Institut for Kernefysik, Institut for Kernefysik, RAS. Hvad så jeg

På Institut for Kernefysik. G.I. Budker SB RAS lancerede en kraftig injektor af en stråle af brintatomer med en designpartikelenergi på op til en million elektronvolt.

I denne injektor dannes en stråle af atomer ved at neutralisere en stråle af negative brintioner accelereret til den nødvendige energi. Denne eksperimentelle installation blev udviklet og fremstillet efter ordre fra det amerikanske firma TAE Technologies, som er ved at skabe en neutronfri termonuklear reaktor. Ved at bruge installationen planlægger forskerne at teste plasmaopvarmningsteknologien i TAE Technologies-reaktoren og demonstrere pålideligheden og den høje effektivitet af alle injektorelementer.

Video fra youtube.com/ https://www.youtube.com/embed/8C5XF2_NvgU

im8.kommersant.ru

Forskere ved Institute of Nuclear Physics (INP) i den sibiriske afdeling af det russiske videnskabsakademi moderniserede synkrotronstrålingsgeneratoren, de skabte: de var de første i verden til at stoppe fordampningen af flydende helium, som afkølede installationen og krævede konstant tankning. Den forbedrede generator vil begynde at arbejde i det italienske laboratorium ELETTRA i begyndelsen af 2018, rapporterede pressetjenesten fra Institute of Nuclear Physics SB RAS torsdag. "Kernefysikinstituttet SB RAS skabte en superledende wiggler til ELETTRA-laboratoriet - en enhed til generering af synkrotronstråling - i 2003, i januar 2018, vil BINP SB RAS-personalet gennemføre en radikal modernisering af denne enhed, hvori for første gang det vil være muligt at undgå fordampning af flydende helium i et kryogent system. Omkostningerne ved modernisering er anslået til mere end 500 tusind dollars,” står der i erklæringen. Der skabes et stærkt magnetfelt i wiggleren, og apparatet skal afkøles med flydende helium. »Heliumet fordamper, og man skal bruge titusindvis af dollars om året på at tanke op. Vi har lært at skabe kryostater baseret på specielle kølemaskiner, der kan fungere pålideligt i årevis uden at fordampe flydende helium, hvilket ingen i verden endnu har demonstreret,” citerer pressetjenesten den førende forsker ved Institut for Kernefysik SB RAS.

ELETTRA-laboratoriet i Italien er en åben platform for eksperimenter med en specialiseret elektronaccelerator - en kilde til synkrotronstråling. Ved hjælp af denne stråling udføres forskellige undersøgelser: fra undersøgelse af materialers struktur og nye lægemidler til kræftcelleterapi.

tass.ru

NOVOSIBIRSK, 25. december. /TASS/. Forskere ved Institut for Kernefysik (INP) i den sibiriske afdeling af Det Russiske Videnskabsakademi i Novosibirsk har skabt og lanceret en unik "Smola" installation (en spiral magnetisk åben fælde), som vil gøre det muligt i fremtiden at øge plasmaopvarmningen fra 10 millioner grader flere gange, fortalte vicedirektøren for BINP SB RAS til journalister mandag for videnskabeligt arbejde Alexander Ivanov.

Fremover vil fælden blive brugt i en miljøvenlig termonuklear reaktor, der opererer uden supertung brint.

”Vi har en gasdynamisk fælde-installation (GDT), hvor vi allerede har opvarmet plasmaet til 10 millioner grader. Hvis du forsyner den med sådanne elementer (såsom "Harpiks" - TASS-note), skal plasmatemperaturen stige flere gange. Denne idé til udvikling af lineære plasma-bevægelsessystemer blev fremsat for første gang i verden,” sagde Ivanov.

Verdens første model for dannelsen af vulkanske processer blev skabt ved hjælp af en unik installation til elektronstrålesvejsning af forskere fra Institute of Nuclear Physics (INP) og Institute of Geology and Mineralogy (IGM) af den sibiriske afdeling af det russiske akademi for Videnskaber. Chefforskeren ved Institut for Geologi og Mineralogi ved SB RAS, Viktor Sharapov, fortalte medierne om dette.

Ifølge ham lykkedes det forskerne ved hjælp af deres installation at smelte sten, der blev taget fra Avachinsky-vulkanen i Kamchatka. Nu vil sibiriske videnskabsmænd være i stand til at simulere seismiske processer, der sker i en dybde på 40-70 kilometer, mens de studerer malmforekomster.

I KEK acceleratorcenteret (Tsukuba, Japan) er installationen af Belle II-detektoren ved strålemødestedet for SuperKEKB-kollideren afsluttet, rapporterer pressetjenesten fra KEK (den japanske organisation for undersøgelse af højenergiacceleratorer) .

Detektorens samlede vægt overstiger 1400 tons. Et af dets nøglesystemer - et 40-tons elektromagnetisk kalorimeter baseret på cæsiumiodidkrystaller - blev skabt og udviklet med afgørende deltagelse af Institute of Nuclear Physics. G.I. Budker SB RAS (BINP SB RAS) og Novosibirsk State University (NSU). Integrationen af detektoren og acceleratoren er et vigtigt skridt mod at starte dataindsamling senere i år.

Instituttet for Kernefysik SB RAS har udviklet en speciel installation, der har en målrettet effekt på selv den mest resistente tumor

Sibiriske videnskabsmænd ønsker ikke at sige, at dette er et gennembrud i behandlingen af kræft, men de formindsker ikke deres fortjenester i dets skabelse. Den videnskabelige knowhow kaldes "bor-neutron-indfangningsterapi for kræft." Det er overraskende, men essensen af opfindelsen kan indgyde håb i sjælene hos titusindvis af landsmænd, for hvem onkologer endnu ikke kan hjælpe ... Apparatet er selvfølgelig mildt sagt. Faktisk ... det indtager et særligt beskyttet rum med et areal på 60 kvadratmeter. Den førende forsker ved instituttet, Sergei Taskaev, talte om installationens driftsprincipper og forklarede, hvorfor dens skabere var i tvivl.

Institut for Kernefysik opkaldt efter. G.I. Budker (INP) fra den sibiriske afdeling af det russiske videnskabsakademi underskrev en kontrakt på 20 millioner euro med det europæiske center for forskning i ioner og antiprotoner (FAIR, Tyskland), ifølge hvilken de vil producere unikt udstyr til acceleratoren, videnskabeligt direktør for FAIR, akademiker ved Det Russiske Videnskabsakademi Boris Sharkov, fortalte journalister.

FAIR er det største acceleratorkompleks til studiet af moderne nuklear og subnuklear fysik, skabt i Tyskland med deltagelse af 15 lande. Projektet kan sammenlignes i skala med Large Hadron Collider (CERN), dets samlede omkostninger er anslået til omkring en milliard euro. Eksperimenter på FAIR er planlagt til at begynde i 2020.

Forskere fra Institute of Nuclear Physics opkaldt efter. G.I. Budker SB RAS og Institut for Almen Fysik opkaldt efter. ER. Prokhorov RAS har med støtte fra en bevilling fra Russian Science Foundation udviklet en ny generation af højhastigheds elektron-optiske enheder til diagnosticering af stråler i ladede partikelacceleratorer - en dissektor baseret på et streak-kamera. Denne enhed giver dig mulighed for at overvåge koaglets længde i realtid. De fremstillede enheder bruges allerede til at finjustere acceleratorkomplekser samt til at studere dynamikken i relativistiske stråler. Resultaterne af arbejdet blev offentliggjort i Journal of Instrumentation.

NOVOSIBIRSK, 4. juli. /TASS/. Køleringen til FAIR-forskningsacceleratorkomplekset under opførelse i Tyskland, som sammenlignes med Large Hadron Collider (LHC), er designet af specialister fra Novosibirsk Institute of Nuclear Physics (INP) SB RAS. Dette blev rapporteret til TASS af lederen af instituttets forskningslaboratorium, Dmitry Schwartz.

“FAIR har mange udfordringer for at arbejde med ioner og antiprotonstråler. Antiprotoner produceres, når en protonstråle med en energi på 29 gigaelektronvolt (en elektronvolt er en måleenhed for energien af en elementær partikel - TASS note) falder ned på et mål. Men disse antiprotoner skal fanges i en ring og afkøles - det er opgaven for vores Collector-ring,” sagde Schwartz.

Forskere fra Institute of Nuclear Physics of the Siberian Branch (INP SB) RAS har udviklet unikt udstyr til en prototype af en miljøvenlig termonuklear reaktor, der bliver designet i USA.

Arbejdet blev udført inden for rammerne af en multimillion-dollar kontrakt mellem det sibiriske institut og det amerikanske firma Tri Alpha Energy (TAE), fortalte videnskabelig sekretær for RAS-afdelingen Alexey Vasiliev til TASS og nægtede at nævne de fulde omkostninger ved leveringen.

Det er generelt svært at tale om INP i en nøddeskal af mange grunde. Først og fremmest fordi vores institut ikke passer ind i de sædvanlige standarder. Dette er ikke ligefrem et akademisk institut, der arbejder med grundlæggende videnskab, fordi det har sin egen produktion, som er ret lig en middelmådig plante, men i moderne tid - en god plante. Og på dette anlæg laver de ikke søm med dåser, men de har teknologier, der simpelthen ikke eksisterer nogen steder i Rusland. Moderne teknologier i ordets mest præcise betydning, og ikke i "moderne for Sovjetunionen i 80'erne." Og denne plante er vores egen, og ikke en, hvor ejerne er "derude et eller andet sted", og vi bare samler produkter i en bunke.
Så dette er på ingen måde et akademisk institut.

Men heller ikke produktion. Hvad er det for en produktion, hvis instituttet stadig anser hovedproduktet for at være det mest fundamentale resultat, og al denne vidunderlige teknologiske fyldning og produktion blot er en måde at få dette resultat på?

Så det er stadig et videnskabeligt institut med en grundlæggende profil?
Men hvad med det faktum, at BINP udfører det bredeste udvalg af eksperimenter relateret til Synchrotron Radiation (herefter SR) eller fri elektronlaser (herefter FEL), og disse er udelukkende anvendte eksperimenter for snesevis af vores institutter? Og i øvrigt har de næsten ingen anden mulighed for at udføre sådanne eksperimenter.

Så dette er et tværfagligt institut?
Ja. Og meget, meget mere...

Denne historie kunne begynde med instituttets historie. Eller fra i dag. Fra beskrivelser af installationer eller personer. Fra en historie om den russiske videnskabs tilstand eller fysikkens resultater i de seneste dage. Og jeg tøvede i meget lang tid, før jeg valgte en retning, indtil jeg besluttede at fortælle om alt lidt, og håbede oprigtigt, at jeg en dag vil skrive mere og poste dette materiale et sted.

Så INP SB RAS opkaldt efter. G.I.Budkera eller blot Institute of Nuclear Physics.
Det blev grundlagt i 1958 af Gersh Itskovich Budker, hvis navn på instituttet var Andrei Mikhailovich, Gud ved hvorfor. Nej, selvfølgelig, han var jøde, jødiske navne blev ikke hilst velkommen i USSR - det er alt klart. Men jeg var ikke i stand til at finde ud af, hvorfor Andrei Mikhailovich, og ikke Nikolai Semenovich, siger.
Forresten, hvis du hører noget som "Andrei Mikhailovich sagde ..." på INP, betyder det, at Budker sagde.
Han er grundlæggeren af instituttet og sandsynligvis, hvis ikke for ham, og hvis ikke for Sibirien, ville vi aldrig have haft en så udviklet acceleratorfysik. Faktum er, at Budker arbejdede for Kurchatov, og ifølge rygterne var det simpelthen trangt for ham der. Og de ville aldrig have ladet det "svinge" som det skete i Sibirien, hvor nye institutioner netop blev skabt og nye retninger åbnede sig. Og de ville ikke have givet ham instituttet med det samme i Moskva i den alder. Først ville de have fået ham til at se dårligt ud på stillingen som leder af laboratoriet, så ville vicedirektøren generelt, ser du, have mistet besindelsen og gået.

Budker tog til Novosibirsk og begyndte derfra at invitere forskellige fremragende og knap så fremtrædende fysikere. Fremragende fysikere var tilbageholdende med at gå i eksil, så satsningen blev lagt på den unge skole, som blev grundlagt med det samme. Skolerne var NSU og Fysik- og Musikskolen på denne NSU. Forresten giver tabletterne i Akademiet forfatterskabet af FMS udelukkende til Lavrentyev, men levende vidner om den historie, som nu bor i Amerika og udgiver deres erindringer, hævder, at forfatteren af skolen var Budker, som "solgte" ideen til Lavrentjev om en form for endnu en administrativ koncession.
Det er kendt, at to store mennesker - Budker og Lavrentyev ikke kom særlig godt ud af det med hinanden, for at sige det mildt, og dette afspejles stadig ikke kun i forholdet mellem mennesker i Akademgorodok, men også i skrivningen af dets historie. Se på en hvilken som helst akademisk udstilling, der finder sted i House of Scientists (DU), og du vil nemt se, at der næsten ingen f.eks. fotografier er fra det enorme INP-arkiv, og der siges generelt lidt om det største institut i vores Videnskabsakademi ( omkring 3 tusind ansatte) , og den tredje skatteyder i NSO. Ikke særlig fair, men sådan er det.
Kort sagt, vi skylder instituttet, dets resultater og atmosfære til Budker. Forresten, og produktionen også. Engang blev INP kaldt det mest kapitalistiske af alle institutter i landet – det kunne producere sine produkter og sælge dem. Nu kaldes det det mest socialistiske - når alt kommer til alt, går alle de tjente penge i en fælles pulje og fordeles fra dem til lønninger, kontrakter og, vigtigst af alt, til at udføre videnskabelige eksperimenter.
Dette er en meget dyr sag. En ændring (12 timer) af driften af en accelerator med en detektor kan koste hundredtusindvis af rubler, og de fleste af disse penge (fra 92 til 75%) tjener BINP-medarbejdere. BINP er det eneste institut i verden, der tjener penge til grundlæggende fysisk forskning alene. I andre tilfælde er sådanne institutioner finansieret af staten, men her - forstår du - hvis du venter på hjælp fra staten, dør du ikke længe.

Hvordan tjener INP penge? Salg af magnetiske acceleratorsystemer til andre lande, der ønsker at bygge deres egne acceleratorer. Vi kan med stolthed sige, at vi bestemt er en af de to eller tre bedste producenter af acceleratorringe i verden. Vi producerer både vakuumsystemer og resonatorer. Vi producerer industrielle acceleratorenheder, der opererer i snesevis af områder uden for vores økonomi, og hjælper med at desinficere medicinsk udstyr, korn, fødevarer, rense luft og spildevand, ja, generelt, alt det, som ingen er opmærksomme på her. BINP producerer medicinske acceleratorer og røntgenenheder til røntgenstrålende mennesker, f.eks. i lufthavne eller medicinske institutioner. Hvis man ser nærmere på etiketterne på disse scannere, vil man opdage, at de ikke kun er placeret i Novosibirsk Tolmachevo Lufthavn, men også meget i hovedstaden Domodedovo. BINP laver snesevis, hvis ikke hundredvis af små ordrer til højteknologisk produktion eller videnskab over hele verden. Vi producerer acceleratorer og lignende udstyr til USA, Japan, Europa, Kina, Indien... Vi byggede en del af LHC-ringen og havde stor succes. Andelen af russiske ordrer hos os er traditionelt lav, og der er intet vi kan gøre ved det - regeringen giver ikke penge, og lokale myndigheder eller virksomhedsejere har simpelthen ikke nok af dem - normalt løber regningen op i millioner af dollars . Vi må dog ærligt indrømme, at vi også har almindelige russiske bevillinger og kontrakter, og dem er vi også glade for, for Instituttet har altid brug for penge.

3. Et fragment af acceleratoren, som i øjeblikket produceres af BINP til Brookhaven Laboratory (USA)

Vores gennemsnitsløn er mindre end vores naboers, og dens fordeling virker ikke altid retfærdig, men flertallet af iafister accepterer dette, fordi de forstår, hvad de arbejder med, og hvorfor de nægter at hæve deres løn. Hver procentsats, der er placeret i den, betyder minus installationernes driftdage. Det er simpelt.
Ja, nogle gange skal man stoppe dem helt, og der har også været sådanne tilfælde. Men heldigvis holdt de kun seks måneder.
INP har råd til at lede opførelsen af dyre luksushuse, så længe nogle af lejlighederne går til ansatte, sender disse medarbejdere på lange forretningsrejser i udlandet, opretholder en af de bedste skibaser i landet, hvor "Russian Ski Track" afholdes årligt (i øvrigt er basen nu truet af lukning på grund af et andet latterligt byggeprojekt), vedligeholde sit eget rekreationscenter i Burmistrovo ("Razliv"), generelt har han råd til en masse ting. Og selvom der hvert år bliver talt om, at det her er for sløset, så holder vi stadig fast.

Hvad med videnskab på INP?
Videnskab er sværere. Der er fire hovedvidenskabelige retninger for BINP:
1. elementarpartiklers fysik - FEC (dvs. hvad vores verden består af på meget, meget mikroniveau)
2. acceleratorers fysik (dvs. enheder, som du kan komme til dette mikroniveau med (eller er det bedre at sige "nano", efter moderne mode? :))
3. plasmafysik
4. fysik relateret til synkrotronstråling.

Der er flere andre områder på BINP, især dem, der er relateret til nuklear og fotonuklear fysik, medicinske applikationer, radiofysik og mange andre mindre.

4. Dayton VEPP-3 installation. Hvis det ser ud til, at dette er et komplet kaos af ledninger, så er det generelt forgæves. For det første er VEPP-3 en installation, hvor der simpelthen ikke er plads, og for det andet foregår optagelsen fra siden af kabelruten (den lægges ovenpå). Endelig, for det tredje, er Dayton en af de installationer, der nogle gange er indbygget i strukturen af VEPP-3 og derefter fjernet, dvs. Det nytter simpelthen ikke at skabe globale systemer til at "genoprette orden" her.

Vi har to konstant fungerende acceleratorer: VEPP-2000 (forkortelsen VEPP, som ofte vil forekomme, betyder "kolliderende elektron-positronstråler"), hvorpå to detektorer fungerer - KMD og SND (kryogen magnetisk detektor og sfærisk neutral detektor) og VEPP -4M med KEDR detektor. VEPP-4M-komplekset indeholder en anden accelerator - VEPP-3, hvor der udføres eksperimenter relateret til SR (VEPP-4 har også SR, men det er nye stationer, de er stadig i deres vorden, selvom de har været aktivt i udvikling for nylig og en af den sidste kandidats afhandlinger fra SIshniks blev forsvaret netop i denne retning).

6. SI-bunker VEPP-3, røntgenfluorescens-elementanalysestation.

Derudover har vi en FEL, som er direkte designet til at arbejde med terahertz-stråling for alle udefra, da BINP endnu ikke har fundet et "direkte" formål med det. Forresten, efter denne udflugt blev det kendt, at lederen af FEL, Nikolai Aleksandrovich Vinokurov, blev valgt til det tilsvarende medlem af RAS.

Vi gør vores første stop her for afklaring (baseret på tips fra læserne). Hvad er en FEL eller fri elektronlaser? Det er ikke særlig let at forklare dette, men vi vil antage, at du ved, at i en konventionel laser opstår stråling sådan her: Ved hjælp af en metode opvarmer (exciterer) vi atomerne i et stof i en sådan grad, at de begynder at udsende. Og da vi udvælger denne stråling på en særlig måde, der falder i resonans med strålingens energi (og derfor frekvens), får vi en laser. Så i en FEL er strålingskilden ikke et atom, men selve elektronstrålen. Den tvinges til at passere forbi den såkaldte wiggler (undulator), hvor en masse magneter tvinger strålen til at "trække" fra side til side i en sinus. Samtidig udsender den den samme synkrotronstråling, som kan opsamles til laserstråling. Ved at ændre strømstyrken i wiggler-magneterne eller stråleenergien kan vi ændre laserfrekvensen over et bredt område, som i øjeblikket er uopnåeligt på anden måde.

Der er ingen andre FEL-installationer i Rusland. Men de findes i USA, sådan en laser bliver også bygget i Tyskland (et fælles projekt af Frankrig, Tyskland og vores institut, omkostningerne overstiger 1 milliard euro.) På engelsk lyder sådan en laser som FEL - fri elektronlaser.

8. Gratis elektron laser elektron pistol

9. System til overvågning af niveauet af vandkøleresonatorer på FEL

10. FEL resonatorer

11. Denne og de næste to rammer viser FEL set nedefra (den er ophængt "fra loftet").

14. Oleg Aleksandrovich Shevchenko lukker døren til LSE-hallen. Efter at endestopkontakten fra den ramte radarbeskyttelsesdør (betonblok til højre) er udløst, kan laseren begynde at fungere.

15. FEL kontrolrum. På bordet står briller til beskyttelse mod laserstråling.

16. En af stationerne på FEL. Til højre kan du se optiske stativer, hvorpå der er stykker papir med brændt papir (mørke pletter i midten). Dette er et spor af FEL laserstråling

17. Sjældent skud. Et gammelt stråleoscilloskop i FEL kontrolrummet. Der er få sådanne oscilloskoper tilbage hos BINP, men hvis du kigger efter, kan du finde dem. I nærheden (til venstre) ligger en helt moderne digital Tektronix, men hvad er interessant ved den?

Vi har vores egen retning inden for plasmafysik, relateret til indeslutning af plasma (hvor den termonukleære reaktion skal finde sted) i åbne fælder. Sådanne fælder er kun tilgængelige på BINP, og selv om de ikke vil tillade hovedopgaven for det "termonukleare" at blive opnået - skabelsen af kontrolleret termonuklear fusion, tillader de betydelige fremskridt inden for forskning i parametrene for denne kontrollerede termonuklear. fusion.

18. AMBAL-installationen er en ambipolær adiabatisk fælde, der i øjeblikket ikke fungerer.

19. AMBAL

Hvad bliver der gjort i alle disse installationer?

Hvis vi taler om FEC, så er situationen kompliceret. Alle FCH's præstationer i de senere år er forbundet med accelerator-kollidere af LHC-typen (ELH-C, som hele verden kalder det, og LHC - Large Hadron Collider, som kun vi kalder det). Disse er acceleratorer med enorm energi - omkring 7 TeV (1 tera- eller 7 tusind gigaelektronvolt). Sammenlignet med dem er VEPP-4 på sin 4-5 GeV, som har været i drift i næsten et halvt århundrede, en gammel mand, hvor forskning kan udføres i et begrænset område. Og endnu mere VEPP-2000 med en energi på kun omkring 1 GeV.

Jeg bliver nødt til at dvæle lidt her og forklare, hvad GeV er, og hvorfor det er meget. Hvis vi tager to elektroder og anvender en potentialforskel på 1 volt over dem, og derefter sender en ladet partikel mellem disse elektroder, vil den erhverve en energi på 1 elektronvolt. Den er adskilt fra den mere velkendte joule med så mange som 19 størrelsesordener: 1 eV = 1,6*10 -19 J.
For at opnå en energi på 1 GeV skal du skabe en accelerationsspænding på 1 gigavolt over elektronens flyvevej (en giga er en milliard volt, 10^9 eller 1.000.000.000 volt). For at opnå energien fra LHC er det nødvendigt at skabe en accelerationsspænding på 7 teravolt, og i dette tilfælde er det nødvendigt at bruge omkring 180 MW elektrisk effekt (dette er det beregnede forbrug). Nå, forestil dig yderligere, hvad der skal til for dette. Det er tilstrækkeligt at sige, at LHC (LHC) er drevet af et af de franske atomkraftværker i nærheden.

21. VEPP-2000 acceleratoren er en modernisering af den tidligere VEPP-2M accelerator. Forskellen fra den tidligere version er den højere energi (op til 1 GeV) og den implementerede idé med såkaldte runde bjælker (normalt ligner strålen mere et bånd end noget andet). Sidste år begyndte acceleratoren at fungere efter en længere periode med genopbygning.

23. Kontrolrum VEPP-2000.

24. Kontrolrum VEPP-2000. Over tabellen er et diagram over acceleratorkomplekset.

25. Elektron og positron booster BEP til VEPP-2000

Hvordan drager INP gavn af dette område? Den højeste nøjagtighed af deres forskning. Faktum er, at livet er struktureret på en sådan måde, at stadig lettere partikler bidrager til fødslen af tungere, og jo mere præcist vi kender deres masseenergi, jo bedre kender vi bidraget til fødslen af selv Higgs-bosonen. Dette er, hvad BINP gør - det får supernøjagtige resultater og studerer forskellige sjældne processer, hvis "fangst" kræver ikke bare en enhed, men en masse snedighed og fingerfærdighed fra forskere. Kort sagt, med hjerner, hvad ellers? Og i denne forstand skiller alle tre BINP-detektorer sig godt ud - KMD, SND og KEDR (den har ingen afkodning af navnet)

26. SND er en sfærisk neutral detektor, der giver dig mulighed for at registrere partikler, der ikke har en ladning. Billedet viser ham tæt på slutmontage og påbegyndelse af arbejdet.

Den største af vores detektorer er CEDAR. For nylig blev der gennemført en række eksperimenter på den, som gjorde det muligt at måle massen af den såkaldte tau lepton, som på alle måder er analog med en elektron, kun meget tungere, og J/Psi - en partikel, første af de partikler, hvor den fjerdestørste kvark "virker". Og jeg vil forklare igen. Som bekendt er der seks kvarker i alt - de har meget smukke og endda eksotiske navne, som de partikler, de tilhører, kaldes (f.eks. "charme" eller "mærkelige" partikler betyder, at de indeholder henholdsvis charme og mærkelige kvarker) :

Navnene på kvarker har intet at gøre med de virkelige egenskaber af forskellige ting - en vilkårlig fantasi af teoretikere. Navnene i anførselstegn er accepterede russiske oversættelser af vilkårene. Min pointe er, at en "dejlig" kvark ikke kan kaldes smuk eller smuk - en terminologisk fejl. Sådan er de sproglige vanskeligheder, selvom t-kvarken ofte blot kaldes topkvarken :)

Så alle partikler i verden, der er kendt for os, består af de to letteste kvarker, der beviser eksistensen af de andre fire er arbejdet med at kollidere stråleacceleratorer og detektorer. At bevise eksistensen af s-quark var ikke let, det betød rigtigheden af flere hypoteser på én gang, og opdagelsen af J/psi var en enestående præstation, som straks viste det enorme løfte om hele metoden til at studere elementarpartikler, og åbnede samtidig vejen for, at vi kunne studere de processer, der fandt sted i verden under den Store Store Eksplosionen og hvad der sker nu. Massen af "sigøjneren" efter KEDR-eksperimentet blev målt med en nøjagtighed, der kun overskrides ved måling af masserne af en elektron og en proton med en neutron, dvs. grundlæggende partikler i mikroverdenen. Det er et fantastisk resultat, som både detektoren og speederen kan være stolte af i lang tid fremover.

28. Dette er KEDR-detektoren. Som du kan se er den nu skilt ad, det er en sjælden mulighed for at se hvordan den ser ud indefra. Systemer repareres og moderniseres efter lang tids arbejde, som normalt kaldes "eksperimentel entry" og normalt varer flere år.

29. Dette er KEDR-detektoren, set ovenfra.

31. KEDR-detektorens kryogene system, tanke med flydende nitrogen, der bruges til at afkøle KEDR-detektorens superledende magnet (den afkøles til flydende heliums temperatur, forkøles til flydende nitrogens temperatur.)

32. I VEPP-4M-ringen

Inden for acceleratorfysik er situationen bedre. BINP er en af skaberne af kollidere generelt, dvs. Vi kan trygt betragte os selv som et af to institutter, hvor denne metode blev født næsten samtidigt (med en forskel på et par måneder). For første gang mødte vi stof og antistof på en sådan måde, at det var muligt at udføre eksperimenter med dem, i stedet for at observere netop dette antistof som noget fantastisk, der ikke kan arbejdes med. Vi foreslår og forsøger stadig at implementere acceleratorideer, der endnu ikke eksisterer i verden, og vores specialister opholder sig nogle gange i udenlandske centre klar til at påtage sig deres implementering (i vores land er dette dyrt og tidskrævende). Vi foreslår nye designs af "fabrikker" - kraftfulde acceleratorer, der kan "føde" til et stort antal begivenheder for hver omdrejning af strålen. Kort sagt, her, inden for acceleratorfysik, kan BINP trygt hævde at være et institut i verdensklasse, der ikke har mistet sin betydning i alle disse år.

Vi bygger meget få nye installationer, og de tager lang tid at færdiggøre. For eksempel tog VEPP-5 acceleratoren, som var planlagt til at være den største på BINP, så lang tid at bygge, at den blev moralsk forældet. Desuden er den skabte injektor så god (og endda unik), at det ville være forkert ikke at bruge den. Den del af ringen, som du ser i dag, er planlagt til ikke at blive brugt til VEPP-5, men til kanaler til overførsel af partikler fra VEPP-5-injektoren til VEPP-2000 og VEPP-4.

33. Tunnelen til VEPP-5-ringen er måske den største struktur af denne type ved BINP i dag. Dens størrelse er sådan, at en bus kunne køre hertil. Ringen blev aldrig bygget på grund af manglende midler.

34. Fragment af forinjektoren - VEPP-3-kanalen i VEPP-5-tunnelen.

35. Disse er stativer for de magnetiske elementer i Forinjector bypass-kanalen - VEPP2000 (kanalerne er stadig under opbygning i dag.)

36. Rum til LINAC (lineær accelerator) af VEPP-5 forinjektor

37. Denne og den næste ramme viser de magnetiske elementer i Forinjector

39. Lineær accelerator af Forinjector VEPP-5.
Den vagthavende på komplekset og den ansvarlige for besøgende venter på, at fotograferingen er slut

40. Forinjektorens kølerlagerenhed, hvor elektroner og positroner fra LINAC kommer ind for yderligere acceleration og ændringer i nogle stråleparametre.

41. Elementer i opbevaringskølerens magnetiske system. Quadrupole linse i dette tilfælde.

42. Mange gæster på vores institut tror fejlagtigt, at den 13. bygning, hvor VEPP 3, 4, 5 acceleratorerne er placeret, er meget lille. Kun to etager. Og de tager fejl. Dette er vejen ned til etagerne placeret under jorden (det er nemmere at udføre radbeskyttelse på denne måde)

I dag planlægger INP at skabe en såkaldt c-tau (tse-tau) fabrik, som kan blive det største projekt inden for fundamental fysik i Rusland i de seneste årtier (hvis megaprojektet støttes af den russiske regering), det forventede resultater vil uden tvivl være på niveau med de bedste i verden. Spørgsmålet handler som altid om penge, som instituttet næppe vil kunne tjene på egen hånd. Én ting er at vedligeholde nuværende installationer og meget langsomt gøre nye ting, en anden ting er at konkurrere med forskningslaboratorier, der modtager fuld støtte fra deres lande eller endda foreninger som EU.

Inden for plasmafysik er situationen noget sværere. Denne retning har ikke været finansieret i årtier, der har været en stærk udstrømning af specialister i udlandet, og alligevel kan plasmafysik i vores land også finde noget at prale af. Især viste det sig, at plasmaets turbulens, som bør ødelægge dens stabilitet, nogle gange tværtimod, hjælpe med at holde den inden for specificerede grænser.

43. To hovedinstallationer af plasmafysik - GOL-3 (på billedet taget fra niveauet af bygningens kranstråle) og GDL (vil være nedenfor)

44. Generatorer GOL-3 (korrugeret åben fælde)

45. Et fragment af GOL-3 acceleratorstrukturen, den såkaldte spejlcelle.

Hvorfor har vi brug for en accelerator på plasma? Det er enkelt - i opgaven med at opnå termonuklear energi er der to hovedproblemer: at begrænse plasmaet i magnetiske felter med en vanskelig struktur (plasma er en sky af ladede partikler, der stræber efter at skubbe fra hinanden og sprede sig i forskellige retninger) og dets hurtige opvarmning til termonukleare temperaturer (forestil dig - du er en tekande før Du opvarmer 100 grader i flere minutter, men her skal du bruge mikrosekunder til millioner af grader). BINP forsøgte at løse begge problemer ved hjælp af acceleratorteknologier. Resultat? På moderne TOKAMAK'er er plasmatrykket til felttrykket, der kan bibeholdes, maksimalt 10%, ved BINP i åbne fælder - op til 60%. Hvad betyder det? At det i TOKAMAK er umuligt at udføre deuterium + deuterium-syntese-reaktionen, kan der kun bruges meget dyrt tritium. I en installation af GOL-typen ville det være muligt at nøjes med deuterium.

46. Det skal siges, at GOL-3 ligner noget, der er skabt enten i en fjern fremtid eller blot bragt af rumvæsener. Normalt gør det et fuldstændig futuristisk indtryk på alle besøgende.

48. GOL-3

Lad os nu gå videre til en anden plasmainstallation ved BINP - GDT (gasdynamisk fælde). Helt fra begyndelsen var denne plasmafælde ikke fokuseret på den termonukleære reaktion, den blev bygget til at studere plasmas adfærd.

50. GDL er en ret lille enhed, så den passer helt ind i én ramme.

Plasmafysikere har også deres egne drømme, de ønsker at skabe en ny installation - GDML (m - multi-mirror), dens udvikling begyndte i 2010, ja, ingen ved, hvornår den ender. Krisen påvirker os på den væsentligste måde - højteknologiske industrier er de første, der bliver skåret ned, og med dem vores ordrer. Hvis der er midler til rådighed, kan installationen oprettes om 4-6 år.

Inden for SI halter vi (jeg taler om Rusland) efter hele den udviklede del af planeten, for at være ærlig. Der er et stort antal SR-kilder i verden, de er bedre og mere kraftfulde end vores. De udfører tusindvis, hvis ikke hundredtusindvis, af arbejde relateret til undersøgelsen af alt fra biologiske molekylers adfærd til forskning i faststoffysik og kemi. Faktisk er dette en kraftig kilde til røntgenstråler, som ikke kan opnås på nogen anden måde, så al forskning relateret til studiet af stoffets struktur er SI.

Men livet er sådan, at der i Rusland kun er tre SR-kilder, hvoraf to blev lavet her, og vi hjalp med at lancere en (en er placeret i Moskva, en anden i Zelenograd). Og kun en af dem arbejder konstant i eksperimentel tilstand - dette er den "gode gamle" VEPP-3, som blev bygget for tusind år siden. Faktum er, at det ikke er nok at bygge en accelerator til SR. Det er også vigtigt at bygge udstyr til SI-stationer, men det er noget, der ikke findes andre steder. Som et resultat foretrækker mange forskere i vores vestlige regioner at sende en repræsentant "for at gøre alt klar" i stedet for at bruge enorme mængder penge på oprettelse og udvikling af SI-stationer et sted i Moskva-regionen.

53. Injektorhallen til VEPP-3 - POSITRON installation - en af de ældste installationer af denne type i verden

54. Injektorhal til VEPP-3 - POSITRON installation, til venstre (blå cylinder) - lineær accelerator (LINAC), til højre - B4 synkrotron

55. I VEPP-3-ringen

56. Dette er et fugleperspektiv af VEPP-4-komplekset, eller mere præcist tredje sal i "mezzaninen". Lige under er betonblokke af radarbeskyttelse, under dem er POSITRON og VEPP-3, så er der et blåligt rum - kompleksets kontrolrum, hvorfra komplekset og eksperimentet styres.

57. "Chief" for VEPP-3, en af de ældste acceleratorfysikere ved INP og landet - Svyatoslav Igorevich Mishnev

På INP er der for næsten 3000 mennesker kun lidt mere end 400 videnskabelige arbejdere, inklusive postgraduate studerende. Og I forstår alle, at det ikke er en forskningsassistent, der står ved maskinen, og tegningerne til de nye accelerationsringe er heller ikke lavet af kandidatstuderende eller studerende. BINP har et stort antal ingeniører og teknikere, som omfatter en enorm designafdeling, teknologer, elektrikere, radioingeniører og... snesevis af andre specialer. Vi har et stort antal arbejdere (ca. 600 personer), mekanikere, laboratorieassistenter, radiolaboratorieassistenter og hundredvis af andre specialer, som jeg nogle gange ikke engang kender til, for ingen er specielt interesserede i dette. I øvrigt er INP en af de sjældne virksomheder i landet, der årligt afholder en konkurrence for unge arbejdere - drejere og fræseoperatører.

58.

62. Produktion på Institut for Kernefysik, en af værkstederne. Udstyret er for det meste forældet, moderne maskiner er placeret i værksteder, som vi ikke har været på, placeret i Chemy (der er sådan et sted i Novosibirsk, ved siden af det såkaldte Research Institute of Systems). Dette værksted har også CNC-maskiner, de var bare ikke inkluderet i billedet (dette er et svar på nogle kommentarer på blogs.)

Vi er iafister, vi er en enkelt organisme, og det er hovedsagen på vores institut. Selvom det selvfølgelig er meget vigtigt, at fysikere leder hele den teknologiske proces. De forstår ikke altid detaljerne og forviklingerne ved at arbejde med materialer, men de ved, hvordan alt skal ende og husk, at en lille fejl et eller andet sted på en arbejders maskine vil føre til en multimillion-dollar installation et sted i vores land eller i verden. Og derfor forstår en eller anden grøn studerende måske ikke engang ingeniørens forklaringer, men når han bliver spurgt "kan dette accepteres", vil han ryste negativt på hovedet og huske præcis, at han har brug for en nøjagtighed på fem mikron på basis af en meter, ellers hans installationen er skruet. Og så er teknologernes og ingeniørernes opgave at finde ud af, hvordan han, skurken, kan opfylde sine utænkelige krav, som går imod alt, hvad vi plejer. Men de opfinder og yder og investerer en utrolig mængde intelligens og opfindsomhed.

63. Den forundrede person, der er ansvarlig for det elektriske udstyr i VEPP-4M-komplekset, Alexander Ivanovich Zhmaka.

64. Dette ildevarslende skud blev filmet ganske enkelt i en af instituttets bygninger, i den samme, hvor VEPP-3, VEPP-4 og VEPP-5 forinjektoren er placeret. Og det betyder simpelthen, at speederen virker og udgør en vis fare.

65. Og denne betyder, at den service, der er ansvarlig for sikkerheden i vores arbejde, ikke sover. Disse er individuelle filmdosimetre af forskellige typer.

67. Verdens første kollider, bygget i 1963 for at studere mulighederne for at bruge dem i partikelfysiske eksperimenter. VEP-1 er den eneste kolliderer i historien, hvor stråler cirkulerede og kolliderede i et lodret plan.

68. Underjordiske gange mellem instituttets bygninger

Tak til Elena Elk for at organisere fotograferingen og detaljerede historier om installationerne.

Jeg havde en chance for at besøge den verdensberømte INP opkaldt efter. G.I.Budkera SB RAS. Hvad jeg så der, kan jeg kun vise en detaljeret historie om installationerne og om selve instituttet blev udarbejdet af Elena Valerievna Starostina, en forsker ved instituttet.

(I alt 68 billeder)

Originaltekst taget herfra .
Det er generelt svært at tale om INP i en nøddeskal af mange grunde. Først og fremmest fordi vores institut ikke passer ind i de sædvanlige standarder. Dette er ikke ligefrem et akademisk institut, der arbejder med grundlæggende videnskab, for det har sin egen produktion, som er ret lig en middelmådig plante, men i moderne tid en god plante. Og på dette anlæg laver de ikke søm med dåser, men de har teknologier, der simpelthen ikke eksisterer nogen steder i Rusland. Moderne teknologier i ordets mest præcise betydning, og ikke i "moderne for Sovjetunionen i 80'erne." Og denne plante er vores egen, og ikke en, hvor ejerne er "derude et eller andet sted", og vi bare samler produkter i en bunke.
Så dette er på ingen måde et akademisk institut.

Men heller ikke produktion. Hvad er det for en produktion, hvis instituttet anser hovedproduktet for at være det mest fundamentale resultat, og al denne vidunderlige teknologiske fyldning og produktion blot er en måde at få dette resultat på?

Så dette er et tværfagligt institut?
Ja. Og meget, meget mere...

Så INP SB RAS opkaldt efter. G.I.Budkera eller blot Institute of Nuclear Physics.
Det blev grundlagt i 1958 af Gersh Itskovich Budker, hvis navn på instituttet var Andrei Mikhailovich, Gud ved hvorfor. Nej, selvfølgelig, han var jøde, jødiske navne blev ikke hilst velkommen i USSR - det er alt klart. Men jeg var ikke i stand til at finde ud af, hvorfor Andrei Mikhailovich, og ikke Nikolai Semenovich, siger.
Forresten, hvis du hører noget som "Andrei Mikhailovich sagde ..." på INP, betyder det, at Budker sagde.
Han er grundlæggeren af instituttet og sandsynligvis, hvis ikke for ham, og hvis ikke for Sibirien, ville vi aldrig have haft en så udviklet acceleratorfysik. Faktum er, at Budker arbejdede for Kurchatov, og ifølge rygterne var det simpelthen trangt for ham der. Og de ville aldrig have ladet det "svinge" som det gjorde i Rusland, hvor nye institutioner netop blev skabt og nye retninger åbnede sig. Og de ville ikke have givet ham instituttet med det samme i Moskva i den alder. Først ville de have fået ham til at se dårligt ud på stillingen som leder af laboratoriet, så ville vicedirektøren generelt, ser du, have mistet besindelsen og gået.

Budker tog til Novosibirsk og begyndte derfra at invitere forskellige fremragende og knap så fremtrædende fysikere. Fremragende fysikere var tilbageholdende med at gå i eksil, så satsningen blev lagt på den unge skole, som blev grundlagt med det samme. Skolerne var NSU og Fysik- og Musikskolen på denne NSU. Forresten giver tabletterne i Akademiet forfatterskabet af FMS udelukkende til Lavrentyev, men levende vidner om den historie, som nu bor i Amerika og udgiver deres erindringer, hævder, at forfatteren af skolen var Budker, som "solgte" ideen til Lavrentjev om en form for endnu en administrativ koncession.
Det er kendt, at to store mennesker - Budker og Lavrentyev ikke kom særlig godt ud af det med hinanden, for at sige det mildt, og dette afspejles stadig ikke kun i forholdet mellem mennesker i Akademgorodok, men også i skrivningen af dets historie. Se på en hvilken som helst akademisk udstilling, der finder sted i House of Scientists (DU), og du vil nemt se, at der næsten ingen f.eks. fotografier er fra det enorme INP-arkiv, og der siges generelt lidt om det største institut i vores Videnskabsakademi ( omkring 3 tusind ansatte) , og den tredje skatteyder i NSO. Ikke særlig fair, men sådan er det.
Kort sagt, vi skylder instituttet, dets resultater og atmosfære til Budker. Forresten, og produktionen også. Engang blev INP kaldt det mest kapitalistiske af alle institutter i landet – det kunne producere sine produkter og sælge dem. Nu kaldes det det mest socialistiske - når alt kommer til alt, går alle de tjente penge i en fælles pulje og fordeles fra dem til lønninger, kontrakter og, vigtigst af alt, til at udføre videnskabelige eksperimenter.
Dette er en meget dyr sag. En ændring (12 timer) af driften af en accelerator med en detektor kan koste hundredtusindvis af rubler, og de fleste af disse penge (fra 92 til 75%) tjener BINP-medarbejdere. BINP er det eneste institut i verden, der tjener penge til grundlæggende fysisk forskning alene. I andre tilfælde er sådanne institutioner finansieret af staten, men i vores land - du forstår - hvis du venter på hjælp fra staten, dør du ikke længe.

Hvordan tjener INP penge? Salg af magnetiske acceleratorsystemer til andre lande, der ønsker at bygge deres egne acceleratorer. Vi kan med stolthed sige, at vi bestemt er en af de to eller tre bedste producenter af acceleratorringe i verden. Vi producerer både vakuumsystemer og resonatorer. Vi producerer industrielle acceleratorenheder, der opererer i snesevis af områder uden for vores økonomi, og hjælper med at desinficere medicinsk udstyr, korn, fødevarer, rense luft og spildevand, ja, generelt, alt det, som ingen er opmærksomme på her. BINP producerer medicinske acceleratorer og røntgenenheder til røntgenstrålende mennesker, f.eks. i lufthavne eller medicinske institutioner. Hvis man ser nærmere på etiketterne på disse scannere, vil man opdage, at de ikke kun er placeret i Novosibirsk Tolmachevo Lufthavn, men også meget i hovedstaden Domodedovo. BINP laver snesevis, hvis ikke hundredvis af små ordrer til højteknologisk produktion eller videnskab over hele verden. Vi producerer acceleratorer og lignende udstyr til USA, Japan, Europa, Kina, Indien... Vi byggede en del af LHC-ringen og havde stor succes. Andelen af russiske ordrer her er traditionelt lav, og der er ikke noget, vi kan gøre ved det - regeringen giver ikke penge, og de lokale myndigheder eller virksomhedsejere har simpelthen ikke nok af dem - normalt løber regningen op i millioner af dollars. Vi må dog ærligt indrømme, at vi også har almindelige russiske bevillinger og kontrakter, og dem er vi også glade for, for Instituttet har altid brug for penge.

3. Et fragment af acceleratoren, som i øjeblikket produceres af Nuclear Physics Institute for Brookhaven Laboratory (USA)

Hvad med videnskab på INP?
Videnskab er sværere. Der er fire hovedvidenskabelige retninger for BINP:
1. elementarpartiklers fysik - FEP (dvs. hvad vores verden består af på det meget, meget mikroniveau)
2. acceleratorers fysik (dvs. enheder, ved hjælp af hvilke man kan nå dette mikroniveau (eller er det bedre at sige "nano", efter moderne mode? :))
3. plasmafysik
4. fysik relateret til synkrotronstråling.

Der er flere andre områder på BINP, især dem, der er relateret til nuklear og fotonuklear fysik, medicinske applikationer, radiofysik og mange andre mindre.

4. Installation Dayton VEPP-3. Hvis det ser ud til, at dette er et komplet kaos af ledninger, så er det generelt forgæves. For det første er VEPP-3 en installation, hvor der simpelthen ikke er plads, og for det andet foregår optagelsen fra siden af kabelruten (den lægges ovenpå). Endelig, for det tredje, er Dayton en af de installationer, der nogle gange er indbygget i strukturen af VEPP-3 og derefter fjernet, dvs. Det nytter simpelthen ikke at skabe globale systemer til at "genoprette orden" her.

Vi har to konstant fungerende acceleratorer: VEPP-2000 (forkortelsen VEPP, som ofte vil blive stødt på, betyder "kolliderende elektron-positronstråler"), hvorpå to detektorer fungerer - KMD og SND (kryogen magnetisk detektor og sfærisk neutral detektor) og VEPP -4M med KEDR detektor. VEPP-4M-komplekset indeholder en anden accelerator - VEPP-3, hvor der udføres eksperimenter relateret til SR (VEPP-4 har også SR, men det er nye stationer, de er stadig i deres vorden, selvom de har været aktivt i udvikling for nylig og en af den sidste kandidats afhandlinger fra SIshniks blev forsvaret netop i denne retning).

5. SI-bunker VEPP-3, røntgenfluorescens-elementanalysestation.

6. SI-bunker VEPP-3, røntgenfluorescens-elementanalysestation.

8. Gratis elektronlaserelektronkanon

9. System til overvågning af niveauet af vandkøling af resonatorerne på FEL

10. FEL-resonatorer

11. Denne og de næste to rammer viser FEL set nedefra (den er ophængt "fra loftet").

14. Oleg Aleksandrovich Shevchenko lukker døren til LSE-hallen. Efter at endestopkontakten fra den ramte radarbeskyttelsesdør (betonblok til højre) er udløst, kan laseren begynde at fungere.

15. FEL kontrolrum. På bordet står briller til beskyttelse mod laserstråling.

16. En af stationerne på FEL. Til højre kan du se optiske stativer, hvorpå der er stykker papir med brændt papir (mørke pletter i midten). Dette er et spor af FEL laserstråling

17. Sjældent skud. Et gammelt stråleoscilloskop i FEL kontrolrummet. Der er få sådanne oscilloskoper tilbage hos BINP, men hvis du kigger efter, kan du finde dem. I nærheden (til venstre) ligger en helt moderne digital Tektronix, men hvad er interessant ved den?

18. AMBAL-installationen er en ambipolær adiabatisk fælde, som i øjeblikket ikke fungerer.

Hvad bliver der gjort i alle disse installationer?

Hvis vi taler om FEC, så er situationen kompliceret. Alle FCH's præstationer i de senere år er forbundet med accelerator-kollidere af LHC-typen (ELH-C, som hele verden kalder det, og LHC - Large Hadron Collider, som kun vi kalder det). Det er acceleratorer med enorm energi - omkring 200 GeV (gigaelektronvolt). Sammenlignet med dem er VEPP-4 på sin 4-5 GeV, som har været i drift i næsten et halvt århundrede, en gammel mand, hvor det er muligt at forske i et begrænset område. Og endnu mere VEPP-2000 med en energi på kun omkring 1 GeV.

Jeg bliver nødt til at dvæle lidt her og forklare, hvad GeV er, og hvorfor det er meget. Hvis vi tager to elektroder og anvender en potentialforskel på 1 volt over dem, og derefter sender en ladet partikel mellem disse elektroder, vil den erhverve en energi på 1 elektronvolt. Den er adskilt fra den mere velkendte joule med så mange som 19 størrelsesordener: 1 eV = 1,6*10 -19 J.
For at opnå en energi på 1 GeV er det nødvendigt at skabe en accelerationsspænding på 1 gigavolt over elektronens flyvevej. For at få energien fra LHC'en skal du skabe en spænding på 200 gigavolt (en giga er en milliard volt, 10 9 eller 1.000.000.000 volt). Nå, forestil dig yderligere, hvad der skal til for dette. Det er tilstrækkeligt at sige, at LHC (LHC) er drevet af et af de franske atomkraftværker i nærheden.

21. VEPP-2000 accelerator – modernisering af den tidligere VEPP-2M accelerator. Forskellen fra den tidligere version er den højere energi (op til 1 GeV) og den implementerede idé med såkaldte runde bjælker (normalt ligner strålen mere et bånd end noget andet). Sidste år begyndte acceleratoren at fungere efter en længere periode med genopbygning.

23. Kontrolrum VEPP-2000.

24. Kontrolrum VEPP-2000. Over tabellen er et diagram over acceleratorkomplekset.

25. Booster af elektroner og positroner BEP for VEPP-2000

26. SND er en sfærisk neutral detektor, der giver dig mulighed for at registrere partikler, der ikke har en ladning. Billedet viser ham tæt på slutmontage og påbegyndelse af arbejdet.

Den største af vores detektorer er KEDR. For nylig blev der gennemført en række eksperimenter på den, som gjorde det muligt at måle massen af den såkaldte tau lepton, som på alle måder er analog med en elektron, kun meget tungere, og J/Psi partiklen, den første af partiklerne, hvor den fjerdestørste kvark "virker". Og jeg vil forklare igen. Som bekendt er der seks kvarker i alt - de har meget smukke og endda eksotiske navne, som de partikler, de tilhører, kaldes (f.eks. "charme" eller "mærkelige" partikler betyder, at de indeholder henholdsvis charme og mærkelige kvarker) :

Navnene på kvarker har intet at gøre med de virkelige egenskaber af forskellige ting - en vilkårlig fantasi af teoretikere. Navnene i anførselstegn er accepterede russiske oversættelser af vilkårene. Min pointe er, at en "smuk" kvark ikke kan kaldes smuk eller smuk - en terminologisk fejl. Sådan er de sproglige vanskeligheder, selvom t-kvarken ofte blot kaldes topkvarken :)

28. Dette er KEDR-detektoren. Som du kan se er den nu skilt ad, det er en sjælden mulighed for at se hvordan den ser ud indefra. Systemer repareres og moderniseres efter lang tids arbejde, som normalt kaldes "eksperimentel entry" og normalt varer flere år.

29. Dette er KEDR-detektoren set ovenfra.

31. KEDR-detektorens kryogene system, tanke med flydende nitrogen, der bruges til at afkøle KEDR-detektorens superledende magnet (den afkøles til flydende heliums temperatur, forkøles til flydende nitrogens temperatur).

32. I VEPP-4M-ringen

33. Tunnelen til VEPP-5-ringen er måske den største struktur af denne type ved BINP i dag. Dens størrelse er sådan, at en bus kunne køre hertil. Ringen blev aldrig bygget på grund af manglende midler.

34. Fragment af forinjektoren - VEPP-3-kanalen i VEPP-5-tunnelen.

35. Disse er stativer for de magnetiske elementer i Forinjector bypass-kanalen - VEPP2000 (kanalerne er stadig under opbygning i dag).

36. Rum til LINAC (lineær accelerator) på VEPP-5 forinjektor

37. Denne og den næste ramme viser forinjektorens magnetiske elementer

39. Lineær accelerator af Forinjector VEPP-5. Den vagthavende på komplekset og den ansvarlige for besøgende venter på, at fotograferingen er slut

40. Forinjektorkølerlager, hvor elektroner og positroner fra LINAC kommer ind for yderligere acceleration og ændring af nogle stråleparametre.

41. Elementer i opbevaringskølerens magnetiske system. Quadrupole linse i dette tilfælde.

42. Mange gæster på vores institut tror fejlagtigt, at den 13. bygning, hvor VEPP3, 4, 5 acceleratorerne er placeret, er meget lille. Kun to etager. Og de tager fejl. Dette er vejen ned til etagerne placeret under jorden (det er nemmere at udføre radbeskyttelse på denne måde)

43. To hovedinstallationer af plasmafysik - GOL-3 (på billedet taget fra niveauet af bygningens kranbjælke) og GDL (vil være nedenfor)

44. Generatorer GOL-3 (korrugeret åben fælde)

45. Fragment af GOL-3 acceleratorstrukturen, den såkaldte spejlcelle.

Hvorfor har vi brug for en accelerator på plasma? Det er enkelt - i opgaven med at opnå termonuklear energi er der to hovedproblemer: at begrænse plasmaet i magnetiske felter med en vanskelig struktur (plasma er en sky af ladede partikler, der stræber efter at skubbe fra hinanden og sprede sig i forskellige retninger) og dets hurtige opvarmning til termonukleare temperaturer (forestil dig - du er en tekande før Du opvarmer 100 grader i flere minutter, men her skal du bruge mikrosekunder til millioner af grader). BINP forsøgte at løse begge problemer ved hjælp af acceleratorteknologier. Resultat? På moderne TOKAMAK'er er plasmatrykket til det felttryk, der kan holdes, maksimalt 10%, ved BINP i åbne fælder - op til 60%. Hvad betyder det? At det i TOKAMAK er umuligt at udføre deuterium + deuterium-syntese-reaktionen, kan der kun bruges meget dyrt tritium. I en installation af GOL-typen ville det være muligt at nøjes med deuterium.

46. Det skal siges, at GOL-3 ligner noget, der er skabt enten i en fjern fremtid eller blot bragt af aliens. Normalt gør det et fuldstændig futuristisk indtryk på alle besøgende.

Lad os nu gå videre til en anden plasmainstallation på BINP - GDT (gasdynamisk fælde). Helt fra begyndelsen var denne plasmafælde ikke fokuseret på den termonukleære reaktion, den blev bygget til at studere plasmas adfærd.

50. GDL er en ret lille installation, så den passer helt ind i én ramme.

Plasmafysikere har også deres egne drømme, de ønsker at skabe en ny installation - GDML (m - multi-mirror), dens udvikling begyndte i 2010, men ingen ved, hvornår den ender. Krisen påvirker os på den væsentligste måde - højteknologiske industrier er de første, der bliver skåret ned, og med dem vores ordrer. Hvis der er midler til rådighed, kan installationen oprettes om 4-6 år.

55. I VEPP-3-ringen

56. Dette er et fugleperspektiv af VEPP-4-komplekset, eller mere præcist, tredje sal i "mezzaninen". Lige under er betonblokke af radarbeskyttelse, under dem er POSITRON og VEPP-3, så er der et blåligt rum - kompleksets kontrolrum, hvorfra komplekset og eksperimentet styres.

57. "Chief" for VEPP-3, en af de ældste acceleratorfysikere ved BINP og landet - Svyatoslav Igorevich Mishnev

62. BINP-produktion, et af værkstederne. Udstyret er for det meste forældet, moderne maskiner er placeret i værksteder, som vi ikke har været på, placeret i Chemy (der er sådan et sted i Novosibirsk, ved siden af det såkaldte Research Institute of Systems). Dette værksted har også CNC-maskiner, de var bare ikke inkluderet i billedet (dette er et svar på nogle kommentarer på blogs.)

63. Den forundrede person, der er ansvarlig for det elektriske udstyr i VEPP-4M-komplekset, Alexander Ivanovich Zhmaka.

64. Dette ildevarslende skud blev filmet ganske enkelt i en af instituttets bygninger, i den samme, hvor VEPP-3, VEPP-4 og VEPP-5 forinjektoren er placeret. Og det betyder simpelthen, at speederen virker og udgør en vis fare.

67. Verdens første kollider, bygget i 1963 for at studere mulighederne for at bruge dem i eksperimenter i partikelfysik. VEP-1 er den eneste kolliderer i historien, hvor stråler cirkulerede og kolliderede i et lodret plan.

68. Underjordiske gange mellem instituttets bygninger

Tak til Elena Elk for at organisere fotograferingen og detaljerede historier om installationerne.

6. juni 2016

60 skud | 12.02.2016

I februar, som en del af videnskabens dage i Novosibirsk Akademgorodok, tog jeg på udflugt til Instituttet for Kernefysik. Kilometer af underjordiske passager, partikelacceleratorer, lasere, plasmageneratorer og andre videnskabelige vidundere i denne rapport.

Institut for Kernefysik opkaldt efter. G.I. Budkera (BINP SB RAS) er det største akademiske institut i landet, et af verdens førende centre inden for højenergi- og acceleratorfysik, plasmafysik og kontrolleret termonuklear fusion. Instituttet udfører store eksperimenter i partikelfysik, udvikler moderne acceleratorer, intense kilder til synkrotronstråling og frie elektronlasere. På de fleste af sine områder er instituttet det eneste i Rusland.

De første enheder, som en besøgende møder lige i instituttets korridor, er en resonator og en bøjemagnet med VEPP-2M. I dag er de museumsudstillinger.
Sådan ser resonatoren ud. Grundlæggende er det en partikelaccelerator.

Installationen med kolliderende elektron-positronstråler VEPP-2M begyndte at fungere i 1974. Indtil 1990 blev det moderniseret flere gange, injektionsdelen blev forbedret og nye detektorer blev installeret til at udføre højenergifysiske eksperimenter.

En roterende magnet, der afbøjer en stråle af elementære partikler til at passere langs en ring.

VEPP-2M er en af de første kollidere i verden. Forfatteren til den innovative idé om at kollidere kolliderende stråler af elementære partikler var den første direktør for Institut for Nuklear Fysik i SB RAS - G. I. Budker. Denne idé blev en revolution inden for højenergifysik og tillod eksperimenter at nå et fundamentalt nyt niveau. Nu bruges dette princip over hele verden, også ved Large Hadron Collider.

Den næste installation er VEPP-2000 acceleratorkomplekset.

VEPP-2000-kollideren er en moderne installation med kolliderende elektron-positron-stråler, bygget ved BINP SB RAS i begyndelsen af 2000'erne i stedet for VEPP-2M-ringen, som med succes afsluttede sit fysiske program. Den nye lagerring har et bredere energiområde fra 160 til 1000 MeV i strålen, og en størrelsesorden højere lysstyrke, det vil sige antallet af interessante hændelser per tidsenhed.

Høj lysstyrke opnås ved hjælp af det originale koncept med runde kolliderende stråler, først foreslået på BINP SB RAS og anvendt på VEPP-2000. KMD-3 og SND detektorer er placeret ved bjælkernes mødesteder. De registrerer forskellige processer, der opstår under udslettelse af en elektron med dens antipartikel - en positron, såsom fødslen af lette mesoner eller nukleon-antinukleon-par.

Oprettelsen af VEPP-2000 ved hjælp af en række avancerede løsninger i det magnetiske system og strålediagnosesystemet i 2012 blev tildelt den prestigefyldte pris inden for acceleratorfysik. Wexler.

Kontrolrum VEPP-2000. Installationen styres herfra.

Ud over computerudstyr bruges sådanne instrumentskabe også til at overvåge og kontrollere installationen.

Alt er tydeligt synligt her, med pærer.

Efter at have gået mindst en kilometer gennem instituttets korridorer, ankom vi til synkrotronstrålingsstationen.

Synkrotronstråling (SR) opstår, når højenergielektroner bevæger sig i et magnetfelt i acceleratorer.

Stråling har en række unikke egenskaber og kan bruges til forskning i stof og til teknologiske formål.

Egenskaberne af SR er tydeligst manifesteret i røntgenområdet af spektret - kilder til SR er de lyseste kilder til røntgenstråling.

Udover ren videnskabelig forskning bruges SI også til anvendte problemstillinger. For eksempel udvikling af nye elektrodematerialer til lithium-ion-batterier til elektriske køretøjer eller nye sprængstoffer.

I Rusland er der to centre til brug af SR - Kurchatov SR Source (KISS) og Siberian Center for Synchrotron and Terahertz Radiation (SCST) fra Institut for Nuklear Fysik SB RAS. Det Siberiske Center bruger SR-stråler fra VEPP-3-lagerringen og fra VEPP-4 elektron-positron-kollideren.

Dette gule kammer er "Eksplosion"-stationen. Den studerer detonation af sprængstoffer.

Centret har en udviklet instrumenteringsbase til prøveforberedelse og relateret forskning.Centret beskæftiger omkring 50 videnskabelige grupper fra institutter i Siberian Scientific Center og fra sibiriske universiteter.

Installationen er meget tæt belastet med eksperimenter. Arbejdet stopper ikke her selv om natten.

Vi flytter til en anden bygning. Et værelse med en jerndør og skiltet "Gå ikke ind i stråling" - dette er vores sted.

Her er en prototype på en acceleratorkilde af epitermiske neutroner, der er egnet til den udbredte introduktion af borneutronindfangningsterapi (BNCT) i klinisk praksis. Kort sagt, denne enhed er til at bekæmpe kræft.

En borholdig opløsning sprøjtes ind i det menneskelige blod, og bor akkumuleres i kræftceller. Derefter bestråles tumoren med en strøm af epitermiske neutroner, borkerner absorberer neutronerne, og der opstår nukleare reaktioner med høj energifrigivelse, hvorved de syge celler dør.

BNCT-teknikken er blevet testet i atomreaktorer, der har været brugt som en kilde til neutroner, men det er vanskeligt at indføre BNCT i klinisk praksis i dem. Ladede partikelacceleratorer er mere egnede til disse formål, fordi de er kompakte, sikre og giver bedre kvalitet af neutronstrålen.

Nedenfor er nogle flere billeder fra dette laboratorium.

Man får det fuldstændige indtryk, at han er kommet ind på værkstedet på en stor fabrik som .

Her udvikles og fremstilles komplekst og unikt videnskabeligt udstyr.

Separat skal det bemærkes instituttets underjordiske passager. Jeg ved ikke præcis, hvor lang deres samlede længde er, men jeg tror, at et par metrostationer sagtens kunne passe her. Det er meget nemt for en uvidende person at fare vild i dem, men medarbejderne kan komme fra dem til næsten ethvert sted i en enorm institution.

Nå, vi endte ved installationen "Corrugated Trap" (GOL-3). Det tilhører klassen af åbne fælder til indeslutning af subtermonukleært plasma i et eksternt magnetfelt.Plasmaopvarmning ved installationen udføres ved indsprøjtning af relativistiske elektronstråler i et tidligere skabt deuteriumplasma.

GOL-3 installationen består af tre dele: U-2 acceleratoren, hovedmagneten og outputenheden. U-2 trækker elektroner fra den eksplosive emissionskatode og accelererer dem i en stripdiode til en energi i størrelsesordenen 1 MeV. Den skabte kraftige relativistiske stråle komprimeres og sprøjtes ind i hovedsolenoiden, hvor der opstår et højt niveau af mikroturbulens i deuteriumplasmaet, og strålen mister op til 40 % af sin energi og overfører den til plasmaelektroner.

I bunden af enheden er hovedmagneten og udgangsenheden.

Og på toppen er U-2 elektronstrålegeneratoren.

Anlægget udfører eksperimenter om fysik af plasma indeslutning i åbne magnetiske systemer, fysik af kollektiv vekselvirkning af elektronstråler med plasma, vekselvirkning af kraftige plasmastrømme med materialer, samt udvikling af plasmateknologier til videnskabelig forskning.

Ideen om multi-spejl plasma indeslutning blev foreslået i 1971 af G. I. Budker, V. V. Mirnov og D. D. Ryutov. En multi-spejlfælde er et sæt forbundne spejlceller, der danner et korrugeret magnetfelt.

I et sådant system er ladede partikler opdelt i to grupper: dem, der fanges i enkelte spejlceller, og dem, der er i transit, fanget i tabskeglen i en enkelt spejlcelle.

Installationen er stor, og det er naturligvis kun de videnskabsmænd, der arbejder her, der kender til alle dens komponenter og dele.

Laser installation GOS-1001.

Spejlet, der er inkluderet i installationen, har en refleksionskoefficient tæt på 100%. Ellers vil den varme op og briste.

Den sidste på udflugten, men måske den mest imponerende, var Gas Dynamic Trap (GDT). For mig, en person langt fra videnskab, mindede det mig om en slags rumskib i en samlebutik.

GDL-installationen, der blev oprettet ved Novosibirsk Institute of Nuclear Physics i 1986, tilhører klassen af åbne fælder og tjener til at indeholde plasma i et magnetfelt. Eksperimenter om emnet kontrolleret termonuklear fusion (CTF) udføres her.

Et vigtigt problem ved CTS baseret på åbne fælder er termisk isolering af plasma fra endevæggen. Faktum er, at i åbne fælder, i modsætning til lukkede systemer som en tokamak eller stellarator, strømmer plasma ud af fælden og kommer ind i plasmamodtagerne. I dette tilfælde kan kolde elektroner, der udsendes under påvirkning af en plasmastrøm fra overfladen af plasmamodtageren, trænge tilbage i fælden og i høj grad afkøle plasmaet.

I eksperimenter til undersøgelse af den langsgående indeslutning af plasma ved GDT-installationen, blev det eksperimentelt vist, at det ekspanderende magnetfelt bag stikket foran plasmaopsamleren i endeekspandertankene forhindrer indtrængning af kolde elektroner i fælden og effektivt termisk isolerer plasmaet fra endevæggen.

Som en del af GDT-forsøgsprogrammet udføres der konstant arbejde for at øge plasmastabiliteten, reducere og undertrykke longitudinelle tab af plasma og energi fra fælden, studere plasmas adfærd under forskellige driftsforhold i anlægget og øge temperaturen af målplasmaet og tætheden af hurtige partikler. GDL-installationen er udstyret med de mest moderne plasmadiagnoseværktøjer. De fleste af dem blev udviklet på BINP og leveres endda i henhold til kontrakter til andre plasmalaboratorier, herunder udenlandske.

Lasere er overalt på Nuclear Physics Institute og også her.

Dette var udflugten.

Jeg vil gerne udtrykke min taknemmelighed til Council of Young Scientists i BINP SB RAS for at organisere udflugten og til alle BINP-medarbejdere, som viste og fortalte os, hvad og hvordan instituttet har det i øjeblikket. Jeg vil gerne udtrykke en særlig taknemmelighed til Alla Skovorodina, PR-specialist ved Institute of Nuclear Physics SB RAS, som deltog direkte i arbejdet med teksten til denne rapport. Også tak til min ven Ivan

Forskere fra Institute of Nuclear Physics opkaldt efter. G.I. Budker SB RAS arbejder sammen med deres russiske og udenlandske kolleger på skabelsen af verdens første termonukleare reaktor ITER, som vil være et stort skridt mod fremtidens termonukleare energi. Hovedelementet i ITER er en tokamak, en lukket magnetisk installation til indeslutning af plasma. I dag er BINP ved at udvikle et nyt format for en alternativ version af magnetiske fælder - åbne installationer. Den nye RESIN skruefælde burde teoretisk set være på niveau med top-end tokamaks med hensyn til plasmaretention. Eksperimenter, der skulle bekræfte forskernes beregninger, begynder i slutningen af 2017.

Forskere begyndte at tænke seriøst over kontrolleret termonuklear fusion efter at have testet den første brintbombe, og den første opgave var at "tæmme" højtemperaturplasma. Med andre ord, for at opnå visse parametre for temperatur, tæthed og retentionstid.

Hvis på Solen plasma holdes af et gravitationsfelt, besluttede de på Jorden at arbejde med et magnetisk: sovjetiske fysikere A.D. Sakharov og I.E. Tamm fremsatte i 1950 ideen om at skabe en termonuklear reaktor baseret på princippet om magnetisk indeslutning og foreslog konceptet med en lukket magnetisk fælde. Sådan så det ud tokamak– et toroidformet kammer med magnetspoler, eller forenklet sagt en "donut" med strøm. Arbejdet med oprettelsen af tokamaks blev ledet af L.A. Artsimovich, leder af det sovjetiske program for kontrolleret termonuklear fusion siden 1951.

Der blev udviklet flere konfigurationer af "lukkede" fælder, men det var på T-3 tokamak ved Moskva Kurchatov Institute, at de første resultater, forbløffende for den tid, blev opnået - plasma med en temperatur på over 10 millioner grader Celsius. Disse resultater blev rapporteret i Novosibirsk ved den internationale konference om kontrolleret termonuklear fusion i 1968, og tokamaks er siden blevet grundlaget for verdens termonukleare program.

Det er dog umuligt at sige, at det var tokamakkerne, der "vandt", så længe der ikke er industrielle termonukleare stationer. I dag forsker og lancerer de aktivt stellatorer, foreslået tilbage i 1951 af amerikaneren L. Spitzer, som også hører til lukkede magnetfælder, såvel som åbne fælder.

Åbne magnetiske plasmafælder er en alternativ løsning. I disse enheder, enkle i geometri, holdes plasmaet i et vist "langsgående" volumen, og forskellige metoder bruges til at forhindre dets lækage langs magnetfeltlinjerne, såsom magnetiske "stik" og specielle ekspandere. Konceptet med en åben magnetisk fælde blev foreslået i 1953 uafhængigt af to videnskabsmænd - G. I. Budker (USSR) og R. Post (USA). Seks år senere blev gyldigheden af denne idé bekræftet i eksperimentet af S. N. Rodionov, en ansat ved Instituttet for Nuklear Fysik i den sibiriske gren af USSR Academy of Sciences, som netop var blevet oprettet i Novosibirsk Academic Town. Siden da har BINP været førende inden for design, konstruktion og eksperimenter med åbne fælder.

Naturligvis er de moderne installationer af Novosibirsk-forskere eksperimentelle, dvs. lille, pulserende. Men teoretisk set er denne type åbne fælder lovende til brug i en industriel termonuklear reaktor, da de har en række potentielle fordele sammenlignet med lukkede: En enklere ingeniørløsning, større effektivitet i at bruge magnetfeltenergi, dvs. højere effektivitet, og mange af disse enheder kan fungere i stationær tilstand.

I dag arbejder en gruppe fysikere fra BINP plasmalaboratorierne på en frisk idé: at bruge et magnetfelt med spiralformet symmetri til at undertrykke langsgående plasmatab fra en åben fælde, hvilket gør det muligt at kontrollere plasmaets rotation. For at teste dette koncept, en eksperimentel opsætning kaldet RESIN ( Spiral magnetisk åben fælde).

En forsker ved BINP SB RAS, Ph.D., talte om, hvad en åben skruefælde er, hvordan den adskiller sig fra dens "forfædre", og hvilke resultater videnskabsmænd forventer af fremtidige eksperimenter. Anton Sudnikov.

"Den globale idé er at tage det næste skridt i at studere plasma indeslutning og forbedre konfigurationen af åbne fælder. Dette kan virke som et skridt til side – for hele verden i dag arbejder med lukkede konfigurationsfælder. Men dette er stadig den samme retning - plasmafysik, og vi ønsker eksperimentelt at bevise fordelene ved åbne former.

I åbne fælder er magnetfeltlinjerne ikke lukkede, og plasmaet holdes i midten. Og for enderne af installationerne, langs elledningerne, kan plasma strømme ud - vores opgave er at reducere denne strømning.

For at reducere tab monteres magnetstik, dvs. dramatisk øge styrken af magnetfeltet i enderne af enheden. I en gasdynamisk GDL-fælde er det på denne måde muligt at indsnævre "halserne" på flasken, som plasmaet flyder fra, men tab kan ikke helt undgås.

I GOL-bølgefælden er der på hver side ikke et magnetisk stik, som i GDL, men flere, afhængigt af konfigurationen (for eksempel i den allerede adskilte GOL-3 var der omkring 50 stik, og i GOL- NB under opførelse var der 14 i hver ende), på grund af hvilke plasmaet ikke bare strømmer gennem et glat rør, men som det var gnider mod korrugeringen af magnetfeltet. På grund af friktionskraften er flowhastigheden lavere end supersonisk, hvilket betyder, at der vil være færre tab. Da afstanden mellem propperne er stift specificeret, kan de ikke laves uendeligt tæt, men længden af disse multi-spejlsektioner kan øges, hvilket forbedrer plasmaindeslutningsparametrene.

For at reducere plasmaudstrømning bør sådanne multispejlsektioner bogstaveligt talt flyttes mod midten. I dette tilfælde vil selve plasmaet "stå", og magnetiske stik vil "flyve" langs det, hvilket skaber en friktionskraft og trækker sagen med sig. Ideen om at flytte stik opstod samtidig med ideen om selve en multi-korkfælde. Men på det tidspunkt blev opgaven anset for umulig og urentabel, fordi for at skabe sådan et løbefelt var der brug for utrolig kraft.

Ideen om at bedrage stof, at skabe en sådan konfiguration af et stationært magnetfelt, så plasmaet "ser ud", som om det bevæger sig mod midten, opstod i slutningen af 2012. Som det er kendt, roterer plasma i en åben fælde altid, og der er problemer, når det målrettet skal roteres. Spørgsmålet er bare, om denne rotation kan bruges til noget andet.

Idéen var at skabe et magnetfelt i form af en skrue. Forestil dig en kødhakkerskrue, der roterer det hakkede kød i den ønskede retning. I vores tilfælde, på en lignende måde, skabes et skruegevind af feltet på begge sider af det centrale rum med plasma, men samtidig er det anderledes - med en højre og venstre skrue. På den ene side trækker magnetfeltet plasmaet til venstre, på den anden side - til højre. Så begge disse endesektioner pumper plasmaet tilbage. Selvfølgelig er det umuligt helt at slippe af med tab i dette tilfælde - når plasmastrømmen svækkes, kolliderer partiklerne ikke engang med hinanden. Men hvis det lykkedes os at gøre flowet så sjældent, betyder det, at vi har vundet med en størrelsesorden, eller endda to, hvad angår retentionsparametre.

Dette koncept gør det muligt at skabe en facilitet, hvis egenskaber kan sammenlignes med nuværende tokamaks i topklasse. Den eneste vanskelighed er, at denne idé stadig er teoretisk. Men allerede i efteråret 2017 afslutter vi monteringen af RESIN-installationen og en ny fase begynder - eksperimentel.

Til vores unikke eksperiment skal der ikke meget til: Et magnetisk skruestik, en knude, hvor plasmaet skabes, og dets modtager, samt en ekspander, der trækker stoffet ind i magnetfeltet. Vi arbejder i øjeblikket på at skabe en plasmakilde med strengt definerede karakteristika, så vores teoretiske beregninger kan bekræftes ved forsøg.

Hvis det kan bevises, at skrueformen på en åben magnetfælde på trods af de tekniske vanskeligheder giver en betydelig gevinst, så vil vores skruesektioner blive indbygget i næste generations enheder, som er på BINP. Vi kan allerede se den vej, vi ønsker at gå, køreplanen for vores arbejde, såvel som de praktiske anvendelser af vores teknologi.

Skruefælder kan bruges som neutronkilder til at studere adfærden af materialer i kontakt med plasma, for at skabe subkritiske (ikke i stand til selvstændigt at opretholde en atomreaktion) reaktorer, men primært til konstruktion af "konventionelle" atomkraftværker. Nogle konfigurationer af spiralformede fælder øger plasmastrømningshastigheder op til 100 km/sek., hvilket er en nødvendig betingelse for rumfartøjsmotorer, der transporterer satellitter fra geosynkron bane til for eksempel Månens kredsløb.

Efter en eller to generationer af åbne fælder vil det være muligt at tale om skabelsen af fuldgyldige reaktorer, der desuden opererer på tritiumfri brændstoffer, for eksempel ved hjælp af deuterium-deuterium-fusionsreaktionen. Tokamaks arbejder med deuterium-tritium-reaktionen, som skaber et alvorligt problem med radioaktiv neutronflux. Det er grunden til, at der i ITER-projektet lægges så stor vægt på at skabe ultrastærke materialer og kraftfuld biobeskyttelse. Fusionsreaktionen af to deuteriumatomer producerer færre neutroner, hvormed energi går tabt og ledsages af mindre radioaktivitet.

Fordelen ved den termonukleære deuterium-tritium-fusionsreaktion er, at menneskeheden allerede producerer plasma med dens hjælp. For at muliggøre en anden, mere energetisk gunstig reaktion, kræves der meget højere temperaturer, tætheder og plasmaindeslutningstider, men sådanne teknologier er endnu ikke blevet skabt.

Det er dog heller ikke værd at tale om neutronfrie reaktorer som en fjern fremtid. I en åben fælde med forbedret plasmaindeslutning er det teoretisk muligt at opnå de parametre, der er nødvendige for deuterium-deuterium-reaktionen, mens det er eksperimentelt bevist, at der er alvorlige begrænsninger for dette hos tokamaks.

Vores model mangler naturligvis stadig at blive testet, optimeret, og der kræves en del udviklingsarbejde. Men det er allerede klart, at dette er begyndelsen på en interessant videnskabelig historie, i slutningen af hvilken vi forventer resultater, der kan vise sig at være meget vigtige for fremtidens termonukleare energi."

Udarbejdet af Tatyana Morozova, redaktør L. Ovchinnikova

Arbejdet blev støttet af Russian Science Foundation-bevilling 14-50-00080 "Udvikling af forsknings- og teknologipotentialet ved Institut for Nuklear Fysik SB RAS inden for acceleratorfysik, elementær partikelfysik og kontrolleret termonuklear fusion for videnskab og samfund"