коллайдера. На основании численного моделирования процесса охлаждения принято решение использовать в секции охлаждения сверхпроводящий соленоид с полем в несколько килогаусс. Источник высоковольтного напряжения для системы (а энергия электронов должна составлять 2,5 МэВ) разрабатывается совместно с Всероссийским электротехническим институтом. Продолжаются исследования динамики поляризованных пучков в нуклотроне и кольцах коллайдера.

Наиболее интересный вопрос по концепции комплекса задал Валерий Лебедев: а рассматривалась ли возможность осуществить в коллайдере NICA столкновения распущенных пучков, а не сгруппированных? При работе с распущенными пучками снижаются ограничения по пространственному заряду. Можно накопить существенно большее число частиц, и, потенциально, в таком режиме работы светимость будет намного выше. Ответ А.О.Сидорина сводился к следующему. Да, такая возможность анализировалась, и, действительно, светимость в этом случае может быть заметно увеличена, но необходимость концентрировать светимость в небольшой центральной части детектора почти автоматически требует в этом случае реализации столкновений пучков под ненулевым углом. Соответственно, необходимо полностью пересматривать концепцию детектора. Свой комментарий присоединил А.Федотов: возможность перехода на распущенные пучки рассматривалась и для RHIC с целью повышения светимости на минимальной энергии эксперимента. Однако это потребует настолько существенной модернизации конструкции детекторов, что серьезно этот вопрос даже не обсуждался.

Наибольшее число вопросов было связано с характеристиками систем охлаждения пучков коллайдера NICA, которые призваны обеспечить высокое время жизни светимости. Оптимизирована ли структура коллайдера для стохастического охлаждения, - интересовались М.Штек, Н.Волкер, Ю.Сеничев. О влиянии рекомбинации ионов в секции электронного охлаждение на время жизни светимости спрашивал М.Штек. А.Федотов предложил подумать о возможности более тесного сотрудничества ОИЯИ и BNL при разработке систем охлаждения, так как задачи, решаемые в настоящее время на RHIC, практически аналогичны задачам проекта NICA. Н.Волкер отметил, что в настоящее время в проекте отсутствует анализ влияния гало пучка на работу детектора, а этот вопрос достаточно актуален при использовании электронного охлаждения, которое может приводить к формированию распределения частиц с длинными "хвостами".

Наиболее серьезный технический вопрос, касающийся концепции коллайдера NICA (его задал Ю.Сеничев), связан с перспективами создания искривленных дипольных магнитов с величиной поля уровня 4 Тл и хорошей линейностью. К настоящему времени такие магниты никто еще не делал, - ответил А.Д.Коваленко, - однако, подобная задача актуальна не только для проекта NICA, аналогичные магниты разрабатываются и для синхротрона SIS300 проекта FAIR. Интенсивные научно-исследовательские разработки в этой области проводятся совместно с немецкими коллегами, и в ближайшие два года можно ожидать результатов.

С.Иванов отметил, что при проектной величине тока сгустка ионов в NICA самое серьезное внимание следует уделить разработке систем обратных связей для подавления когерентных неустойчивостей. Были и вопросы, связанные с проблемами ускорения поляризованных пучков.

Эфир не заменит живого общения

Видеоконференция продолжалась почти три часа, большую часть этого времени заняла дискуссия. Понятно, что даже простой пересказ вопросов - непосильная задача для газетной публикации. В настоящее время не на все вопросы разработчики проекта имеют окончательные ответы. Концепция комплекса еще не завершена, и в техническом проекте, первая версия которого близка сейчас к завершению, в основном представлены системы комплекса, конструкция которых практически не зависит от параметров коллайдера, - это линейные ускорители-инжекторы, бустер, нуклотрон и каналы транспортировки частиц. Что касается самого коллайдера - еще окончательно не решен вопрос о его размещении: следует ли пытаться базироваться в имеющемся здании, или целесообразнее ориентироваться на специально разработанное для этого помещение? Это серьезный вопрос, от решения которого существенно зависят окончательная стоимость сооружения установки и ее экспериментальные возможности, поэтому естественно, что при его решении нужно основательно взвесить все "за" и "против".

В целом конференция прошла в исключительно доброжелательной атмосфере, целью обсуждения было не столько выявить какие-то недоработки в концепции комплекса NICA и его отдельных систем, сколько, на основании опыта работы на действующих установках, указать на возможные подводные камни, посоветовать, чему уделить основное внимание, по мере сил способствовать успеху проекта. В настоящее время готовится решение MAC по проектам Нуклотрон-М и NICA.

Но, каких бы высот ни достигла современная техника связи, наверное, никогда эфир не заменит собой живого общения. И общее мнение, высказанное Б.Шарковым, сводилось к тому, что было бы полезно собрать совещание экспертов в Дубне, например, в начале следующего года, чтобы в течение нескольких дней не спеша обсудить и результаты планируемого осеннего сеанса нуклотрона, и проблемы проекта NICA.

Григорий ТРУБНИКОВ


 Редакция Веб-мастер