Институт по ядрена физика, Институт по ядрена физика, РАН. Какво видях

В Института по ядрена физика. Г.И. Budker SB RAS пусна мощен инжектор на лъч от водородни атоми с проектна енергия на частиците до един милион електронволта.

В този инжектор се формира сноп от атоми чрез неутрализиране на сноп от отрицателни водородни йони, ускорени до необходимата енергия. Тази експериментална инсталация е разработена и произведена по поръчка на американската компания TAE Technologies, която създава безнеутронен термоядрен реактор. С помощта на инсталацията учените планират да тестват технологията за плазмено нагряване в реактора на TAE Technologies и да демонстрират надеждността и високата ефективност на всички инжекторни елементи.

Видео от youtube.com/ https://www.youtube.com/embed/8C5XF2_NvgU

im8.kommersant.ru

Учените от Института по ядрена физика (ИНФ) на Сибирския клон на Руската академия на науките модернизираха създадения от тях генератор на синхротронно лъчение: те бяха първите в света, които спряха изпарението на течен хелий, което охлаждаше инсталацията и изискваше постоянно зареждам гориво. Подобреният генератор ще започне работа в италианската лаборатория ELETTRA в началото на 2018 г., съобщиха в четвъртък от пресслужбата на Института по ядрена физика СО РАН. „Институтът по ядрена физика SB RAS създаде свръхпроводящ wiggler за лабораторията ELETTRA - устройство за генериране на синхротронно лъчение - през 2003 г. През януари 2018 г. персоналът на BINP SB RAS ще завърши радикална модернизация на това устройство, в което за първи път ще бъде възможно да се избегне изпарението на течен хелий в криогенна система. Стойността на модернизацията се оценява на повече от $500 хиляди“, се казва в съобщението. В wiggler се създава силно магнитно поле и устройството трябва да се охлажда с течен хелий. „Хелият се изпарява и трябва да харчите десетки хиляди долари годишно за зареждане с гориво. Научихме се да създаваме криостати на базата на специални хладилни машини, които могат да работят надеждно в продължение на години без изпаряване на течен хелий, което никой в света все още не е демонстрирал“, цитира пресслужбата водещия изследовател от Института по ядрена физика СО РАН.

Лабораторията ELETTRA в Италия е отворена платформа за експерименти на специализиран ускорител на електрони - източник на синхротронно лъчение. С помощта на това лъчение се извършват различни изследвания: от изследване на структурата на материалите и нови фармацевтични продукти до терапия на ракови клетки.

tass.ru

НОВОСИБИРСК, 25 декември. /ТАСС/. Учени от Института по ядрена физика (ИНФ) на Сибирския клон на Руската академия на науките в Новосибирск създадоха и пуснаха в експлоатация уникална инсталация „Смола“ (спирален магнитен отворен капан), която ще позволи в бъдеще да се увеличи нагряването на плазмата от 10 милиона градуса няколко пъти, каза заместник-директорът на BINP SB RAS пред репортери в понеделник по научната работа Александър Иванов.

В бъдеще капанът ще се използва в екологично чист термоядрен реактор, работещ без свръхтежък водород.

„Имаме инсталация за газодинамичен капан (GDT), в която вече сме нагрели плазмата до 10 милиона градуса. Ако я снабдите с такива елементи (като „Смола“ - бел. ТАСС), тогава температурата на плазмата трябва да се увеличи няколко пъти. Тази идея за разработване на системи за линейно плазмено движение се предлага за първи път в света“, каза Иванов.

Първият в света модел на формирането на вулканични процеси е създаден с помощта на уникална инсталация за електронно лъчево заваряване от учени от Института по ядрена физика (ИНФ) и Института по геология и минералогия (ИГМ) на Сибирския клон на Руската академия на науки. Това съобщи пред медиите главният научен сътрудник на Института по геология и минералогия на СО РАН Виктор Шарапов.

Според него учените, използвайки своята инсталация, са успели да разтопят скали, взети от вулкана Авачински в Камчатка. Сега сибирските учени ще могат да симулират сеизмични процеси, протичащи на дълбочина 40-70 километра, докато изучават рудни находища.

В ускорителния център KEK (Цукуба, Япония) е завършен монтажът на детектора Belle II в точката на срещане на лъча на ускорителя SuperKEKB, съобщава пресслужбата на KEK (японската организация за изследване на високоенергийни ускорители). .

Общото тегло на детектора надхвърля 1400 тона. Една от ключовите му системи - 40-тонен електромагнитен калориметър на базата на кристали от цезиев йодид - беше създадена и разработена с решаващото участие на Института по ядрена физика. G.I. Budker SB RAS (BINP SB RAS) и Новосибирския държавен университет (NSU). Интегрирането на детектора и ускорителя е важна стъпка към започване на събирането на данни по-късно тази година.

Институтът по ядрена физика SB RAS разработи специална инсталация, която има целенасочен ефект дори върху най-устойчивия тумор

Сибирските учени не искат да кажат, че това е пробив в лечението на рака, но не омаловажават заслугите им в създаването му. Научното ноу-хау се нарича „терапия за улавяне на бор-неутрони при рак“. Изненадващо е, но същността на изобретението може да вдъхне надежда в душите на десетки хиляди сънародници, на които онколозите все още не могат да помогнат ... Устройството, разбира се, е меко казано. Всъщност... заема специално защитено помещение с площ от 60 квадратни метра. Водещият научен сътрудник на института Сергей Таскаев разказа за принципите на работа на инсталацията и обясни защо нейните създатели са имали съмнения.

Институт по ядрена физика на името на. Г.И. Будкер (INP) от Сибирския клон на Руската академия на науките подписа договор за 20 милиона евро с Европейския център за изследване на йони и антипротони (FAIR, Германия), според който те ще произвеждат уникално оборудване за ускорителя, научен директорът на FAIR, академик на Руската академия на науките Борис Шарков, каза пред репортери.

FAIR е най-големият ускорителен комплекс за изследване на съвременната ядрена и субядрена физика, създаден в Германия с участието на 15 държави. Проектът е сравним по мащаб с Големия адронен колайдер (CERN), общата му цена се оценява на около милиард евро. Експериментите във FAIR са планирани да започнат през 2020 г.

Учени от Института по ядрена физика на името на. Г.И. Будкер SB RAS и Института по обща физика на името на. А.М. Прохоров РАН, с подкрепата на грант от Руската научна фондация, разработиха ново поколение високоскоростни електронно-оптични устройства за диагностика на лъчи в ускорители на заредени частици - дисектор на базата на стрийк камера. Това устройство ви позволява да наблюдавате дължината на съсирека в реално време. Произведените устройства вече се използват за фина настройка на ускорителни комплекси, както и за изследване на динамиката на релативистични лъчи. Резултатите от работата са публикувани в Journal of Instrumentation.

НОВОСИБИРСК, 4 юли. /ТАСС/. Охлаждащият пръстен за строящия се в Германия изследователски ускорителен комплекс FAIR, който се сравнява с Големия адронен колайдер (LHC), е проектиран от специалисти от Новосибирския институт по ядрена физика (ИНФ) СО РАН. Това съобщи за ТАСС ръководителят на изследователската лаборатория на института Дмитрий Шварц.

„FAIR има много предизвикателства за работа с йони и антипротонни лъчи. Антипротоните се получават, когато върху мишена се пусне протонен лъч с енергия 29 гигаелектронволта (електронволт е мерна единица за енергията на елементарна частица – бел. ТАСС). Но тези антипротони трябва да бъдат уловени в пръстен и охладени – това е задачата на нашия Колекторен пръстен“, каза Шварц.

Учени от Института по ядрена физика на Сибирския клон (ИЯФ СО) РАН разработиха уникално оборудване за прототип на екологично чист термоядрен реактор, който се проектира в САЩ.

Работата е извършена в рамките на многомилионен договор между Сибирския институт и американската компания Tri Alpha Energy (TAE), съобщи за ТАСС научният секретар на филиала на РАН Алексей Василиев, който отказа да назове пълната стойност на доставката.

Като цяло е трудно да се говори накратко за INP по много причини. Първо, защото нашият институт не се вписва в обичайните стандарти. Това не е точно академичен институт, който се занимава с фундаментална наука, защото има собствено производство, което е доста подобно на посредствен завод, но в съвременните времена - добър завод. И в този завод те не правят пирони с кутии, но имат технологии, които просто не съществуват никъде в Русия. Модерни технологии в най-точния смисъл на думата, а не в „модерното за Съветския съюз от 80-те години“. И този завод е наш собствен, а не такъв, където собствениците са „някъде там“ и ние просто събираме продуктите на купчина.
Така че това в никакъв случай не е академичен институт.

Но не и производство. Какъв вид производство е това, ако Институтът все още смята основния продукт за най-фундаменталния резултат и цялото това прекрасно технологично пълнене и производство е просто начин да се получи този резултат?

Значи все пак е научен институт с фундаментален профил?
Но какво да кажем за факта, че БИНФ извършва най-широката гама от експерименти, свързани със синхротронно лъчение (по-нататък SR) или лазер на свободни електрони (по-нататък FEL), и това са изключително приложни експерименти за десетки наши институти? И, между другото, те почти нямат друга възможност да провеждат такива експерименти.

Значи това е мултидисциплинарен институт?
да И много, много повече...

Тази история може да започне с историята на института. Или от днес. От описания на инсталации или хора. От разказ за състоянието на руската наука или постиженията на физиката през последните дни. И аз се колебаех много дълго време, преди да избера посока, докато не реших да разкажа за всичко малко, искрено се надявах, че някой ден ще напиша повече и ще публикувам този материал някъде.

И така, INP SB RAS кръстен след. G.I.Budkera или просто Института по ядрена физика.
Основан е през 1958 г. от Герш Ицкович Будкер, чието име в института е Андрей Михайлович, бог знае защо. Не, разбира се, той беше евреин, еврейските имена не бяха добре дошли в СССР - това е ясно. Но не успях да разбера защо казва Андрей Михайлович, а не Николай Семенович.
Между другото, ако чуете нещо като „Андрей Михайлович каза...“ в INP, това означава, че Будкер каза.
Той е основателят на института и вероятно, ако не беше той и ако не беше Сибир, никога нямаше да имаме толкова развита ускорителна физика. Факт е, че Будкер е работил за Курчатов и според слуховете там му е било просто тясно. И те никога не биха позволили да се „завърти“ така, както се случи в Сибир, където тепърва се създаваха нови институции и се отваряха нови направления. И не биха му дали института веднага в Москва на тази възраст. Първо щяха да го изкарат зле на поста началник на лабораторията, после зам.-директор, въобще, видиш ли, щеше да се изнерви и да си отиде.

Будкер отиде в Новосибирск и оттам започна да кани различни изключителни и не толкова известни физици. Изключителните физици нямаха желание да отидат в изгнание, така че залогът беше поставен върху младото училище, което беше основано веднага. Училищата бяха НГУ и Физическото и Музикалното училище към НГУ. Между другото, в Академията плочите дават авторството на FMS изключително на Лаврентиев, но живи свидетели на тази история, които сега живеят в Америка и публикуват своите мемоари, твърдят, че авторът на школата е Будкер, който „продаде“ идеята на Лаврентиев за някаква административна концесия.
Известно е, че двама велики хора - Будкер и Лаврентьев, меко казано, не се разбираха много добре и това все още се отразява не само в отношенията на хората в Академгородок, но и в писането на неговата история. Погледнете всяка академична изложба, която се провежда в Дома на учените (DU), и лесно ще видите, че почти няма, да речем, снимки от огромния архив на INP и като цяло малко се говори за най-големия институт в нашата Академия на науките ( около 3 хил. служители) , а третият данъкоплатец в НСО. Не е много честно, но е така.
С една дума, на Будкер дължим Института, неговите постижения и атмосферата му. Между другото, и производството също. Някога INP беше наречен най-капиталистическият от всички институти в страната - той можеше да произвежда продуктите си и да ги продава. Сега го наричат най-социалистическото - все пак всички спечелени пари отиват в общ казан и от него се разпределят за заплати, договори и най-важното - провеждане на научни експерименти.
Това е много скъп въпрос. Една промяна (12 часа) на работа на ускорител с детектор може да струва стотици хиляди рубли и по-голямата част от тези пари (от 92 до 75%) се печелят от служители на BINP. BINP е единственият институт в света, който сам печели пари за фундаментални физически изследвания. В други случаи такива институции се финансират от държавата, но тук - разбирате - ако чакате помощ от държавата, няма да умрете дълго.

Как INP печели пари? Продажба на магнитни ускорителни системи на други страни, желаещи да изградят свои собствени ускорители. С гордост можем да кажем, че със сигурност сме един от двата или тримата най-добри производители на ускорителни пръстени в света. Произвеждаме както вакуумни системи, така и резонатори. Ние произвеждаме промишлени ускорители, които работят в десетки области извън нашата икономика, помагайки за дезинфекция на медицинско оборудване, зърно, храна, пречистване на въздуха и отпадъчни води, добре, като цяло, всичко, на което никой не обръща внимание тук. BINP произвежда медицински ускорители и рентгенови апарати за рентгеново облъчване на хора, да речем, на летища или медицински институции. Ако се вгледате внимателно в етикетите на тези скенери, ще откриете, че те се намират не само на новосибирското летище Толмачево, но и много в столицата Домодедово. BINP прави десетки, ако не и стотици малки поръчки за високотехнологични производства или наука по целия свят. Произвеждаме ускорители и подобно оборудване за САЩ, Япония, Европа, Китай, Индия... Построихме част от LHC пръстена и постигнахме голям успех. Делът на руските поръчки тук е традиционно нисък и ние не можем да направим нищо по въпроса - правителството не дава пари, а местните власти или собствениците на предприятия просто не разполагат с достатъчно - обикновено сметката е милиони долари. Но трябва честно да си признаем, че имаме и обикновени руски грантове и договори и също се радваме за тях, защото Институтът винаги има нужда от пари.

3. Фрагмент от ускорителя, който в момента се произвежда от BINP за лабораторията Brookhaven (САЩ)

Нашата средна заплата е по-малка от тази на нашите съседи и разпределението й не винаги изглежда справедливо, но мнозинството яфисти приемат това, защото разбират какво работят и защо отказват да увеличат заплатите си. Всеки процент, поставен в него означава минус дните на работа на инсталациите. Просто е.
Да, понякога трябва да ги спрете напълно, имало е и такива случаи. Но, за щастие, те продължиха само шест месеца.
INP може да си позволи да ръководи строителството на скъпи луксозни къщи, стига някои от апартаментите да отидат на служители, да изпраща тези служители на дълги командировки в чужбина, да поддържа една от най-добрите ски бази в страната, където „руската ски писта“ се провежда ежегодно (между другото, сега базата е под заплаха от затваряне заради поредния нелеп строеж), поддържа собствена база за отдих в Бурмистрово („Разлив“), изобщо може да си позволи много неща. И въпреки че всяка година се говори, че това е твърде разточително, ние все още се държим.

Какво ще кажете за науката в INP?
Науката е по-трудна. Има четири основни научни направления на БИНФ:
1. физика на елементарните частици - FEC (т.е. от какво се състои нашият свят на много, много микро ниво)
2. физика на ускорителите (т.е. устройства, с които можете да стигнете до това микро ниво (или е по-добре да кажете "нано", следвайки съвременната мода? :))
3. физика на плазмата
4. физика, свързана със синхротронното лъчение.

Има няколко други области в BINP, по-специално тези, свързани с ядрена и фотоядрена физика, медицински приложения, радиофизика и много други по-малки.

4. Инсталация Dayton VEPP-3. Ако ви се струва, че това е пълен хаос от жици, тогава като цяло е напразно. Първо, VEPP-3 е инсталация, в която просто няма място, и второ, снимането се извършва от страната на кабелния маршрут (полага се отгоре). И накрая, трето, Дейтън е една от онези инсталации, които понякога се вграждат в структурата на VEPP-3 и след това се премахват, т.е. Тук просто няма смисъл да създаваме глобални системи за „възстановяване на реда“.

Имаме два постоянно работещи ускорителя: VEPP-2000 (съкращението VEPP, което често ще се появява, означава „сблъскващи се електронно-позитронни лъчи“), на които работят два детектора - KMD и SND (криогенен магнитен детектор и сферичен неутрален детектор) и VEPP -4M с детектор КЕДР. Комплексът VEPP-4M съдържа друг ускорител - VEPP-3, където се провеждат експерименти, свързани със SR (VEPP-4 също има SR, но това са нови станции, все още са в начален стадий, въпреки че напоследък активно се развиват и една от последните кандидатски дисертации от СИшници е защитена именно в тази посока).

6. SI бункер VEPP-3, рентгенова флуоресцентна станция за елементен анализ.

Освен това имаме FEL, който е директно проектиран да работи с терагерцово излъчване за всеки отвън, тъй като BINP все още не е измислил „пряко“ предназначение за него. Между другото, след тази екскурзия стана известно, че ръководителят на FEL Николай Александрович Винокуров е избран за член-кореспондент на РАН.

Правим първото си спиране тук за пояснение (въз основа на съвети от читатели). Какво е FEL или лазер на свободни електрони? Не е много лесно да се обясни това, но ще приемем, че знаете, че в конвенционален лазер радиацията се появява по следния начин: използвайки някакъв метод, ние нагряваме (възбуждаме) атомите на веществото до такава степен, че те започват да излъчват. И тъй като ние подбираме това лъчение по специален начин, попадайки в резонанс с енергията (и следователно честотата) на лъчението, получаваме лазер. Така че в FEL източникът на радиация не е атом, а самият електронен лъч. Той е принуден да премине през така наречения виглер (ондулатор), където много магнити принуждават лъча да „потрепва“ от една страна на друга в синусоида. В същото време той излъчва същото синхротронно лъчение, което може да бъде събрано в лазерно лъчение. Чрез промяна на силата на тока в магнитите Wiggler или енергията на лъча, можем да променим честотата на лазера в широк диапазон, което в момента е непостижимо по друг начин.

В Русия няма други FEL инсталации. Но в САЩ ги има, такъв лазер се строи и в Германия (съвместен проект на Франция, Германия и нашия институт, цената надхвърля 1 милиард евро.) На английски такъв лазер звучи като FEL - free electron laser.

8. Безплатен електронен лазерен електронен пистолет

9. Система за следене нивото на резонаторите за водно охлаждане на FEL

10. FEL резонатори

11. Този и следващите два кадъра показват FEL, гледан отдолу (окачен е „от тавана“).

14. Олег Александрович Шевченко затваря вратата към залата на LSE. След задействане на крайния изключвател от ударената радарна защитна врата (бетонен блок вдясно), лазерът може да започне да работи.

15. FEL контролна зала. На масата има очила за защита от лазерно лъчение.

16. Една от станциите на FEL. Вдясно се виждат оптични стойки, върху които има парчета хартия с изгоряла хартия (тъмни петна в центъра). Това е следа от FEL лазерно лъчение

17. Рядък изстрел. Стар лъчев осцилоскоп в контролната зала на FEL. Малко са останали такива осцилоскопи в БИЯФ, но ако се вгледате ще ги намерите. Наблизо (вляво) е напълно модерен цифров Tektronix, но какво е интересното в него?

Имаме собствено направление в областта на физиката на плазмата, свързано със задържането на плазмата (където трябва да протича термоядрената реакция) в отворени капани. Такива капани има само в BINP и, въпреки че няма да позволят да се постигне основната задача на "термоядрената" - създаването на контролиран термоядрен синтез, те позволяват значителен напредък в областта на изследването на параметрите на този контролиран термоядрен синтез синтез.

18. Инсталацията AMBAL е амбиполярен адиабатен капан, в момента не работи.

19. АМБАЛ

Какво се прави във всички тези инсталации?

Ако говорим за FEC, тогава ситуацията е сложна. Всички постижения на FCH през последните години са свързани с ускорители-коллайдери от типа LHC (ELH-C, както го нарича целият свят, и LHC - Large Hadron Collider, както го наричаме само ние). Това са ускорители с огромна енергия - около 7 TeV (1 тера- или 7 хиляди гигаелектронволта). В сравнение с тях VEPP-4 със своите 4-5 GeV, който работи почти половин век, е старец, където изследванията могат да се извършват в ограничен диапазон. И още повече VEPP-2000 с енергия само около 1 GeV.

Ще трябва да остана малко тук и да обясня какво е GeV и защо е много. Ако вземем два електрода и приложим потенциална разлика от 1 волт върху тях и след това прекараме заредена частица между тези електроди, тя ще придобие енергия от 1 електронволт. Той е отделен от по-познатия джаул с цели 19 порядъка: 1 eV = 1,6*10 -19 J.
За да получите енергия от 1 GeV, трябва да създадете ускоряващо напрежение от 1 гигаволт по траекторията на полета на електрона (гига е милиард волта, 10^9 или 1 000 000 000 волта). За да се получи енергията на LHC, е необходимо да се създаде ускоряващо напрежение от 7 тераволта, като в този случай е необходимо да се изразходват около 180 MW електрическа мощност (това е изчислената консумация). Е, представете си по-нататък какво е необходимо за това. Достатъчно е да се каже, че LHC (LHC) се захранва от една от френските атомни електроцентрали, разположени наблизо.

21. Ускорителят VEPP-2000 е модернизация на предишния ускорител VEPP-2M. Разликата от предишната версия е по-високата енергия (до 1 GeV) и реализираната идея за така наречените кръгли лъчи (обикновено лъчът прилича повече на лента, отколкото на нещо друго). Миналата година ускорителят заработи след дълъг период на реконструкция.

23. Контролна зала VEPP-2000.

24. Контролна зала VEPP-2000. Над таблицата има схема на ускорителния комплекс.

25. Електронен и позитронен бустер BEP за VEPP-2000

Как INP печели от тази област? Най-висока точност на техните изследвания. Факт е, че животът е устроен по такъв начин, че все по-леките частици допринасят за раждането на по-тежки и колкото по-точно знаем тяхната маса-енергия, толкова по-добре знаем приноса за раждането дори на Хигс бозона. Това прави BINP – получава супер точни резултати и изследва различни редки процеси, за чието „улавяне“ е необходим не просто уред, а много хитрост и сръчност от изследователите. Накратко, с мозък, какво друго? И в този смисъл и трите детектора на BINP се отличават добре - KMD, SND и KEDR (няма декодиране на името)

26. SND е сферичен неутрален детектор, който ви позволява да регистрирате частици, които нямат заряд. Картината го показва близо до окончателното сглобяване и започване на работа.

Най-големият от нашите детектори е CEDAR. Наскоро беше завършена серия от експерименти върху него, които направиха възможно измерването на масата на така наречения тау лептон, който по всякакъв начин е аналогичен на електрона, само че много по-тежък, и J/Psi - частица, първата от частиците, където „работи“ четвъртият по големина кварк. И пак ще обясня. Както е известно, има общо шест кварка - те имат много красиви и дори екзотични имена, с които се наричат частиците, към които принадлежат (да речем, "чаровни" или "странни" частици означават, че съдържат чар и странни кварки, съответно) :

Имената на кварките нямат нищо общо с реалните свойства на различните неща - произволна фантазия на теоретиците. Имената, дадени в кавички, са приети руски преводи на условията. Мисълта ми е, че „прекрасен“ кварк не може да се нарече красив или прекрасен – терминологична грешка. Такива са лингвистичните трудности, въпреки че t-кваркът често се нарича просто топ кварк :)

И така, всички познати ни частици се състоят от два най-леки кварка; доказателство за съществуването на останалите четири е работата на ускорители и детектори на сблъскващи се лъчи. Доказването на съществуването на s-кварка не беше лесно, това означаваше правилността на няколко хипотези наведнъж, а откриването на J/psi беше изключително постижение, което веднага показа огромното обещание на целия метод за изследване на елементарните частици, и в същото време ни отвори пътя за изучаване на процесите, които се случиха в света по време на Великата Голяма експлозия и това, което се случва сега. Масата на „циганина” след експеримента KEDR е измерена с точност, надминаваща само измерването на масите на електрон и протон с неутрон, т.е. основни частици на микросвета. Това е фантастичен резултат, с който и детекторът, и ускорителят могат да се гордеят още дълго време.

28. Това е детекторът KEDR. Както можете да видите, сега е разглобен, това е рядка възможност да видите как изглежда отвътре. Системите се ремонтират и модернизират след дълъг период на работа, който обикновено се нарича „експериментално въвеждане“ и обикновено продължава няколко години.

29. Това е детектор KEDR, поглед отгоре.

31. Криогенна система на детектора KEDR, резервоари с течен азот, използвани за охлаждане на свръхпроводящия магнит на детектора KEDR (охлажда се до температурата на течния хелий, предварително охладен до температурата на течния азот.)

32. В пръстена VEPP-4M

В областта на физиката на ускорителите ситуацията е по-добра. БИНФ е един от създателите на колайдери изобщо, т.е. Можем уверено да се считаме за един от двата института, където този метод се е родил почти едновременно (с разлика от няколко месеца). За първи път се сблъскахме с материя и антиматерия по такъв начин, че беше възможно да се провеждат експерименти с тях, вместо да се наблюдава самата тази антиматерия като нещо невероятно, с което не може да се работи. Ние все още предлагаме и се опитваме да реализираме идеи за ускорители, които все още не съществуват в света, а нашите специалисти понякога остават в чужди центрове, готови да се заемат с внедряването им (у нас това е скъпо и отнема много време). Ние предлагаме нови дизайни на „фабрики“ - мощни ускорители, които могат да „раждат“ огромен брой събития за всяко завъртане на лъча. С една дума, тук, в областта на ускорителната физика, БИЯФ може уверено да претендира за институт от световна класа, който не е загубил своето значение през всичките тези години.

Ние изграждаме много малко нови инсталации и те отнемат много време за завършване. Например, ускорителят VEPP-5, който беше планиран да бъде най-големият в BINP, отне толкова много време за изграждане, че морално остаря. Освен това създаденият инжектор е толкова добър (и дори уникален), че би било погрешно да не го използвате. Частта от пръстена, която виждате днес, е планирана да се използва не за VEPP-5, а за канали за прехвърляне на частици от форинжектора VEPP-5 към VEPP-2000 и VEPP-4.

33. Тунелът за пръстена VEPP-5 е може би най-голямата структура от този тип в BINP днес. Размерът му е такъв, че тук може да пътува автобус. Пръстенът така и не е построен поради липса на средства.

34. Фрагмент от форинжектор - канал VEPP-3 в тунела VEPP-5.

35. Това са стойки за магнитните елементи на байпасния канал на Forinjector - VEPP2000 (каналите са все още в процес на изграждане).

36. Стая на LINAC (линеен ускорител) на предния инжектор VEPP-5

37. Този и следващият кадър показват магнитните елементи на Foreinjector

39. Линеен ускорител на Forinjector VEPP-5.
Дежурният в комплекса и отговорникът за посетителите изчакват края на снимките

40. Охладителното устройство за съхранение на Forinjector, където влизат електрони и позитрони от LINAC за по-нататъшно ускоряване и промени в някои параметри на лъча.

41. Елементи на магнитната система на охладителя за съхранение. В този случай квадруполен обектив.

42. Много гости на нашия институт погрешно смятат, че 13-та сграда, където се намират ускорителите VEPP 3, 4, 5, е много малка. Само два етажа. И грешат. Това е пътят надолу към етажите, разположени под земята (по-лесно е да направите радиационна защита по този начин)

Днес INP планира да създаде така наречената фабрика c-tau (tse-tau), която може да се превърне в най-големия проект в областта на фундаменталната физика в Русия през последните десетилетия (ако мегапроектът бъде подкрепен от руското правителство), очакваното резултатите несъмнено ще бъдат на нивото на най-добрите в света. Въпросът, както винаги, е за парите, които институтът едва ли ще може да спечели сам. Едно нещо е да поддържаш настоящите инсталации и много бавно да правиш нови неща, друго е да се конкурираш с изследователски лаборатории, които получават пълна подкрепа от своите страни или дори асоциации като ЕС.

В областта на физиката на плазмата ситуацията е малко по-трудна. Това направление не се финансира от десетилетия, има силен отлив на специалисти в чужбина, но физиката на плазмата и у нас може да намери с какво да се похвали. По-специално се оказа, че турбулентността (вихрите) на плазмата, която трябва да унищожи неговата стабилност, понякога напротив, да помогне да се запази в определени граници.

43. Две основни инсталации за физика на плазмата - GOL-3 (на снимката, направена от нивото на крановата греда на сградата) и GDL (ще бъде по-долу)

44. Генератори GOL-3 (гофриран отворен сифон)

45. Фрагмент от структурата на ускорителя GOL-3, така наречената огледална клетка.

Защо се нуждаем от плазмен ускорител? Всичко е просто - в задачата за получаване на термоядрена енергия има два основни проблема: ограничаване на плазмата в магнитни полета с сложна структура (плазмата е облак от заредени частици, които се стремят да се разпръснат и разпространят в различни посоки) и бързото й нагряване до термоядрени температури (представете си - вие сте чайник, преди да загреете 100 градуса за няколко минути, но тук ви трябват микросекунди до милиони градуси). BINP се опита да реши и двата проблема с помощта на ускорителни технологии. Резултат? При съвременните ТОКАМАКИ плазменото налягане към полевото налягане, което може да се задържи, е максимум 10%, в BINP в открити капани - до 60%. Какво означава това? Че в ТОКАМАК е невъзможно да се проведе реакцията на синтез на деутерий + деутерий, там може да се използва само много скъп тритий. В инсталация тип GOL би било възможно да се задоволи с деутерий.

46. Трябва да се каже, че GOL-3 изглежда като нещо, създадено или в далечното бъдеще, или просто донесено от извънземни. Обикновено прави напълно футуристично впечатление на всички посетители.

48. ГОЛ-3

Сега да преминем към друга плазмена инсталация в BINP - GDT (газодинамичен уловител). От самото начало този плазмен капан не беше фокусиран върху термоядрената реакция, той беше построен за изследване на поведението на плазмата.

50. GDL е сравнително малка единица, така че се побира изцяло в една рамка.

Физиците на плазмата също имат свои мечти, те искат да създадат нова инсталация - GDML (m - мулти-огледало), нейното развитие започна през 2010 г., добре, никой не знае кога ще приключи. Кризата ни засяга най-осезаемо - първо се съкращават високотехнологичните производства, а с тях и нашите поръчки. При наличие на финансиране инсталацията може да бъде създадена за 4-6 години.

В областта на SI ние (говоря за Русия) изоставаме от цялата развита част на планетата, честно казано. В света има огромен брой източници на SR, те са по-добри и по-мощни от нашите. Те извършват хиляди, ако не и стотици хиляди, дейности, свързани с изучаването на всичко - от поведението на биологичните молекули до изследванията във физиката и химията на твърдото тяло. Всъщност това е мощен източник на рентгенови лъчи, които не могат да бъдат получени по друг начин, така че всички изследвания, свързани с изучаването на структурата на материята, са SI.

Животът обаче е такъв, че в Русия има само три източника на SR, два от които са направени тук, а ние помогнахме да пуснем един (един се намира в Москва, друг в Зеленоград). И само един от тях постоянно работи в експериментален режим - това е „добрият стар“ VEPP-3, който е построен преди хиляда години. Факт е, че не е достатъчно да се изгради ускорител за SR. Също така е важно да се изгради оборудване за SI станции, но това е нещо, което не се предлага никъде другаде. В резултат на това много изследователи в нашите западни региони предпочитат да изпратят представител „да направи всичко готово“, вместо да харчат огромни суми пари за създаването и развитието на SI станции някъде в района на Москва.

53. Инжекторна зала за VEPP-3 - инсталация POSITRON - една от най-старите инсталации от този тип в света

54. Инжекторна зала за VEPP-3 - инсталация POSITRON, отляво (син цилиндър) - линеен ускорител (LINAC), отдясно - B4 синхротрон

55. В пръстена VEPP-3

56. Това е изглед от птичи поглед към комплекса VEPP-4, или по-точно третия етаж на „мецанина“. Точно отдолу има бетонни блокове за радарна защита, под тях са POSITRON и VEPP-3, след това има синкава стая - контролната зала на комплекса, откъдето се контролира комплексът и експериментът.

57. „Началник“ на VEPP-3, един от най-старите физици на ускорителите в INP и страната - Святослав Игоревич Мишнев

В INP, за почти 3000 души, има само малко повече от 400 научни работници, включително докторанти. И всички разбирате, че пред машината не стои научен сътрудник, а чертежите за новите ускоряващи пръстени не са направени от завършили студенти или студенти. БИНФ разполага с голям брой инженерно-технически работници, които включват огромен конструкторски отдел, технолози, електротехници, радиоинженери и... десетки други специалности. Имаме голям брой работници (около 600 души), механици, лаборанти, радиолаборанти и стотици други специалности, за които понякога дори не знам, защото никой не се интересува особено от това. Между другото, INP е едно от онези редки предприятия в страната, които ежегодно провеждат конкурс за млади работници - стругари и фрезисти.

58.

62. Производство в Института по ядрена физика, един от цеховете. Оборудването е предимно остаряло, модерни машини се намират в работилници, в които не сме били, намиращи се в Chemy (има такова място в Новосибирск, до така наречения Изследователски институт по системи). Тази работилница също има CNC машини, те просто не бяха включени в кадъра (това е отговор на някои коментари в блогове.)

Ние сме яфисти, ние сме единен организъм и това е основното в нашия институт. Въпреки че е много важно, разбира се, че физиците ръководят целия технологичен процес. Те не винаги разбират детайлите и тънкостите на работата с материали, но знаят как трябва да свърши всичко и помнят, че една малка повреда някъде в машината на работника ще доведе до инсталация за милиони долари някъде у нас или по света. И затова някой зелен студент може дори да не разбере обясненията на инженера, но когато го попитат „може ли да се приеме това“, той ще поклати отрицателно глава, спомняйки си точно, че му трябва точност от пет микрона на базата на метър, в противен случай неговата инсталацията е прецакана. И тогава задачата на технолозите и инженерите е да разберат как той, злодеят, може да отговори на немислимите си изисквания, които противоречат на всичко, което обикновено правим. Но те изобретяват и предоставят, и инвестират невероятно количество интелигентност и изобретателност.

63. Озадаченото лице, отговорно за електрическото оборудване на комплекса VEPP-4M, Александър Иванович Жмака.

64. Този зловещ кадър е заснет просто в една от сградите на института, в същата, където се намират VEPP-3, VEPP-4 и форинжекторът VEPP-5. И това просто означава факта, че ускорителят работи и представлява някаква опасност.

65. А това означава, че службата, която отговаря за безопасността на нашата работа, не спи. Това са индивидуални филмови дозиметри от различни видове.

67. Първият колайдер в света, построен през 1963 г. за изследване на възможностите за използването им в експерименти по физика на елементарните частици. VEP-1 е единственият колайдер в историята, в който лъчите циркулират и се сблъскват във вертикална равнина.

68. Подземни проходи между сградите на института

Благодаря на Елена Елк за организирането на снимките и подробните разкази за инсталациите.

Имах възможност да посетя световноизвестния INP на името на. G.I.Budkera SB RAS. Това, което видях там, мога само да покажа; подробен разказ за инсталациите и за самия институт е съставен от Елена Валериевна Старостина, научен сътрудник в института.

(Общо 68 снимки)

Оригиналният текст е взет оттук .
Като цяло е трудно да се говори накратко за INP по много причини. Първо, защото нашият институт не се вписва в обичайните стандарти. Това не е точно академичен институт, който се занимава с фундаментална наука, защото има собствено производство, което е доста подобно на посредствен завод, но в съвременните времена добър завод. И в този завод те не правят пирони с кутии, но имат технологии, които просто не съществуват никъде в Русия. Модерни технологии в най-точния смисъл на думата, а не в „модерното за Съветския съюз от 80-те години“. И този завод е наш собствен, а не такъв, където собствениците са „някъде там“ и ние просто събираме продуктите на купчина.
Така че това в никакъв случай не е академичен институт.

Но не и производство. Какъв вид производство е това, ако Институтът смята, че основният продукт е най-фундаменталният резултат, а цялото това прекрасно технологично пълнене и производство е просто начин да се получи този резултат?

Значи това е мултидисциплинарен институт?
да И много, много повече...

И така, INP SB RAS кръстен след. G.I.Budkera или просто Института по ядрена физика.
Основан е през 1958 г. от Герш Ицкович Будкер, чието име в института е Андрей Михайлович, бог знае защо. Не, разбира се, той беше евреин, еврейските имена не бяха добре дошли в СССР - това е ясно. Но не успях да разбера защо казва Андрей Михайлович, а не Николай Семенович.
Между другото, ако чуете нещо като „Андрей Михайлович каза...“ в INP, това означава, че Будкер каза.
Той е основателят на института и вероятно, ако не беше той и ако не беше Сибир, никога нямаше да имаме толкова развита ускорителна физика. Факт е, че Будкер е работил за Курчатов и според слуховете там му е било просто тясно. И те никога не биха го оставили да се „завърти“ така, както го направи в Русия, където тепърва се създаваха нови институции и се откриваха нови направления. И не биха му дали института веднага в Москва на тази възраст. Първо щяха да го изкарат зле на поста началник на лабораторията, после зам.-директор, въобще, видиш ли, щеше да се изнерви и да си отиде.

Будкер отиде в Новосибирск и оттам започна да кани различни изключителни и не толкова известни физици. Изключителните физици нямаха желание да отидат в изгнание, така че залогът беше поставен върху младото училище, което беше основано веднага. Училищата бяха НГУ и Физическото и Музикалното училище към НГУ. Между другото, в Академията плочите дават авторството на FMS изключително на Лаврентиев, но живи свидетели на тази история, които сега живеят в Америка и публикуват своите мемоари, твърдят, че авторът на школата е Будкер, който „продаде“ идеята на Лаврентьев за някаква поредна административна отстъпка.
Известно е, че двама велики хора - Будкер и Лаврентьев, меко казано, не се разбираха много добре и това все още се отразява не само в отношенията на хората в Академгородок, но и в писането на неговата история. Погледнете всяка академична изложба, която се провежда в Дома на учените (DU), и лесно ще видите, че почти няма, да речем, снимки от огромния архив на INP и като цяло малко се говори за най-големия институт в нашата Академия на науките ( около 3 хил. служители) , а третият данъкоплатец в НСО. Не е много честно, но е така.
С една дума, на Будкер дължим Института, неговите постижения и атмосферата му. Между другото, и производството също. Някога INP беше наречен най-капиталистическият от всички институти в страната - той можеше да произвежда продуктите си и да ги продава. Сега го наричат най-социалистическото - все пак всички спечелени пари отиват в общ казан и от него се разпределят за заплати, договори и най-важното - провеждане на научни експерименти.
Това е много скъп въпрос. Една промяна (12 часа) на работа на ускорител с детектор може да струва стотици хиляди рубли и по-голямата част от тези пари (от 92 до 75%) се печелят от служители на BINP. BINP е единственият институт в света, който сам печели пари за фундаментални физически изследвания. В други случаи такива институции се финансират от държавата, но у нас - нали разбирате - ако чакаш помощ от държавата, няма да умреш за дълго.

3. Фрагмент от ускорителя, който в момента се произвежда от Института по ядрена физика за лабораторията Brookhaven (САЩ)

Какво ще кажете за науката в INP?
Науката е по-трудна. Има четири основни научни направления на БИНФ:
1. физика на елементарните частици - FEP (т.е. от какво се състои нашият свят на много, много микро ниво)
2. физика на ускорителите (т.е. устройства, с помощта на които може да се достигне това микрониво (или по-добре да се каже "нано", следвайки съвременната мода? :))
3. физика на плазмата
4. физика, свързана със синхротронното лъчение.

Имаме два постоянно работещи ускорителя: VEPP-2000 (съкращението VEPP, което често ще се среща, означава „сблъскващи се електронно-позитронни лъчи“), на които работят два детектора - KMD и SND (криогенен магнитен детектор и сферичен неутрален детектор) и VEPP -4M с детектор КЕДР. Комплексът VEPP-4M съдържа друг ускорител - VEPP-3, където се провеждат експерименти, свързани със SR (VEPP-4 също има SR, но това са нови станции, все още са в начален стадий, въпреки че напоследък активно се развиват и една от последните кандидатски дисертации от СИшници е защитена именно в тази посока).

5. SI бункер VEPP-3, рентгенова флуоресцентна станция за елементен анализ.

6. SI бункер VEPP-3, станция за рентгенофлуоресцентен елементен анализ.

8. Свободен електронен лазерен електронен пистолет

9. Система за следене нивото на водно охлаждане на резонаторите на ФЕЛ

10. FEL резонатори

11. Този и следващите два кадъра показват FEL, гледан отдолу (окачен е „от тавана“).

14. Олег Александрович Шевченко затваря вратата към залата на LSE. След задействане на крайния изключвател от ударената радарна защитна врата (бетонен блок вдясно), лазерът може да започне да работи.

15. FEL контролна зала. На масата има очила за защита от лазерно лъчение.

16. Една от станциите на FEL. Вдясно се виждат оптични стойки, върху които има парчета хартия с изгоряла хартия (тъмни петна в центъра). Това е следа от FEL лазерно лъчение

17. Рядък изстрел. Стар лъчев осцилоскоп в контролната зала на FEL. Малко са останали такива осцилоскопи в БИЯФ, но ако се вгледате ще ги намерите. Наблизо (вляво) е напълно модерен цифров Tektronix, но какво е интересното в него?

18. Инсталацията AMBAL е амбиполярен адиабатен капан, в момента не работи.

Какво се прави във всички тези инсталации?

Ако говорим за FEC, тогава ситуацията е сложна. Всички постижения на FCH през последните години са свързани с ускорители-коллайдери от типа LHC (ELH-C, както го нарича целият свят, и LHC - Large Hadron Collider, както го наричаме само ние). Това са ускорители с огромна енергия – около 200 GeV (гигаелектронволта). В сравнение с тях VEPP-4 със своите 4-5 GeV, който работи почти половин век, е старец, където е възможно да се провеждат изследвания в ограничен диапазон. И още повече VEPP-2000 с енергия само около 1 GeV.

Ще трябва да остана малко тук и да обясня какво е GeV и защо е много. Ако вземем два електрода и приложим потенциална разлика от 1 волт върху тях и след това прекараме заредена частица между тези електроди, тя ще придобие енергия от 1 електронволт. Той е отделен от по-познатия джаул с цели 19 порядъка: 1 eV = 1,6*10 -19 J.
За да се получи енергия от 1 GeV, е необходимо да се създаде ускоряващо напрежение от 1 гигаволт по траекторията на полета на електрона. За да получите енергия от LHC, трябва да създадете напрежение от 200 гигаволта (гига е милиард волта, 10 9 или 1 000 000 000 волта). Е, представете си по-нататък какво е необходимо за това. Достатъчно е да се каже, че LHC (LHC) се захранва от една от френските атомни електроцентрали, разположени наблизо.

21. Ускорител VEPP-2000 – модернизация на предишния ускорител VEPP-2M. Разликата от предишната версия е по-високата енергия (до 1 GeV) и реализираната идея за така наречените кръгли лъчи (обикновено лъчът прилича повече на лента, отколкото на нещо друго). Миналата година ускорителят заработи след дълъг период на реконструкция.

23. Контролна зала VEPP-2000.

24. Контролна зала VEPP-2000. Над таблицата има схема на ускорителния комплекс.

25. Бустер на електрони и позитрони BEP за VEPP-2000

Как INP печели от тази област? Най-висока точност на техните изследвания. Факт е, че животът е устроен по такъв начин, че все по-леките частици допринасят за раждането на по-тежки и колкото по-точно знаем тяхната маса-енергия, толкова по-добре знаем приноса за раждането дори на Хигс бозона. Това прави BINP – получава супер точни резултати и изследва различни редки процеси, за чието „улавяне“ е необходим не просто уред, а много хитрост и сръчност от изследователите. Накратко, с мозък, какво друго? И в този смисъл и трите BINP детектора се отличават добре - KMD, SND и KEDR (няма декодиращо име)

26. SND е сферичен неутрален детектор, който ви позволява да регистрирате частици, които нямат заряд. Картината го показва близо до окончателното сглобяване и започване на работа.

Най-големият от нашите детектори е KEDR. Наскоро беше завършена поредица от експерименти върху него, които направиха възможно измерването на масата на така наречения тау лептон, който по всякакъв начин е аналогичен на електрона, само че много по-тежък, и частицата J/Psi, първата на частиците, където „работи“ четвъртият по големина кварк. И пак ще обясня. Както е известно, има общо шест кварка - те имат много красиви и дори екзотични имена, с които се наричат частиците, към които принадлежат (да речем, "чаровни" или "странни" частици означават, че съдържат чар и странни кварки, съответно) :

Имената на кварките нямат нищо общо с реалните свойства на различните неща - произволна фантазия на теоретиците. Имената, дадени в кавички, са приети руски преводи на условията. Мисълта ми е, че „хубав“ кварк не може да се нарече красив или красив – терминологична грешка. Такива са лингвистичните трудности, въпреки че t-кваркът често се нарича просто топ кварк :)

28. Това е детекторът KEDR. Както можете да видите, сега е разглобен, това е рядка възможност да видите как изглежда отвътре. Системите се ремонтират и модернизират след дълъг период на работа, който обикновено се нарича „експериментално въвеждане“ и обикновено продължава няколко години.

29. Това е детекторът KEDR, поглед отгоре.

31. Криогенна система на детектора KEDR, резервоари с течен азот, използвани за охлаждане на свръхпроводящия магнит на детектора KEDR (охлажда се до температурата на течния хелий, предварително охладен до температурата на течния азот.)

32. В пръстена VEPP-4M

33. Тунелът за пръстена VEPP-5 е може би най-голямата структура от този тип в BINP днес. Размерът му е такъв, че тук може да пътува автобус. Пръстенът така и не е построен поради липса на средства.

34. Фрагмент от форинжектора - канал VEPP-3 в тунела VEPP-5.

35. Това са стойки за магнитните елементи на байпасния канал на Forinjector - VEPP2000 (каналите са все още в процес на изграждане днес).

36. Стая на LINAC (линеен ускорител) на предния инжектор VEPP-5

37. Този и следващият кадър показват магнитните елементи на предния инжектор

39. Линеен ускорител на Forinjector VEPP-5. Дежурният в комплекса и отговорникът за посетителите изчакват края на снимките

40. Хладилник за форинжектор, където влизат електрони и позитрони от LINAC за по-нататъшно ускорение и промяна на някои параметри на лъча.

41. Елементи на магнитната система на охладителя за съхранение. В този случай квадруполен обектив.

42. Много гости на нашия институт погрешно смятат, че 13-та сграда, където се намират ускорителите VEPP3, 4, 5, е много малка. Само два етажа. И грешат. Това е пътят надолу към етажите, разположени под земята (по-лесно е да направите радиационна защита по този начин)

43. Две основни инсталации за физика на плазмата - GOL-3 (на снимката, направена от нивото на крановата греда на сградата) и GDL (ще бъде по-долу)

44. Генератори GOL-3 (гофриран отворен капан)

45. Фрагмент от структурата на ускорителя GOL-3, така наречената огледална клетка.

Защо се нуждаем от плазмен ускорител? Всичко е просто - в задачата за получаване на термоядрена енергия има два основни проблема: ограничаване на плазмата в магнитни полета с сложна структура (плазмата е облак от заредени частици, които се стремят да се разпръснат и разпространят в различни посоки) и бързото й нагряване до термоядрени температури (представете си - вие сте чайник, преди да загреете 100 градуса за няколко минути, но тук ви трябват микросекунди до милиони градуси). BINP се опита да реши и двата проблема с помощта на ускорителни технологии. Резултат? При съвременните ТОКАМАКИ плазменото налягане спрямо полевото налягане, което може да се поддържа, е максимум 10%, в BINP в открити капани - до 60%. Какво означава това? Че в ТОКАМАК е невъзможно да се проведе реакцията на синтез на деутерий + деутерий, там може да се използва само много скъп тритий. В инсталация тип GOL би било възможно да се задоволи с деутерий.

46. Трябва да се каже, че GOL-3 изглежда като нещо, създадено или в далечното бъдеще, или просто донесено от извънземни. Обикновено прави напълно футуристично впечатление на всички посетители.

50. GDL е доста малка инсталация, така че се побира изцяло в една рамка.

Физиците на плазмата също имат свои мечти, те искат да създадат нова инсталация - GDML (m - мулти-огледало), нейното развитие започна през 2010 г., но никой не знае кога ще приключи. Кризата ни засяга най-осезаемо - първо се съкращават високотехнологичните производства, а с тях и нашите поръчки. При наличие на финансиране инсталацията може да бъде създадена за 4-6 години.

55. В пръстена VEPP-3

56. Това е изглед от птичи поглед на комплекс VEPP-4, или по-точно на третия етаж на „мецанина“. Точно отдолу има бетонни блокове за радарна защита, под тях са POSITRON и VEPP-3, след това има синкава стая - контролната зала на комплекса, откъдето се контролира комплексът и експериментът.

57. „Началник” на VEPP-3, един от най-старите физици-ускорители в BINP и страната – Святослав Игоревич Мишнев

62. Производство на БИНФ, един от цеховете. Оборудването е предимно остаряло, модерни машини се намират в работилници, в които не сме били, намиращи се в Chemy (има такова място в Новосибирск, до така наречения Изследователски институт по системи). Тази работилница също има CNC машини, те просто не бяха включени в снимката (това е отговор на някои коментари в блогове.)

63. Озадаченото лице, отговорно за електрическото оборудване на комплекса VEPP-4M, Александър Иванович Жмака.

64. Този зловещ кадър е заснет просто в една от сградите на института, в същата, където се намират VEPP-3, VEPP-4 и форинжекторът VEPP-5. И това просто означава факта, че ускорителят работи и представлява някаква опасност.

67. Първият колайдер в света, построен през 1963 г., за да проучи възможностите за използването им в експерименти във физиката на елементарните частици. VEP-1 е единственият колайдер в историята, в който лъчите циркулират и се сблъскват във вертикална равнина.

68. Подземни проходи между сградите на института

Благодаря на Елена Елк за организирането на снимките и подробните разкази за инсталациите.

6 юни 2016 г

60 изстрела | 12.02.2016

През февруари, като част от дните на науката в новосибирския Академгородок, отидох на екскурзия до Института по ядрена физика. Километри подземни проходи, ускорители на частици, лазери, плазмени генератори и други чудеса на науката в този доклад.

Институт по ядрена физика на името на. Г.И. Будкера (BINP SB RAS) е най-големият академичен институт в страната, един от водещите световни центрове в областта на физиката на високите енергии и ускорителите, физиката на плазмата и контролирания термоядрен синтез. Институтът провежда мащабни експерименти по физика на елементарните частици, разработва съвременни ускорители, интензивни източници на синхротронно лъчение и лазери на свободни електрони. В повечето от своите области институтът е единственият в Русия.

Първите устройства, които посетителят среща точно в коридора на института, са резонатор и огъващ магнит с VEPP-2M. Днес те са музейни експонати.
Ето как изглежда резонаторът. По същество това е ускорител на частици.

Инсталацията със сблъскващи се електронно-позитронни лъчи VEPP-2M започва работа през 1974 г. До 1990 г. той е модернизиран няколко пъти, подобрена е инжекционната част и са монтирани нови детектори за провеждане на експерименти по физика на високи енергии.

Въртящ се магнит, който отклонява лъч от елементарни частици, за да премине през пръстен.

VEPP-2M е един от първите колайдери в света. Автор на иновативната идея за сблъскване на сблъскващи се снопове от елементарни частици е първият директор на Института по ядрена физика на СО РАН - Г. И. Будкер. Тази идея се превърна в революция във физиката на високите енергии и позволи експериментите да достигнат фундаментално ново ниво. Сега този принцип се използва по целия свят, включително и в Големия адронен колайдер.

Следващата инсталация е ускорителният комплекс VEPP-2000.

Колайдерът VEPP-2000 е модерна инсталация със сблъскващи се електронно-позитронни лъчи, построена в BINP SB RAS в началото на 2000-те години вместо пръстена VEPP-2M, който успешно завърши своята физическа програма. Новият пръстен за съхранение има по-широк енергиен диапазон от 160 до 1000 MeV в лъча и порядък по-висока светимост, тоест броят на интересните събития за единица време.

Високата осветеност се постига с помощта на оригиналната концепция за кръгли сблъскващи се лъчи, предложена за първи път в BINP SB RAS и приложена в VEPP-2000. Детекторите KMD-3 и SND са разположени в точките на срещане на лъча. Те записват различни процеси, които се случват при анихилацията на електрон с неговата античастица - позитрон, като раждането на леки мезони или двойки нуклон-антинуклон.

Създаването на VEPP-2000 с помощта на редица модерни решения в магнитната система и системата за диагностика на лъча през 2012 г. беше удостоено с престижната награда в областта на физиката на ускорителя. Уекслър.

Контролна зала VEPP-2000. Инсталацията се контролира от тук.

Освен за компютърно оборудване такива приборни шкафове се използват и за наблюдение и контрол на инсталацията.

Тук всичко се вижда ясно, с крушки.

След като изминахме поне километър из коридорите на института, стигнахме до станцията за синхротронно лъчение.

Синхротронното лъчение (SR) възниква, когато високоенергийни електрони се движат в магнитно поле в ускорители.

Радиацията има редица уникални свойства и може да се използва за изследване на материята и за технологични цели.

Свойствата на СИ се проявяват най-ясно в рентгеновия диапазон на спектъра; ускорителите-източници на СИ са най-ярките източници на рентгеново лъчение.

Освен за чисто научни изследвания, SI се използва и за приложни проблеми. Например разработването на нови електродни материали за литиево-йонни батерии за електрически превозни средства или нови експлозиви.

В Русия има два центъра за използване на SR - Източникът на SR Курчатов (KISS) и Сибирският център за синхротронно и терагерцово лъчение (SCST) на Института по ядрена физика СО РАН. Сибирският център използва SR лъчи от пръстена за съхранение VEPP-3 и от електрон-позитронния колайдер VEPP-4.

Тази жълта камера е станцията "Explosion". Изучава детонацията на експлозиви.

Центърът разполага с развита апаратура за пробоподготовка и свързаните с нея изследвания.В центъра работят около 50 научни групи от институти на Сибирския научен център и от сибирски университети.

Инсталацията е много плътно натоварена с експерименти. Работата тук не спира дори през нощта.

Преместваме се в друга сграда. Стая с желязна врата и табела „Не влизайте радиация“ - това е нашето място.

Ето прототип на ускорителен източник на епитермални неутрони, подходящ за широкото въвеждане на терапия за улавяне на борни неутрони (BNCT) в клиничната практика. Просто казано, това устройство е за борба с рака.

Разтвор, съдържащ бор, се инжектира в човешката кръв и борът се натрупва в раковите клетки. След това туморът се облъчва с поток от епитермични неутрони, борните ядра поглъщат неутроните и възникват ядрени реакции с високо енергоотделяне, в резултат на което болните клетки умират.

Техниката BNCT е тествана в ядрени реактори, които са били използвани като източник на неутрони, но въвеждането на BNCT в клиничната практика при тях е трудно. Ускорителите на заредени частици са по-подходящи за тези цели, тъй като са компактни, безопасни и осигуряват по-добро качество на неутронния лъч.

По-долу има още няколко снимки от тази лаборатория.

Човек получава пълното впечатление, че е влязъл в цеха на голям завод като .

Тук се разработва и произвежда сложно и уникално научно оборудване.

Отделно трябва да се отбележат подземните пасажи на института. Не знам точно колко е дълга общата им дължина, но мисля, че няколко метростанции могат лесно да се поберат тук. Много е лесно за невеж човек да се изгуби в тях, но служителите могат да стигнат от тях до почти всяко място в огромна институция.

Е, стигнахме до инсталацията „Вълнообразен капан“ (GOL-3). Той принадлежи към класа на отворените капани за задържане на субтермоядрена плазма във външно магнитно поле.Нагряването на плазмата в инсталацията се извършва чрез инжектиране на релативистични електронни лъчи в предварително създадена деутериева плазма.

Инсталацията GOL-3 се състои от три части: ускорител U-2, главен соленоид и изходен блок. U-2 изтегля електрони от експлозивния емисионен катод и ги ускорява в лентов диод до енергия от порядъка на 1 MeV. Създаденият мощен релативистичен лъч се компресира и инжектира в главния соленоид, където в деутериевата плазма възниква високо ниво на микротурбулентност и лъчът губи до 40% от енергията си, прехвърляйки я към плазмените електрони.

В долната част на устройството е основният соленоид и изходният модул.

А отгоре е генераторът на електронен лъч U-2.

Съоръжението провежда експерименти по физиката на задържането на плазмата в отворени магнитни системи, физиката на колективното взаимодействие на електронните лъчи с плазмата, взаимодействието на мощни плазмени потоци с материали, както и разработването на плазмени технологии за научни изследвания.

Идеята за многоогледално задържане на плазмата е предложена през 1971 г. от Г. И. Будкер, В. В. Мирнов и Д. Д. Рютов. Многоогледалният капан е набор от свързани огледални клетки, които образуват гофрирано магнитно поле.

В такава система заредените частици се разделят на две групи: тези, уловени в единични огледални клетки, и тези в транзит, които попадат в конуса на загубата на единична огледална клетка.

Инсталацията е голяма и, разбира се, само учените, които работят тук, знаят за всички нейни компоненти и части.

Лазерна инсталация GOS-1001.

Включеното в инсталацията огледало е с коефициент на отражение близък до 100%. В противен случай ще се нагрее и ще се спука.

Последният от екскурзията, но може би най-впечатляващият, беше Gas Dynamic Trap (GDT). На мен, човек далеч от науката, ми напомни на някакъв космически кораб в монтажен цех.

Инсталацията GDT, създадена в Новосибирския институт по ядрена физика през 1986 г., принадлежи към класа на отворените капани и служи за задържане на плазма в магнитно поле. Тук се провеждат експерименти по темата за контролиран термоядрен синтез (CTF).

Важен проблем на CTS, базиран на отворени уловители, е топлоизолацията на плазмата от крайната стена. Факт е, че в отворените уловители, за разлика от затворените системи като токамак или стеларатор, плазмата изтича от уловителя и навлиза в плазмените приемници. В този случай студените електрони, излъчени под действието на плазмен поток от повърхността на плазмения приемник, могат да проникнат обратно в капана и значително да охладят плазмата.

В експерименти за изследване на надлъжното задържане на плазмата в GDT инсталацията беше експериментално показано, че разширяващото се магнитно поле зад тапата пред плазмения колектор в резервоарите на крайния разширител предотвратява проникването на студени електрони в уловителя и ефективно термично изолира плазмата от крайната стена.

Като част от експерименталната програма на GDT се извършва постоянна работа за повишаване на стабилността на плазмата, намаляване и потискане на надлъжните загуби на плазма и енергия от капана, изследване на поведението на плазмата при различни работни условия на съоръжението и повишаване на температурата на целевата плазма и плътността на бързите частици. Инсталацията на GDL е оборудвана с най-съвременни инструменти за плазмена диагностика. Повечето от тях са разработени в ИЯФ и дори се доставят по договори на други плазмени лаборатории, включително чуждестранни.

Лазерите са навсякъде в Института по ядрена физика и тук също.

Ето каква беше екскурзията.

Бих искал да изкажа своята благодарност на Съвета на младите учени на BINP SB RAS за организирането на екскурзията и на всички служители на BINP, които ни показаха и разказаха какво и как работи институтът в момента. Бих искал да изразя специална благодарност на Алла Сковородина, специалист по връзки с обществеността в Института по ядрена физика СО РАН, която пряко участва в работата по текста на този доклад. Благодаря и на моя приятел Иван

Учени от Института по ядрена физика на името на. G.I. Budker SB RAS, заедно с техните руски и чуждестранни колеги, работят по създаването на първия в света термоядрен реактор ITER, който ще бъде голяма стъпка към термоядрената енергетика на бъдещето. Основният елемент на ITER е токамак, затворена магнитна инсталация за задържане на плазма. Днес BINP разработва нов формат за алтернативна версия на магнитни капани - инсталации от отворен тип. Новият винтов уловител RESIN теоретично би трябвало да е равен на токамаците от най-висок клас по отношение на задържане на плазма. Експериментите, които трябва да потвърдят изчисленията на учените, ще започнат в края на 2017 г.

Учените започнаха да мислят сериозно за контролиран термоядрен синтез след тестването на първата водородна бомба и първата задача беше да „опитоми“ високотемпературната плазма. С други думи, да се постигнат определени параметри на температура, плътност и време на задържане.

Ако на Слънцето плазмата се държи от гравитационно поле, то на Земята решиха да работят с магнитно: съветските физици А.Д. Сахаров и И.Е. Там през 1950 г. изложи идеята за създаване на термоядрен реактор, базиран на принципа на магнитното задържане, и предложи концепцията за затворен магнитен капан. Ето как се появи токамак– тороидална камера с магнитни намотки, или просто казано „поничка“ с ток. Работата по създаването на токамаци се ръководи от L.A. Арцимович, ръководител на съветската програма за контролиран термоядрен синтез от 1951 г.

Бяха разработени няколко конфигурации на „затворени“ капани, но именно на токамака Т-3 в Московския институт „Курчатов“ бяха получени първите резултати, зашеметяващи за онова време - плазма с температура над 10 милиона градуса по Целзий. Тези резултати бяха докладвани в Новосибирск на Международната конференция по контролиран термоядрен синтез през 1968 г. и оттогава токамаците станаха основата на световната термоядрена програма.

Невъзможно е обаче да се каже, че токамаците са „спечелили“, докато няма индустриални термоядрени станции. Днес те активно проучват и стартират стелатори, предложени още през 1951 г. от американеца Л. Спицер, които също принадлежат към затворени магнитни капани, както и капани от отворен тип.

Отворените магнитни плазмени капани са алтернативно решение. В тези прости по геометрия устройства плазмата се държи в определен „надлъжен“ обем и се използват различни методи за предотвратяване на изтичането й по линиите на магнитното поле, като магнитни „тапи“ и специални разширители. Концепцията за отворен магнитен капан е предложена през 1953 г. независимо от двама учени - Г. И. Будкер (СССР) и Р. Пост (САЩ). Шест години по-късно валидността на тази идея беше потвърдена в експеримента на С. Н. Родионов, служител на Института по ядрена физика на Сибирския клон на Академията на науките на СССР, който току-що беше създаден в Новосибирския академичен град. Оттогава BINP е лидер в проектирането, конструирането и експериментите с отворени капани.

Разбира се, съвременните инсталации на новосибирските учени са експериментални, т.е. малък, импулсен. Но теоретично този тип отворени капани е обещаващ за използване в индустриален термоядрен реактор, тъй като те имат редица потенциални предимства в сравнение със затворените: по-просто инженерно решение, по-голяма ефективност при използване на енергията на магнитното поле, т.е. по-висока ефективност и много от тези устройства могат да работят в стационарен режим.

Днес група физици от плазмените лаборатории на BINP работи върху нова идея: да се използва магнитно поле със спирална симетрия за потискане на надлъжните загуби на плазма от отворен капан, което прави възможно контролирането на въртенето на плазмата. За да се тества тази концепция, експериментална настройка, наречена RESIN ( Спирален магнитен отворен капан).

Изследовател от BINP SB RAS, доктор на науките, говори за това какво е капан с отворен винт, как се различава от своите „прародители“ и какви резултати очакват учените от бъдещи експерименти. Антон Судников.

„Глобалната идея е да се направи следващата стъпка в изучаването на ограничаването на плазмата и подобряването на конфигурацията на отворените капани. Това може да изглежда като стъпка встрани - защото целият свят днес работи със затворени капани за конфигурация. Но това все още е същата посока - физика на плазмата, и ние искаме да докажем експериментално предимствата на отворените форми.

В отворените капани линиите на магнитното поле не са затворени и плазмата се задържа в средата. И в краищата на инсталациите, по протежение на електропроводите, може да изтече плазма - нашата задача е да намалим този поток.

За да се намалят загубите, се монтират магнитни щепсели, т.е. рязко увеличават силата на магнитното поле в краищата на устройството. В газодинамичен GDL уловител по този начин е възможно силно да се стеснят „гърлата“ на бутилката, от която тече плазмата, но загубите не могат да бъдат напълно избегнати.

В гофрирания капан GOL от всяка страна няма един магнитен щепсел, както в GDL, а няколко, в зависимост от конфигурацията (например във вече разглобения GOL-3 имаше около 50 щепсела, а в GOL- NB в процес на изграждане имаше 14 на всеки край), поради което плазмата не просто тече през гладка тръба, а сякаш се трие в гофрирането на магнитното поле. Поради силата на триене скоростта на потока е по-ниска от свръхзвуковата, което означава, че ще има по-малко загуби. Тъй като разстоянието между щепселите е строго определено, те не могат да бъдат направени безкрайно близки, но дължината на тези многоогледални секции може да бъде увеличена, което подобрява параметрите за задържане на плазмата.

За да се намали изтичането на плазма, такива многоогледални секции трябва буквално да се преместят към центъра. В този случай самата плазма ще "стои", а магнитните тапи ще "летят" по нея, създавайки сила на триене и влачейки материята със себе си. Идеята за движещи се щепсели възниква едновременно с идеята за самия капан с много тапи. Но по това време задачата се смяташе за невъзможна и нерентабилна, защото за създаването на такова поле за движение беше необходима невероятна мощност.

Идеята да се измами материята, да се създаде такава конфигурация на стационарно магнитно поле, така че плазмата да „изглежда“, че се движи към центъра, възникна в края на 2012 г. Както е известно, плазмата в отворен капан винаги се върти, и има проблеми, когато трябва целенасочено да се върти. Единственият въпрос е дали тази ротация може да се използва за нещо друго.

Идеята беше да се създаде магнитно поле под формата на винт. Представете си винт за месомелачка, който върти накълцаното месо в желаната посока. В нашия случай по подобен начин се създава винтова резба на полето от двете страни на централното отделение с плазма, но в същото време е различно - с десен и ляв винт. От една страна, магнитното поле дърпа плазмата наляво, от друга – надясно. И двете крайни секции изпомпват плазмата обратно. Разбира се, в този случай е невъзможно напълно да се отървете от загубите - когато плазменият поток отслабва, частиците дори не се сблъскват една с друга. Но ако успяхме да направим потока толкова рядък, това означава, че сме спечелили с порядък или дори два по отношение на параметрите на задържане.

Тази концепция дава възможност да се създаде съоръжение, чиито характеристики могат да бъдат сравними с настоящите токамаци от най-висок клас. Единствената трудност е, че тази идея е все още теоретична. Но още през есента на 2017 г. завършваме сглобяването на инсталацията RESIN и започва нов етап - експериментален.

За нашия уникален експеримент не е необходимо много: една винтова магнитна тапа, възел, където се създава плазмата, и нейният приемник, както и разширител, който издърпва веществото в магнитното поле. В момента работим върху създаването на източник на плазма със строго определени характеристики, така че нашите теоретични изчисления да могат да бъдат потвърдени чрез експеримент.

Ако може да се докаже, че въпреки техническите трудности, винтовата форма на отворения магнитен капан осигурява значителна печалба, тогава нашите винтови секции ще бъдат вградени в устройства от следващо поколение, които са в BINP. Вече можем да видим пътя, който искаме да поемем, пътната карта на нашата работа, както и практическите приложения на нашата технология.

Винтовите капани могат да се използват като източници на неутрони за изследване на поведението на материали в контакт с плазмата, за създаване на подкритични (неспособни да поддържат независимо ядрена реакция) реактори, но предимно за изграждане на „конвенционални“ атомни електроцентрали. Някои конфигурации на спираловидни капани увеличават скоростите на плазмения поток до 100 км/сек, което е необходимо условие за двигателите на космически кораби, транспортиращи спътници от геосинхронна орбита до, например, орбитата на Луната.

След едно или две поколения отворени капани ще бъде възможно да се говори за създаването на пълноценни реактори, освен това, работещи с горива без тритий, например, използвайки реакцията на синтез на деутерий-деутерий. Токамаците работят с деутерий-тритиева реакция, което създава сериозен проблем с радиоактивния неутронен поток. Ето защо толкова много внимание в проекта ITER се отделя на създаването на свръхздрави материали и мощна биозащита. Реакцията на синтез на два атома на деутерий произвежда по-малко неутрони, с което се губи енергия и е придружена от по-малко радиоактивност.

Предимството на термоядрената реакция на синтез на деутерий-тритий е, че човечеството вече произвежда плазма с нейна помощ. За да се направи възможна друга, по-енергийно благоприятна реакция, са необходими много по-високи температури, плътности и времена за задържане на плазмата, но такива технологии все още не са създадени.

Не си струва обаче да говорим за безнеутронни реактори като далечно бъдеще. В отворен капан с подобрено задържане на плазмата е теоретично възможно да се постигнат параметрите, необходими за реакцията деутерий-деутерий, докато експериментално е доказано, че има сериозни ограничения за това в токамаците.

Естествено, нашият модел все още трябва да бъде тестван, оптимизиран и е необходима много развойна работа. Но вече е ясно, че това е началото на една интересна научна история, в края на която очакваме резултати, които може да се окажат много важни за термоядрената енергия на бъдещето.”

Подготвен от Татяна Морозова, редактор Л. Овчинникова

Работата е подкрепена от грант 14-50-00080 на Руската научна фондация „Развитие на изследователския и технологичен потенциал на Института по ядрена физика SB RAS в областта на физиката на ускорителите, физиката на елементарните частици и контролирания термоядрен синтез за науката и обществото“