В Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) продолжается процесс создания ускорительного комплекса NICA: в конце декабря начался монтаж канала транспортировки пучков тяжелых ионов из Бустерного кольца в Нуклотрон. Канал будет иметь уникальную змеевидную форму и сравнительно небольшую массу – 40 тонн, благодаря компактным размерам его магнитной системы.
Оборудование канала совместно разработано специалистами ОИЯИ и Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и изготовлено в ИЯФ СО РАН. Общая сумма контракта составила 261 миллион рублей.
NICА (Nuclotron based Ion Collider fAcility) – это ускорительный комплекс, который создается для изучения свойств плотной барионной материи и кварк-глюонной плазмы – особого состояния вещества, в котором пребывала Вселенная в первые мгновения после Большого взрыва. Комплекс будет представлять собой цепочку ускорителей. Начальный этап ускорения частиц - источники ионов и линейные ускорители; Бустер – промежуточный синхротрон для ускорения и накопления ионов, и Нуклотрон, который обеспечит максимальное ускорение частиц перед инжекцией пучков в основное кольцо коллайдера. Нуклотрон – это базовая установка ОИЯИ, построенная еще в 1992 году, которая также будет встроена в эту систему ускорителей.
Оборудование бустерного синхротрона монтируется в ярме магнита легендарного Синхрофазотрона (протонный ускоритель на энергию 10 ГэВ, работал с 1957 по 2002 год), которое обеспечивает дополнительную радиационную защиту. Задача Бустера состоит в том, чтобы накапливать 2*109 ионов золота 197Au31+ и ускорять их от энергии инжекции 3,2 МэВ/нуклон до 578 МэВ/нуклон. Специалисты ИЯФ СО РАН разработали и изготовили для этой установки несколько ключевых систем: систему электронного охлаждения – для увеличения плотности и уменьшения размера пучков, две высокочастотные станции – для ускорения частиц, а также канал транспортировки пучка ионов из Бустера в Нуклотрон.
«При проектировании канала нам нужно было учесть несколько важных ограничений, - рассказывает заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Андрей Журавлев. – Прежде всего, это сложное взаимное расположение двух установок: они разнесены друг с другом как по высоте, так и по радиусу. Проще говоря, Нуклотрон расположен под Бустером, и имеет больший диаметр, поэтому и форма у канала транспортировки будет необычная – змеевидная».
По словам ученого, сложности добавляли и определенные ограничения в пространстве: длина канала составляет 28 метров, в это расстояние нужно было уместить различное оборудование и, прежде всего, импульсные магниты, составляющие основу ионного канала. Постоянные магниты были бы слишком громоздкими и по размерам, и по массе, сверхпроводящие магниты были бы сложны в эксплуатации и имели бы большой объем из-за криогенного оборудования. Решением проблемы стала концепция ионопровода - принципиальная схема канала на импульсных магнитах, предложенная специалистами ОИЯИ; сотрудники ИЯФ СО РАН разработали этот канал и воплотили «в железе».
Импульсные магниты работают на той же энергии, что и все остальные, но имеют гораздо более компактный размер - таким образом ученым удалось не только вписать необходимое оборудование в ограниченное пространство, но и снизить предполагаемую нагрузку на несущие конструкции двух установок. Для сравнения: сейчас общий вес канала со всем оборудованием не превышает 40 тонн, а в случае использования постоянных магнитов этот показатель вырос бы в несколько раз.
На сегодняшний день специалисты ИЯФ СО РАН уже изготовили и поставили в ОИЯИ часть оборудования, которая будет установлена на участке выпуска частиц из Бустера в канал. Это ударный магнит (кикер), который бьет по циркулирующему пучку в Бустере, меняет траекторию частиц и направляет пучок в канал, один из двух септум-магнитов, которые «подхватывают» пучок в канале, а также вакуумное и диагностическое оборудование. Вторая часть оборудования участка выпуска будет поставлена в конце января, монтаж планируется завершить в начале февраля 2020 года. Остальное оборудование будет поставлено осенью 2020 года, смонтировано и запущено к началу работы с пучком на Нуклотроне и экспериментов на ускоренном в нём пучке.
Работа по созданию ускорительного комплекса NICA ведется с 2011 года, на сегодняшний день в ней принимают участие более 300 ученых из 70 институтов и 32 стран мира. Планируется, что первый пучок на коллайдере NICA появится в 2021 г., а в 2022 г. начнется регистрация событий. ИЯФ СО РАН разрабатывает и поставляет около трети всего оборудования ускорительного комплекса и является одним из ключевых партнеров проекта.