Ученые Томского политехнического университета с коллегами из университета Роял Холлоуэй (Великобритания), Корнеллского университета (США) и Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН, Швейцария) разрабатывают новейшие методы диагностики и управления пучком протонов Большого адронного коллайдера. Среди них — устройство для предотвращения деградации пучка, датчики положения, длины и времени его прибытия. Работы выполняются по заказу ЦЕРНа
"К 2020 году ЦЕРН планирует модернизацию своего самого большого ускорительного комплекса — Большого адронного коллайдера. Планируется увеличение светимости пучков протонов в десять раз. Сейчас идет подготовка к этой модернизации: разрабатываются новые технологии, создаются прототипы устройств, способных работать при таких высоких радиационных нагрузках. Мы включились в один из таких проектов, — рассказывает профессор университетаРоял Холлоуэй, заведующий лабораторией разработки источников электромагнитного излучения Центра RASA ТПУ Павел Каратаев. — Одна из серьезных проблем, которая существует в коллайдере, — это постепенная деградация пучка протонов. Причин много: остаточный газ, «электронные облака», взаимодействие протонных пучков друг с другом. А механизма, который позволял бы достаточно быстро восстанавливать параметры пучка, на данный момент не существует. Сейчас для этих целей используется синхротронное излучение, но этот процесс занимает очень длительное время — порядка 25 часов".
Ученые ТПУ вместе с зарубежными коллегами предложили использовать для восстановления параметров пучка (его охлаждения) дифракционное излучение Вавилова-Черенкова.
Это излучение было открыто отечественным ученым Павлом Черенковым, в 1958 году за его открытие Черенков получил Нобелевскую премию.
Политехники вместе с зарубежными коллегами предлагают установить возле пучка коллайдера радиатор, который благодаря черенковскому механизму будет «забирать» часть энергии пучка, таким образом охлаждая его. Сам радиатор будет представлять собой большой диэлектрик (по предварительным оценкам, длиной около 20 метров), имеющий алмазное покрытие. Как отмечаетПавел Каратаев, преимущество такого способа охлаждения в том, что это невозмущающий метод: он не требует соприкосновения с протонным пучком, а значит, не должен ухудшать его свойства. Это утверждение ученым предстоит доказать в процессе выполнения работы.
По прогнозам политехников, такое охлаждение будет занимать порядка четырех часов.
«Сейчас наша задача — создать рабочую теоретическую модель, которая могла бы предсказать характеристики излучения, оценить потери, оценить влияние этих потерь на пучок протонов. А уже на основе модели будут созданы радиаторы, которые мы будем тестировать экспериментально», — поясняет Павел Каратаев.
В ближайшие годы ученые протестируют радиаторы, созданные по данной технологии, на нескольких ускорителях — микротроне ТПУ, синхротроне Cesr-TA (Корнеллский университет, США), ускорителях CLEAR (ЦЕРН, Швейцария), CLARA (Лаборатория Даресбери, Великобритания) и ускорителе Национальной лаборатории физики высоких энергий (KEK, Япония).
На выполнение этих работ ЦЕРН выделил Томскому политеху 55 тысяч швейцарских франков. Финансовое соглашение между ЦЕРНом и ТПУ было заключено в феврале 2017 года.