22.07.12 Институт ядерной физики СО РАН (ИЯФ) Сибирский адронный коллайдер (2011)

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.

http://img-fotki.yandex.ru/get/4613/30348152.102/0_596d6_77686508_orig

http://img-fotki.yandex.ru/get/5312/30348152.102/0_596d1_3063286f_orig
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.

http://img-fotki.yandex.ru/get/4418/30348152.102/0_596d8_d9db2076_orig
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.

http://img-fotki.yandex.ru/get/4419/30348152.102/0_596d9_40a77e70_orig
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.

http://img-fotki.yandex.ru/get/4613/30348152.102/0_596d5_af17d65b_orig
Мгновенное охлаждение для ног при помощи азота.

http://img-fotki.yandex.ru/get/5312/30348152.102/0_596d7_282576fa_orig
Мне сказали, что на данный момент это один из самых мощных в мире магнитов.

http://img-fotki.yandex.ru/get/4420/30348152.102/0_596d4_6dc990df_orig
Управление ВЭПП-2000

http://img-fotki.yandex.ru/get/5312/30348152.102/0_596d3_c7f34e46_orig

http://img-fotki.yandex.ru/get/5412/30348152.102/0_596d2_edcacc48_orig

http://img-fotki.yandex.ru/get/4418/30348152.102/0_596da_a1291e2d_orig

http://img-fotki.yandex.ru/get/5820/30348152.102/0_596db_38d6839f_orig

http://img-fotki.yandex.ru/get/4418/30348152.102/0_596e7_7183793f_orig
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).

http://img-fotki.yandex.ru/get/4613/30348152.102/0_596e8_9afc6582_orig
Коллайдер ВЭПП-4М с универсальным детектором элементарных частиц КЕДР предназначен для экспериментов по физике высоких энергий. 

http://img-fotki.yandex.ru/get/5412/30348152.102/0_596ec_4087055d_orig
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.

http://img-fotki.yandex.ru/get/4420/30348152.102/0_596e9_68a3b58b_orig
В последние годы целью большинства экспериментов является прецизионное измерение масс элементарных частиц. 

http://img-fotki.yandex.ru/get/5312/30348152.102/0_596e5_9ab65b85_orig
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.

http://img-fotki.yandex.ru/get/4613/30348152.102/0_596e6_fd6616b0_orig
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.

http://img-fotki.yandex.ru/get/4418/30348152.102/0_596e4_f14e825d_orig

http://img-fotki.yandex.ru/get/4522/30348152.102/0_596f3_f8fb4cf0_orig
Периметр ВЭПП-4м составляет 366 метров. 

http://img-fotki.yandex.ru/get/4418/30348152.102/0_596f2_33a39834_orig
Его полукольца проходят под землей

http://img-fotki.yandex.ru/get/4712/30348152.102/0_596ed_e31039c7_orig
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. 

http://img-fotki.yandex.ru/get/4613/30348152.102/0_596f1_c4dab052_orig
Длина накопителя ВЭПП-3 составляет 74.4 м, энергия инжекции 350 МэВ, максимальная энергия 2000 МэВ

http://img-fotki.yandex.ru/get/5821/30348152.102/0_596f0_df560077_orig
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.

http://img-fotki.yandex.ru/get/5821/30348152.102/0_596eb_eed3d7db_orig
Накопитель-охладитель инжекционного комплекса.

http://img-fotki.yandex.ru/get/5312/30348152.102/0_596ee_1392e7b0_orig

http://img-fotki.yandex.ru/get/4418/30348152.102/0_596ef_ebec7736_orig

http://img-fotki.yandex.ru/get/4712/30348152.102/0_596e1_23b765e2_orig
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. 

http://img-fotki.yandex.ru/get/4420/30348152.102/0_596e2_9799df2e_orig
Эксперименты на установке ГДЛ дали ответ на несколько классических вопросов физики горячей плазмы. 

http://img-fotki.yandex.ru/get/4712/30348152.102/0_596e3_a02283ed_orig
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.

http://img-fotki.yandex.ru/get/5312/30348152.102/0_596df_ba37a6c5_orig
Многопробочная ловушка плазмы ГОЛ-3. 
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. 

http://img-fotki.yandex.ru/get/4523/30348152.102/0_596dd_620752e8_orig
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. 

http://img-fotki.yandex.ru/get/4419/30348152.102/0_596de_57331f4d_orig
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. 

http://img-fotki.yandex.ru/get/5818/30348152.102/0_596e0_4162fd29_orig
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. 

http://img-fotki.yandex.ru/get/4613/30348152.102/0_596dc_ee252908_orig
Всего за день бывает по несколько "выстрелов", потребляющие около 30ти МгВт электрической мощности на каждый. Эта энергия поступает от Новосибирской ГЭС по отдельной сети.

http://img-fotki.yandex.ru/get/4418/30348152.102/0_596ea_939f6001_orig

http://img-fotki.yandex.ru/get/5821/30348152.102/0_596cb_5ce8f88_orig
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).

http://img-fotki.yandex.ru/get/5818/30348152.102/0_596cc_a6f32f07_orig
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.

http://img-fotki.yandex.ru/get/4522/30348152.102/0_596cd_f2232ef7_orig
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.

http://img-fotki.yandex.ru/get/4523/30348152.102/0_596cf_9e930059_orig
В частности, излучение этой установки использовано биологами для разработки нового метода исследования сложных молекулярных систем. 

http://img-fotki.yandex.ru/get/4420/30348152.102/0_596d0_e1d3308d_orig
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.

http://img-fotki.yandex.ru/get/5821/30348152.102/0_596ce_b17c8a1f_orig
Как видно по "дверке", здание имеет, наверное, 100-кратный запас прочности по радиационной защите.

http://img-fotki.yandex.ru/get/4419/30348152.103/0_59b9e_9b686bef_XXL

Источник

Похожие материалы

Россия. Москва. Загадки московской подземки

Одна из проблем крупного города – это транспортная. Население Москвы вместе с гостями столицы насчитывает более 14 миллионов человек, поэтому роль мет...

Подробнее

Египетские пирамиды

Всем известно, как много интересных, порою поразительных научных открытии сделали учёные на древней египетской земле. Массу чудесных находок дали ее г...

Подробнее

Бирма-Нгапали (Мьянма)

У вод Бенгальского залива...

Подробнее

“БАТМАН ТЕНДЮ”

На самом деле детство - тяжелый период в человеческой судьбе. Сколько всего надо узнать! Сколькому научиться! Сколько книг прочитать! Сколько всего на...

Подробнее

Вернуться к оглавлению


У этой страницы пока нет оценок     Оценить     (Все результаты)