nimelise Tuumafüüsika Instituudi teadlased. G.I Budker SB RAS töötab koos Venemaa ja välismaiste kolleegidega maailma esimese termotuumareaktori ITER loomise kallal, mis on suur samm tuleviku termotuumaenergia suunas. ITERi põhielement on tokamak, suletud magnetseade plasma piiramiseks. Täna töötab BINP välja uut vormingut magnetpüüniste alternatiivse versiooni jaoks - avatud tüüpi installatsioonid. Uus RESIN-i kruvilõks peaks teoreetiliselt olema plasmapeetuse poolest võrdne tipptasemel tokamakidega. Eksperimendid, mis peaksid teadlaste arvutusi kinnitama, algavad 2017. aasta lõpus.
Teadlased hakkasid kontrollitud termotuumasünteesi peale tõsiselt mõtlema pärast esimese vesinikupommi katsetamist ja esimeseks ülesandeks oli kõrge temperatuuriga plasma "taltsutamine". Teisisõnu, teatud temperatuuri, tiheduse ja peetumisaja parameetrite saavutamiseks.
Kui Päikesel hoiab plasmat gravitatsiooniväli, siis Maal otsustasid nad töötada magnetväljaga: Nõukogude füüsikud A.D. Sahharov ja I.E. Tamm esitas 1950. aastal idee luua termotuumareaktor, mis põhineks magnetiliselt ja pakkus välja suletud magnetlõksu kontseptsiooni. Nii see ilmus tokamak– magnetpoolidega toroidkamber või lihtsamalt öeldes vooluga “sõõrik”. Tokamakide loomise tööd juhtis L.A. Artsimovitš, nõukogude juhitava termotuumasünteesi programmi juht alates 1951. aastast.
Töötati välja mitu “suletud” püüniste konfiguratsiooni, kuid just Moskva Kurtšatovi Instituudi T-3 tokamakil saadi esimesed tolle aja kohta vapustavad tulemused - plasma, mille temperatuur oli üle 10 miljoni kraadi Celsiuse järgi. Nendest tulemustest teatati Novosibirskis 1968. aastal toimunud rahvusvahelisel kontrollitud termotuumasünteesi konverentsil ja sellest ajast alates on tokamakid saanud maailma termotuumaprogrammi aluseks.
Siiski ei saa öelda, et just tokamakid “võitsid”, seni kuni pole tööstuslikke termotuumajaamu. Täna tegelevad nad aktiivselt uurimistööga ja käivitavad stellaatorid, mille pakkus välja juba 1951. aastal ameeriklane L. Spitzer, mis kuuluvad samuti suletud magnetpüüniste hulka, aga ka avatud tüüpi püünistesse.
Alternatiivne lahendus on avatud magnetilised plasmapüüdjad. Nendes lihtsa geomeetriaga seadmetes hoitakse plasmat teatud "pikisuunalises" mahus ja selle lekkimise vältimiseks mööda magnetvälja jooni kasutatakse erinevaid meetodeid, nagu magneti "pistikud" ja spetsiaalsed laiendajad. Avatud magnetlõksu kontseptsiooni pakkusid 1953. aastal iseseisvalt välja kaks teadlast – G. I. Budker (NSVL) ja R. Post (USA). Kuus aastat hiljem leidis selle idee paikapidavust kinnitust äsja Novosibirski akadeemilises linnas loodud NSV Liidu Teaduste Akadeemia Siberi filiaali tuumafüüsika instituudi töötaja S. N. Rodionovi katse. Sellest ajast alates on BINP olnud avatud püüniste projekteerimise, ehitamise ja katsetamise liider.
Muidugi on Novosibirski teadlaste kaasaegsed installatsioonid eksperimentaalsed, s.t. väike, pulss. Kuid teoreetiliselt on seda tüüpi avatud lõksud tööstuslikus termotuumareaktoris kasutamiseks paljulubavad, kuna neil on suletud reaktoriga võrreldes mitmeid potentsiaalseid eeliseid: lihtsam insenertehniline lahendus, suurem magnetvälja energia kasutamise efektiivsus, s.t. suurem efektiivsus ja paljud neist seadmetest võivad töötada statsionaarses režiimis.
Täna töötab grupp BINP plasmalaborite füüsikuid värske idee kallal: kasutada spiraalse sümmeetriaga magnetvälja, et suruda maha lahtisest lõksust tekkivad pikisuunalised plasmakadud, mis võimaldab kontrollida plasma pöörlemist. Selle kontseptsiooni testimiseks kasutati eksperimentaalset seadistust nimega RESIN ( Spiraalne magnetiline avatud lõks).
BINP SB RASi teadur, Ph.D., rääkis sellest, mis on avatud kruvilõks, kuidas see erineb oma "eellastest" ja milliseid tulemusi teadlased tulevastelt katsetelt ootavad. Anton Sudnikov.
„Ülemaailmne idee on astuda järgmine samm plasmasulgumise uurimisel ja avatud püüniste konfiguratsiooni parandamisel. See võib tunduda sammuna – sest kogu maailm töötab tänapäeval suletud konfiguratsioonilõksudega. Kuid see on ikkagi sama suund - plasmafüüsika ja me tahame eksperimentaalselt tõestada avatud vormide eeliseid.
Avatud püünistes ei ole magnetvälja jooned suletud ja plasma hoitakse keskel. Ja paigaldiste otstes piki elektriliine võib plasma välja voolata - meie ülesanne on seda voolu vähendada.
Kadude vähendamiseks paigaldatakse magnetpistikud, s.o. suurendage oluliselt magnetvälja tugevust seadme otstes. Gaasi dünaamilises GDL-lõksus on sel viisil võimalik pudeli “kaelu”, millest plasma voolab, oluliselt kitsendada, kuid kadusid ei saa täielikult vältida.
GOL-i gofreeritud lõksus pole mõlemal küljel mitte üks magnetpistik, nagu GDL-is, vaid mitu, sõltuvalt konfiguratsioonist (näiteks juba lahtivõetud GOL-3-s oli umbes 50 pistikut ja GOL- NB ehitusjärgus oli mõlemas otsas 14) , mille tõttu plasma ei voola lihtsalt läbi sileda toru, vaid justkui hõõrub vastu magnetvälja lainetust. Hõõrdejõu tõttu on voolukiirus väiksem kui ülehelikiirusel, mis tähendab, et kadusid on vähem. Kuna pistikute vaheline kaugus on jäigalt määratletud, ei saa neid lõputult tihedaks muuta, kuid nende mitme peegli sektsioonide pikkust saab suurendada, mis parandab plasma sulgemise parameetreid.
Plasma väljavoolu vähendamiseks tuleks selliseid mitme peegli sektsioone sõna otseses mõttes nihutada keskpunkti poole. Sel juhul plasma ise "seisab" ja magnetpistikud "lendavad" mööda seda, tekitades hõõrdejõu ja tõmmates ainet endaga kaasa. Pistikute liigutamise idee tekkis samaaegselt mitme korgilõksu enda ideega. Kuid tol ajal peeti ülesannet võimatuks ja kahjutuks, sest sellise jooksuväljaku loomiseks oli vaja uskumatut jõudu.
Mõte mateeriat petta, luua selline statsionaarse magnetvälja konfiguratsioon, et plasma “näib”, et see liigub tsentri poole, tekkis 2012. aasta lõpus. Teatavasti pöörleb avatud lõksus plasma alati, ja probleeme on siis, kui seda on vaja sihipäraselt pöörata. Küsimus on ainult selles, kas seda pöörlemist saab millekski muuks kasutada.
Idee oli luua kruvi kujul magnetväli. Kujutage ette hakklihamasina kruvi, mis pöörab tükeldatud liha soovitud suunas. Meie puhul luuakse sarnasel viisil välja kruvikeere mõlemale poole kesksektsiooni plasmaga, kuid samal ajal on see erinev - parema ja vasaku kruviga. Ühelt poolt tõmbab magnetväli plasmat vasakule, teiselt poolt paremale. Nii et mõlemad otsasektsioonid pumpavad plasmat tagasi. Loomulikult on sellisel juhul võimatu kadudest täielikult vabaneda - kui plasmavool nõrgeneb, ei põrka osakesed isegi üksteisega kokku. Aga kui meil õnnestus voog nii haruldaseks muuta, tähendab see, et oleme võitnud suurusjärgu või isegi kahega, kui arvestada kinnipidamisparameetritega.
See kontseptsioon võimaldab luua rajatise, mille omadused on võrreldavad praeguste tipptasemel tokamakidega. Ainus raskus seisneb selles, et see idee on endiselt teoreetiline. Kuid juba 2017. aasta sügisel lõpetame RESIN paigalduse kokkupaneku ja algab uus etapp - eksperimentaalne.
Meie ainulaadseks katseks pole palju vaja: ühte kruvi magnetkorki, sõlme, kus plasma luuakse, ja selle vastuvõtjat, samuti ekspanderit, mis tõmbab aine magnetvälja. Töötame praegu rangelt määratletud omadustega plasmaallika loomisega, et meie teoreetilisi arvutusi saaks katsega kinnitada.
Kui suudetakse tõestada, et vaatamata tehnilistele raskustele annab avatud magnetlõksu kruvikujuline vorm olulise kasu, siis ehitatakse meie kruvisektsioonid sisse järgmise põlvkonna seadmetesse, mis on BINP-s. Näeme juba teed, mida tahame käia, oma töö teekaarti ja ka meie tehnoloogia praktilisi rakendusi.
Neutroniallikatena saab kruvilõksu kasutada plasmaga kokkupuutuvate materjalide käitumise uurimiseks, alakriitiliste (sõltumatute tuumareaktsiooni üleval pidada) reaktorite loomiseks, kuid eelkõige „tavaliste“ tuumajaamade ehitamiseks. Mõned spiraalsete püüniste konfiguratsioonid suurendavad plasma voolukiirust kuni 100 km/sek, mis on vajalik tingimus kosmoselaevade mootoritele, mis transpordivad satelliite geosünkroonselt orbiidilt näiteks Kuu orbiidile.
Pärast ühte või kahte põlvkonda avatud lõksu saab rääkida täisväärtuslike reaktorite loomisest, pealegi näiteks triitiumivabade kütustega töötavatest reaktoritest, kasutades näiteks deuteeriumi-deuteeriumi termotuumasünteesi reaktsiooni. Tokamaks töötavad deuteeriumi-triitiumi reaktsiooniga, mis tekitab tõsise radioaktiivse neutronvoo probleemi. Seetõttu pööratakse ITERi projektis nii palju tähelepanu ülitugevate materjalide loomisele ja võimsale biokaitsele. Kahe deuteeriumi aatomi ühinemisreaktsioon tekitab vähem neutroneid, millega kaob energiat, ning sellega kaasneb vähem radioaktiivsust.
Termotuumadeuteeriumi-triitiumi fusioonireaktsiooni eeliseks on see, et inimkond toodab tema abiga juba plasmat. Teise, energeetiliselt soodsama reaktsiooni võimalikuks muutmiseks on vaja palju kõrgemaid temperatuure, tihedusi ja plasma sulgemisaegu, kuid selliseid tehnoloogiaid pole veel loodud.
Samas ei tasu rääkida ka neutronivabadest reaktoritest kui kaugest tulevikust. Täiustatud plasmakinnitusega avatud lõksus on teoreetiliselt võimalik saavutada deuteeriumi-deuteeriumi reaktsiooni jaoks vajalikke parameetreid, samas on eksperimentaalselt tõestatud, et tokamakkide puhul on sellel tõsised piirangud.
Loomulikult vajab meie mudel veel testimist, optimeerimist ja palju arendustööd. Kuid juba praegu on selge, et see on ühe huvitava teadusliku loo algus, mille lõpus ootame tulemusi, mis võivad osutuda tuleviku termotuumaenergia jaoks väga olulisteks.
Koostanud Tatjana Morozova, toimetaja L. Ovtšinnikova
Tööd toetas Venemaa Teadusfondi grant 14-50-00080 “Tuumafüüsika Instituudi SB RAS teadus- ja tehnoloogilise potentsiaali arendamine kiirendifüüsika, elementaarosakeste füüsika ja juhitava termotuumasünteesi valdkonnas teaduse ja ühiskonna jaoks”
6. juuni 2016
60 lasku | 12.02.2016
Veebruaris käisin Novosibirski Akademgorodoki teaduspäevade raames ekskursioonil Tuumafüüsika Instituuti. Selles raportis on kilomeetreid maa-aluseid käike, osakeste kiirendeid, lasereid, plasmageneraatoreid ja muid teaduse imesid.
nime saanud Tuumafüüsika Instituut. G.I. Budkera (BINP SB RAS) on riigi suurim akadeemiline instituut, üks maailma juhtivaid keskusi kõrgenergia- ja kiirendifüüsika, plasmafüüsika ja juhitava termotuumasünteesi valdkonnas. Instituut viib läbi suuremahulisi osakestefüüsika eksperimente, arendab kaasaegseid kiirendeid, intensiivseid sünkrotronkiirguse allikaid ja vaba elektronlasereid. Enamikul oma aladel on instituut Venemaal ainus.
Esimesed seadmed, mida külastaja otse instituudi koridoris kohtab, on VEPP-2M-ga resonaator ja painutusmagnet. Tänapäeval on need muuseumieksponaadid.
Selline näeb välja resonaator. Põhimõtteliselt on see osakeste kiirendaja.
Põrkuvate elektron-positronkiirtega installatsioon VEPP-2M alustas tööd 1974. aastal. Kuni 1990. aastani moderniseeriti seda mitu korda, täiustati sissepritseosa ja paigaldati uued detektorid suure energiaga füüsikakatsete läbiviimiseks.
Pöörlev magnet, mis suunab elementaarosakeste kiirt mööda rõngast läbimiseks kõrvale.
VEPP-2M on üks esimesi põrkajaid maailmas. Elementaarosakeste põrkuvate kiirte põrgamise uuendusliku idee autor oli SB RAS-i tuumafüüsika instituudi esimene direktor - G. I. Budker. Sellest ideest sai revolutsioon suure energiaga füüsikas ja see võimaldas katsetel jõuda põhimõtteliselt uuele tasemele. Nüüd kasutatakse seda põhimõtet kõikjal maailmas, sealhulgas suures hadronipõrgutis.
Järgmine paigaldus on VEPP-2000 kiirendikompleks.
Põrkur VEPP-2000 on kaasaegne põrkuvate elektron-positronkiirtega installatsioon, mis ehitati BINP SB RAS-is 2000. aastate alguses VEPP-2M rõnga asemel, mis lõpetas edukalt oma füüsilise programmi. Uuel salvestusrõngal on laiem energiavahemik 160–1000 MeV kiires ja suurusjärgu võrra suurem heledus ehk huvitavate sündmuste arv ajaühikus.
Kõrge heledus saavutatakse esialgse ümmarguste põrkuvate talade kontseptsiooni abil, mis esmakordselt pakuti välja BINP SB RAS-is ja rakendati VEPP-2000-s. KMD-3 ja SND detektorid asuvad kiirte kohtumispunktides. Need salvestavad erinevaid protsesse, mis toimuvad elektroni annihilatsioonil selle antiosakesega – positroniga, näiteks kergete mesonite või nukleon-antinukleonpaaride sünd.
VEPP-2000 loomine, kasutades mitmeid magnetsüsteemi ja kiirdiagnostika süsteemi täiustatud lahendusi, pälvis 2012. aastal maineka auhinna kiirendifüüsika valdkonnas. Wexler.
Juhtruum VEPP-2000. Paigaldust juhitakse siit.
Lisaks arvutiseadmetele kasutatakse selliseid instrumendikappe ka paigalduse jälgimiseks ja juhtimiseks.
Siin on kõik hästi näha, lambipirnidega.
Pärast vähemalt kilomeetri pikkust instituudi koridoride kõndimist jõudsime sünkrotronkiirguse jaama.
Sünkrotronkiirgus (SR) tekib siis, kui suure energiaga elektronid liiguvad kiirendites magnetväljas.
Kiirgusel on mitmeid ainulaadseid omadusi ja seda saab kasutada aineuuringuteks ja tehnoloogilistel eesmärkidel.
SR-i omadused avalduvad kõige selgemini spektri röntgenikiirguse vahemikus, kiirendid- SR-i allikad on kõige eredamad röntgenkiirguse allikad.
Lisaks puhtteaduslikule uurimistööle kasutatakse SI-d ka rakenduslike probleemide lahendamiseks. Näiteks elektrisõidukite liitiumioonakude või uute lõhkeainete uute elektroodimaterjalide väljatöötamine.
Venemaal on SR-i kasutamiseks kaks keskust - Kurchatovi SR-i allikas (KISS) ja Tuumafüüsika Instituudi SB RAS Siberi sünkrotroni ja terahertsi kiirguse keskus (SCST). Siberi keskus kasutab SR-kiire VEPP-3 salvestusrõngast ja VEPP-4 elektron-positroni põrkajast.
See kollane kamber on "Plahvatuse" jaam. See uurib lõhkeainete detonatsiooni.
Keskuses on välja töötatud aparatuuribaas proovide ettevalmistamiseks ja sellega seotud uuringuteks.Keskuses töötab umbes 50 teadusrühma Siberi Teaduskeskuse instituutidest ja Siberi ülikoolidest.
Installatsioon on katsetega väga tihedalt koormatud. Töö ei peatu siin isegi öösel.
Kolime teise hoonesse. Rauduksega ruum ja silt “Ära sisene kiirgusse” - see on meie koht.
Siin on prototüüp epitermiliste neutronite kiirendiallikast, mis sobib boori neutronite püüdmise teraapia (BNCT) laialdaseks kasutuselevõtuks kliinilises praktikas. Lihtsamalt öeldes on see seade vähi vastu võitlemiseks.
Boori sisaldav lahus süstitakse inimese verre ja boor koguneb vähirakkudesse. Seejärel kiiritatakse kasvajat epitermiliste neutronite vooluga, boori tuumad neelavad neutronid ja tekivad suure energiavabastusega tuumareaktsioonid, mille tagajärjel haiged rakud surevad.
BNCT tehnikat on katsetatud tuumareaktorites, mida on kasutatud neutronite allikana, kuid BNCT juurutamine nendes kliinilisse praktikasse on keeruline. Laetud osakeste kiirendid on nendel eesmärkidel sobivamad, kuna need on kompaktsed, ohutud ja tagavad parema neutronkiire kvaliteedi.
Allpool on veel mõned pildid sellest laborist.
Jääb täielik mulje, et ta on astunud sellise suure tehase töökotta nagu .
Siin töötatakse välja ja toodetakse keerulisi ja ainulaadseid teadusseadmeid.
Eraldi tuleb märkida instituudi maa-alused käigud. Ma ei tea täpselt, kui pikk nende kogupikkus on, aga arvan, et paar metroojaama võiks siia vabalt ära mahtuda. Teadmatul inimesel on neisse väga lihtne ära eksida, kuid töötajad pääsevad nende juurest hiiglaslikus asutuses peaaegu igasse kohta.
Noh, me sattusime "Gofreeritud lõksu" installatsiooni (GOL-3) juurde. See kuulub avatud lõksude klassi, mis on mõeldud subtermonukleaarse plasma piiramiseks välisesse magnetvälja.Plasma kuumutamine käitises toimub relativistlike elektronkiirte süstimisega eelnevalt loodud deuteeriumiplasmasse.
GOL-3 paigaldus koosneb kolmest osast: U-2 kiirendist, põhisolenoidist ja väljundseadmest. U-2 tõmbab plahvatusohtlikult emissioonikatoodilt elektronid ja kiirendab neid ribadioodis energiani, mis on suurusjärgus 1 MeV. Loodud võimas relativistlik kiir surutakse kokku ja süstitakse põhisolenoidi, kus deuteeriumi plasmas tekib kõrge mikroturbulentsi tase ja kiir kaotab kuni 40% oma energiast, kandes selle üle plasma elektronidesse.
Seadme allosas on peamine solenoid ja väljundsõlm.
Ja üleval on U-2 elektronkiire generaator.
Rajatises tehakse eksperimente avatud magnetsüsteemide plasmasulgumise füüsika, elektronkiirte ja plasma kollektiivse interaktsiooni füüsika, võimsate plasmavoogude koosmõju materjalidega, samuti plasmatehnoloogiate väljatöötamisega teadusuuringute jaoks.
Mitme peegliga plasmakinnituse idee pakkusid 1971. aastal välja G. I. Budker, V. V. Mirnov ja D. D. Ryutov. Mitme peegliga lõks on ühendatud peegelrakkude komplekt, mis moodustavad gofreeritud magnetvälja.
Sellises süsteemis jagatakse laetud osakesed kahte rühma: üksikutesse peegelelementidesse püütud osakesed ja transiidil olevad osakesed, mis on püütud ühe peegelelemendi kadukoonusesse.
Installatsioon on suur ja loomulikult teavad selle kõigist komponentidest ja osadest ainult siin töötavad teadlased.
Laseri paigaldus GOS-1001.
Paigaldusse kuuluva peegli peegelduskoefitsient on ligi 100%. Vastasel juhul see kuumeneb ja puruneb.
Ekskursiooni viimane, kuid võib-olla kõige muljetavaldavam, oli Gas Dynamic Trap (GDT). Mulle, teaduskaugele inimesele, meenutas see mingisugust kosmoselaeva koostetsehhis.
1986. aastal Novosibirski Tuumafüüsika Instituudis loodud GDL installatsioon kuulub avatud lõksude klassi ja on mõeldud plasma hoidmiseks magnetväljas. Siin viiakse läbi katseid kontrollitud termotuumasünteesi (CTF) teemal.
Avatud püünistel põhineva CTS-i oluliseks probleemiks on plasma soojusisolatsioon otsaseinast. Fakt on see, et avatud püünistes, erinevalt suletud süsteemidest, nagu tokamak või stellaraator, voolab plasma lõksust välja ja siseneb plasmavastuvõtjatesse. Sel juhul võivad plasma vastuvõtja pinnalt plasmavoolu toimel eralduvad külmad elektronid tungida tagasi lõksu ja plasmat oluliselt jahutada.
Plasma pikisuunalise piiramise uurimiseks GDT-paigaldises katsetes näidati eksperimentaalselt, et plasmakollektori ees oleva pistiku taga paiknev laienev magnetväli otstes paisupaagis takistab külmade elektronide tungimist lõksu ja isoleerib tõhusalt plasma otsaseinast.
GDT eksperimentaalprogrammi osana tehakse pidevat tööd plasma stabiilsuse suurendamiseks, lõksu plasma ja energia pikisuunaliste kadude vähendamiseks ja mahasurumiseks, plasma käitumise uurimiseks rajatise erinevates töötingimustes ja keha temperatuuri tõstmiseks. sihtplasma ja kiirete osakeste tihedus. GDL installatsioon on varustatud kõige kaasaegsemate plasmadiagnostika tööriistadega. Enamik neist töötati välja BINP-s ja neid tarnitakse isegi lepingute alusel teistele plasmalaboritele, sealhulgas välismaistele laboritele.
Tuumafüüsika instituudis ja ka siin on laserid kõikjal.
See oli ekskursioon.
Tänan BINP SB RASi Noorte Teadlaste Nõukogu ekskursiooni korraldamise eest ja kõiki BINP töötajaid, kes näitasid ja rääkisid, mida ja kuidas instituudil praegu läheb. Tahaksin avaldada erilist tänu Alla Skovorodinale, Tuumafüüsika Instituudi SB RAS avalike suhete spetsialistile, kes osales vahetult käesoleva raporti teksti kallal töötamisel. Tänud ka sõbrale Ivanile
“Kokkuri põhimõte on lihtne – selleks, et mõista, kuidas asi töötab, tuleb see ära lõhkuda. Et teada saada, kuidas elektron töötab, tuleb see ka lõhkuda kiirendatud kolossaalsete energiateni, põrkuvad kokku, hävivad ja muutuvad teisteks osakesteks.
Pärast arvukaid pöördeid, läbikäike ja treppe saab jõuda paneelini, millele on joonistatud põrkurite VEPP-3 (ehitatud 1967-1971) ja VEPP-4M (ehitatud 1979, moderniseeritud 90ndate alguses) rõngad. Goldenbergi sõnul on VEPP-3 ümbermõõt 74 m ja VEPP-4M 360 m „Mida suurem on salvestusseade, seda rohkem energiat see sisse pumbata suudab. See ei tähenda, et üks kiirendi oleks parem ja teine halvem. , lihtsalt saab neile erinevat füüsikat vaadata ja erinevaid katseid teha,” selgitas füüsik. Kokkupõrgete tööd juhitakse juhtimisruumist, külastajaid sinna ei lubata. Töötajate hinnangul juhib kiirendite parameetreid ligikaudu 30 inimest.
Ühes maa-aluses punkris tehakse katseid taladega. Boris Goldenberg teatas, et praegu töötab VEPP-4M juhtseina taga, milles osakesed kirjeldavad staadioni suurusi ringe. Oma silmaga põrkajat muidugi näha ei olnud. “Hoohoidla sisaldab surmavaid doose [kiirgust], seal ei saa olla. Meid kaitseb selle eest meetrikõrgune sein ja koridor, kõik kanalid [sellest] on eemaldatud ja pliiga suletud, kõik see. on kaitstud,” rahustas füüsik.
Rajatisi, millega teadlased punkris töötavad, nimetatakse jaamadeks – igaüks sisaldab katseseadmeid. Põrkuri poolt hajutatud füüsikaosakesi saab kasutada näiliselt kõikjal. Näiteks võimaldab stabiilne kiirgusallikas kalibreerida kosmoseteleskoopide detektoreid. Siin saate "valgustada" tihedat graniiti, et leida selles teemante. Röntgentomograafia ja proovide röntgenmikroskoopia on 50 korda selgemad kui näiteks meditsiiniseadmetel. Teadlaste üks uusimaid arenguid on õrn viis vähi vastu võitlemiseks. Selles katses kiiritatakse nakatunud hiiri pigem võrgukiire kui pideva kiiritusega, et tervet kudet ei kahjustataks.
Tänase päeva kõige pakilisem projekt on töö uue osakeste kiirendi kallal. Nüüd rahastab instituut töid ise ja on 10 aasta jooksul projekti investeerinud umbes 2 miljardit rubla. Instituudi territooriumil on juba valminud veerand kiirendi maa-aluse osa tunnelist, mille ümbermõõt saab olema 800 m. Projekti kogumaksumuseks hindas direktor Pavel Logatšev ligikaudu 34 miljardit rubla. Teadlased oletavad, et see elektron-positroni põrkur suudab avada maailmale "uut füüsikat".
Natalja Gredina
Novosibirskis asuva kokkupõrke käivituskuupäev on teatavaks tehtud
nimelise Tuumafüüsika Instituudi direktor. G.I. Budker SB RAS (INP SB RAS) Pavel Logatšov teatas, millal võib Novosibirskis alata uue põrkuri ehitamine Teadlased viitavad sellele, et see elektron-positroni põrkur – Super Charm-Tau tehase projekt – suudab avada “uue füüsika”. maailm.
Tuumafüüsika Instituut SB RAS tähistab oma 60. aastapäeva
60 aastat tagasi anti sel päeval välja NSV Liidu Ministrite Nõukogu dekreet Novosibirskisse tuumafüüsika instituudi loomise kohta. Tänaseni on see Teaduste Akadeemia osakond üks suuremaid ja edukamaid.
Saksamaa eraldab Novosibirski tuumateadlastele ühiseks teadusarenduseks 30 miljonit eurot
Üheks koostöö näiteks on Hamburgis edukalt arenev röntgenlaseri projekt. See seade, mis aitab ühe valgusvihuga uurida mis tahes aine struktuuri, valmistati Siberi pealinnas.
Üldiselt on INP-st mitmel põhjusel raske lühidalt rääkida. Esiteks sellepärast, et meie Instituut ei mahu tavapärastesse standarditesse. Tegemist ei ole just fundamentaalteaduse kallal töötava akadeemilise instituudiga, sest sellel on oma toodang, mis on üsna sarnane keskpärasele taimele, aga kaasajal - hea taim. Ja selles tehases nad konservidega naelu ei valmista, kuid neil on tehnoloogiad, mida Venemaal lihtsalt pole. Kaasaegsed tehnoloogiad selle sõna kõige täpsemas tähenduses, mitte "80ndate Nõukogude Liidu kaasaegses". Ja see taim on meie oma, mitte selline, kus omanikud on “kusagil väljas” ja me muudkui kogume tooteid hunnikusse.
Nii et see pole mingil juhul akadeemiline instituut.
Aga ka mitte tootmist. Mis toodang see on, kui Instituut peab põhitoodet ikkagi kõige põhimõttelisemaks tulemuseks ja kogu see imeline tehnoloogiline täitmine ja tootmine on vaid viis selle tulemuse saavutamiseks?
Niisiis, see on ikkagi fundamentaalse profiiliga teadusinstituut?
Aga kuidas on sellega, et BINP viib läbi kõige laiemat valikut sünkrotronkiirguse (edaspidi SR) või vabade elektronide laseriga (edaspidi FEL) seotud eksperimente ja need on kümnete meie instituutide eranditult rakenduslikud katsed? Ja muide, neil pole peaaegu ühtegi muud võimalust selliste katsete läbiviimiseks.
Kas see on siis multidistsiplinaarne instituut?
Jah. Ja palju, palju muud...
See lugu võiks alata instituudi ajaloost. Või tänasest. Installatsioonide või inimeste kirjeldustest. Loost Venemaa teaduse seisust või füüsika viimaste päevade saavutustest. Ja ma kõhklesin enne suuna valimist väga kaua, kuni otsustasin kõigest natukene rääkida, siiralt lootes, et kunagi kirjutan rohkem ja postitan selle materjali kuhugi.
Niisiis, INP SB RAS sai nime. G.I.Budkera või lihtsalt Tuumafüüsika Instituut.
Selle asutas 1958. aastal Gersh Itskovich Budker, kelle nimi instituudis oli Andrei Mihhailovitš, jumal teab miks. Ei, muidugi, ta oli juut, juudi nimed ei olnud NSV Liidus teretulnud – see on kõik selge. Kuid ma ei suutnud välja selgitada, miks ütlevad Andrei Mihhailovitš, mitte Nikolai Semenovitš.
Muide, kui kuulete INP-s midagi sellist nagu "Andrei Mihhailovitš ütles...", tähendab see, et Budker ütles.
Ta on instituudi asutaja ja ilmselt, kui mitte tema ja mitte Siber, poleks meil kunagi nii arenenud kiirendifüüsikat olnud. Fakt on see, et Budker töötas Kurtšatovi heaks ja kuulujuttude järgi oli tema jaoks seal lihtsalt kitsas. Ja nad poleks iial lasknud sellel „kiikuda“, nagu juhtus Siberis, kus alles tekkisid uued institutsioonid ja avanesid uued suunad. Ja nad poleks talle selles vanuses Moskvas instituuti kohe andnud. Esiteks oleks nad laborijuhataja koha pealt halvasti välja lasknud, siis asedirektor, üldiselt, näe, oleks endast väljas ja lahkunud.
Budker läks Novosibirskisse ja hakkas sealt kutsuma erinevaid silmapaistvaid ja mitte nii silmapaistvaid füüsikuid. Silmapaistvad füüsikud ei tahtnud pagulusse minna, nii et panus tehti noorele koolile, mis asutati kohe. Koolid olid NSU ning selle NSU füüsika- ja muusikakool. Muide, Akadeemias annavad tahvelarvutid FMS-i autorsuse eranditult Lavrentjevile, kuid selle ajaloo elavad tunnistajad, kes praegu elavad Ameerikas ja avaldavad oma memuaare, väidavad, et kooli autoriks oli Budker, kes “müüs”. idee Lavrentjevile mingiks järjekordseks haldussoodustuseks.
Teatavasti ei saanud kaks suurepärast inimest - Budker ja Lavrentjev omavahel pehmelt öeldes kuigi hästi läbi ja see ei peegeldu siiani mitte ainult Akademgorodoki inimeste suhetes, vaid ka selle ajaloo kirjutamises. Vaadake ükskõik millist Teadlaste Majas (DU) toimuvat akadeemilist näitust ja näete hõlpsalt, et tohutust INP arhiivist pole peaaegu ühtegi fotot ja üldiselt räägitakse meie Teaduste Akadeemia suurimast instituudist vähe ( umbes 3 tuhat töötajat) ja NSO kolmas maksumaksja. Pole väga aus, aga nii see on.
Ühesõnaga võlgneme instituudi, selle saavutuste ja atmosfääri Budkerile. Muide, ja tootmine ka. Kunagi nimetati INP-d riigi kõigist instituutidest kõige kapitalistlikumaks – see võis oma tooteid toota ja müüa. Nüüd nimetatakse seda kõige sotsialistlikumaks - lõppude lõpuks läheb kogu teenitud raha ühisesse potti ja sellest jagatakse palkadeks, lepinguteks ja mis kõige tähtsam - teaduslike eksperimentide läbiviimiseks.
See on väga kallis asi. Detektoriga kiirendi töö muutmine (12 tundi) võib maksta sadu tuhandeid rublasid ja suurema osa sellest rahast (92–75%) teenivad BINP töötajad. BINP on ainus instituut maailmas, mis teenib üksinda raha fundamentaalsete füüsikaliste uuringute jaoks. Muudel juhtudel rahastab selliseid asutusi riik, aga siin - saate aru - kui ootate riigilt abi, ei sure te kauaks.
Kuidas INP raha teenib? Magnetkiirendite süsteemide müük teistesse riikidesse, kes soovivad ise kiirendeid ehitada. Võime uhkusega öelda, et kuulume kindlasti maailma kahe-kolme parima kiirendusrõngaste tootja hulka. Toodame nii vaakumsüsteeme kui ka resonaatoreid. Toodame tööstuslikke kiirendiseadmeid, mis töötavad kümnetes valdkondades väljaspool meie majandust, aidates desinfitseerida meditsiiniseadmeid, teravilja, toiduaineid, puhastada õhku ja heitvett, noh, üldiselt kõike, millele siin keegi tähelepanu ei pööra. BINP toodab näiteks lennujaamades või meditsiiniasutustes inimesi röntgenikiirgust tegevate inimeste jaoks meditsiinilisi kiirendeid ja röntgeniseadmeid. Kui vaatate tähelepanelikult nende skannerite silte, leiate, et need asuvad mitte ainult Novosibirski Tolmachevo lennujaamas, vaid ka pealinnas Domodedovos. BINP teeb kümneid, kui mitte sadu väikeseid tellimusi kõrgtehnoloogiliseks tootmiseks või teaduseks üle kogu maailma. Toodame kiirendeid ja sarnaseid seadmeid USA-le, Jaapanile, Euroopale, Hiinale, Indiale... Ehitasime osa LHC ringist ja olime väga edukad. Venemaa tellimuste osakaal meil on traditsiooniliselt madal ja me ei saa midagi teha - valitsus ei anna raha ja kohalikele võimudele või ettevõtete omanikele lihtsalt ei piisa - tavaliselt ulatub arve miljonite dollariteni. . Peame aga ausalt tunnistama, et meil on ka tavalised Venemaa toetused ja lepingud ning nende üle on ka hea meel, sest Instituudil on alati raha vaja.
3.
Kiirendi fragment, mida praegu toodab BINP Brookhaveni labori (USA) jaoks
Meie keskmine palk on naabrite omast väiksem ja selle jaotus ei tundu alati õiglane, kuid enamik iafiste nõustub sellega, sest nad saavad aru, mille kallal nad töötavad ja miks nad keelduvad palka tõstmast. Iga sellesse kantud protsent tähendab, et on maha arvatud käitiste tööpäevad. See on lihtne.
Jah, mõnikord tuleb need täielikult peatada ja ka selliseid juhtumeid on olnud. Kuid õnneks kestsid need vaid kuus kuud.
INP saab endale lubada juhtida kallite luksusmajade ehitamist, kuni osa kortereid läheb töötajatele, saata need töötajad pikkadele välislähetustele, säilitada riigi üht parimat suusabaasi, kus asub “Vene suusarada” toimub igal aastal (muide, baasi ähvardab nüüd sulgemine järjekordse naeruväärse ehitusprojekti tõttu), peab Burmistrovos (“Razliv”) oma puhkekeskust, üldiselt saab ta endale palju asju lubada. Ja kuigi igal aastal räägitakse, et see on liiga raisk, hoiame ikka vastu.
Aga teadus INP-s?
Teadus on keerulisem. BINP-l on neli peamist teaduslikku suunda:
1. elementaarosakeste füüsika - FEC (st millest koosneb meie maailm väga-väga mikrotasandil)
2. kiirendite füüsika (ehk seadmed, millega saab sellele mikrotasemele (või on tänapäeva moodi järgides parem öelda “nano? :))”
3. plasmafüüsika
4. sünkrotronkiirgusega seotud füüsika.
BINP-s on veel mitmeid valdkondi, eelkõige need, mis on seotud tuuma- ja fototuumafüüsika, meditsiiniliste rakenduste, radiofüüsika ja paljude teiste väiksemate valdkondadega.
4.
Daytoni VEPP-3 paigaldus. Kui teile tundub, et see on täielik juhtmete kaos, siis üldiselt on see asjata. Esiteks on VEPP-3 installatsioon, kus lihtsalt ei ole ruumi ja teiseks toimub pildistamine kaablitrassi kõrvalt (see laotakse peale). Lõpetuseks, kolmandaks, Dayton on üks nendest installatsioonidest, mis mõnikord VEPP-3 struktuuri sisse ehitatakse ja seejärel eemaldatakse, s.t. Siin pole lihtsalt mõtet luua globaalseid süsteeme “korra taastamiseks”.
Meil on kaks pidevalt töötavat kiirendit: VEPP-2000 (sageli ilmuv lühend VEPP tähendab “kokkupõrkeid elektron-positronkiirt”), millel töötavad kaks detektorit - KMD ja SND (krüogeenne magnetdetektor ja sfääriline neutraaldetektor) ning VEPP. -4M KEDR detektoriga. VEPP-4M kompleks sisaldab veel ühte kiirendit - VEPP-3, kus tehakse SR-ga seotud katseid (VEPP-4-l on ka SR, kuid need on uued jaamad, need on alles lapsekingades, kuigi on viimasel ajal aktiivselt arenenud ja üks viimastest kandidaadiväitekirjadest SIshnikilt kaitsti just selles suunas).
5.
6.
SI punker VEPP-3, röntgenfluorestsentselementide analüüsijaam.
Lisaks on meil FEL, mis on otseselt loodud töötama terahertskiirgusega kõigile väljastpoolt tulevatele isikutele, kuna BINP pole selle jaoks veel "otset" eesmärki välja mõelnud. Muide, pärast seda ekskursiooni sai teatavaks, et FEL-i juht Nikolai Aleksandrovitš Vinokurov valiti RAS-i korrespondentliikmeks.
Teeme siin oma esimese peatuse selgituste saamiseks (lugejate näpunäidete põhjal). Mis on FEL ehk vabade elektronide laser? Seda pole väga lihtne seletada, kuid eeldame, et teate, et tavalise laseri puhul toimub kiirgus nii: mingit meetodit kasutades kuumutame (ergastame) aine aatomeid niivõrd, et need hakkavad kiirgama. Ja kuna me valime selle kiirguse erilisel viisil, langedes resonantsi kiirguse energiaga (ja seega ka sagedusega), saame laseri. Nii et FEL-is ei ole kiirgusallikaks aatom, vaid elektronkiir ise. Sellest sunnib mööda minema nn wiggler (undulator), kus palju magneteid sunnib kiirt sinusoidis küljelt küljele “tõmblema”. Samal ajal kiirgab see sama sünkrotronkiirgust, mida saab koguda laserkiirguseks. Muutes voolutugevust vingerdajate magnetites või kiire energiat, saame muuta laseri sagedust laias vahemikus, mis on hetkel muul viisil kättesaamatu.
Venemaal pole muid FEL-seadmeid. Aga USAs on need olemas, sellist laserit ehitatakse ka Saksamaal (Prantsusmaa, Saksamaa ja meie instituudi ühisprojekt, maksumus ületab 1 miljard eurot.) Inglise keeles kõlab selline laser nagu FEL - free electronic laser.
8.
Vaba elektronlaser elektronpüstol
9.
Süsteem FEL-i vesijahutusresonaatorite taseme jälgimiseks
10.
FEL resonaatorid
11.
See ja kaks järgmist kaadrit näitavad FEL-i altpoolt vaadatuna (see on riputatud "laest").
14.
Oleg Aleksandrovitš Ševtšenko sulgeb LSE saali ukse. Pärast seda, kui löögiga radari kaitseukse (paremal on betoonplokk) piirlüliti käivitub, võib laser tööle hakata.
15.
FEL-i juhtimisruum. Laual on prillid kaitseks laserkiirguse eest.
16.
Üks FELi jaamadest. Paremal on näha optilisi aluseid, millel on põlenud paberiga paberitükid (keskel tumedad laigud). See on FEL laserkiirguse jälg
17.
Haruldane löök. Vana kiire ostsilloskoop FEL-i juhtimisruumis. Selliseid ostsilloskoope on BINP-s vähe alles, kuid kui vaatate, leiate need. Lähedal (vasakul) on täiesti moodne digitaalne Tektronix, aga mis seal huvitavat on?
Meil on plasmafüüsika vallas oma suund, mis on seotud plasma sulgemisega (kus peaks toimuma termotuumareaktsioon) avatud lõksudesse. Sellised püünised on saadaval ainult BINP-s ja kuigi need ei võimalda saavutada "termotuuma" põhiülesannet - juhitava termotuumasünteesi loomist, võimaldavad need märkimisväärset edu selle juhitava termotuuma parameetrite uurimisel. sulandumine.
18.
AMBAL-installatsioon on ambipolaarne adiabaatiline lõks, mis praegu ei tööta.
19.
AMBAL
Mida kõigis neis installatsioonides tehakse?
Kui me räägime FEC-st, siis on olukord keeruline. Kõik FCH viimaste aastate saavutused on seotud LHC-tüüpi kiirendus-põrgetitega (ELH-C, nagu kogu maailm seda nimetab, ja LHC - Large Hadron Collider, nagu ainult meie seda nimetame). Need on tohutu energiaga kiirendid - umbes 7 TeV (1 tera- või 7 tuhat gigaelektronvolti). Nendega võrreldes on ligi pool sajandit töötanud VEPP-4 oma 4-5 GeV juures vana mees, kus uuringuid saab teha piiratud ulatuses. Ja veelgi enam VEPP-2000, mille energia on vaid umbes 1 GeV.
Pean siin veidi viivitama ja selgitama, mis on GeV ja miks seda palju on. Kui võtame kaks elektroodi ja rakendame nende peale 1-voldise potentsiaalide erinevuse ja seejärel laseme nende elektroodide vahel laetud osakese, omandab see 1 elektronvoldi energia. Seda eraldab tuttavamast džaulist koguni 19 suurusjärku: 1 eV = 1,6*10 -19 J.
1 GeV energia saamiseks tuleb luua 1 gigavoldine kiirenduspinge üle elektroni lennutrajektoori (giga on miljard volti, 10^9 või 1 000 000 000 volti). LHC energia saamiseks on vaja tekitada 7 teravolttine kiirenduspinge ja sel juhul on vaja kulutada ca 180 MW elektrivõimsust (see on arvestuslik tarbimine). Kujutage ette, mida selleks vaja on. Piisab, kui öelda, et LHC (LHC) toiteallikaks on üks läheduses asuvatest Prantsusmaa tuumaelektrijaamadest.
21.
VEPP-2000 kiirendi on eelmise VEPP-2M kiirendi moderniseerimine. Erinevus eelmisest versioonist on suurem energia (kuni 1 GeV) ja ellu viidud nn ümmarguste talade idee (tavaliselt näeb tala rohkem välja nagu lint kui miski muu). Eelmisel aastal alustas kiirendi tööd pärast pikka rekonstrueerimist.
23.
Juhtruum VEPP-2000.
24.
Juhtruum VEPP-2000. Tabeli kohal on kiirendikompleksi skeem.
25.
Elektron- ja positronivõimendi BEP VEPP-2000 jaoks
Kuidas saab INP sellest valdkonnast kasu? Nende uurimistöö kõrgeim täpsus. Fakt on see, et elu on üles ehitatud nii, et üha kergemad osakesed aitavad kaasa raskemate sündimisele ja mida täpsemalt me teame nende massienergiat, seda paremini teame panust isegi Higgsi bosoni sünnisse. Seda BINP teebki - saab ülitäpseid tulemusi ja uurib erinevaid haruldasi protsesse, mille “püüdmine” nõuab teadlastelt mitte ainult seadet, vaid ka palju kavalust ja osavust. Ühesõnaga, ajudega, mida veel? Ja selles mõttes paistavad kõik kolm BINP-detektorit hästi silma - KMD, SND ja KEDR (sellel pole nime dekodeerimist)
26.
SND on sfääriline neutraaldetektor, mis võimaldab registreerida osakesi, millel pole laengut. Pildil on ta lähedal lõplikule kokkupanekule ja töö alustamisele.
Meie suurim detektor on CEDAR. Hiljuti valmis sellega rida katseid, mis võimaldasid mõõta nn tau leptoni massi, mis on igas mõttes elektroni analoog, ainult palju raskem, ja J/Psi - osakese, esimene osakestest, kus "töötab" suuruselt neljas kvark. Ja ma selgitan uuesti. Teatavasti on kvarke kokku kuus - neil on väga ilusad ja isegi eksootilised nimed, millega neid osakesi nimetatakse (ütleme, et “võlu” või “veidrad” osakesed tähendavad, et need sisaldavad vastavalt võlu ja kummalisi kvarke) :
Kvarkide nimedel pole mingit pistmist erinevate asjade tegelike omadustega – teoreetikute meelevaldne fantaasia. Jutumärkides toodud nimed on aktsepteeritud terminite venekeelsed tõlked. Minu mõte on selles, et “armsat” kvarki ei saa nimetada ilusaks ega ilusaks – terminoloogiline viga. Sellised on keelelised raskused, kuigi t-kvarki nimetatakse sageli lihtsalt tippkvarkiks :)
Niisiis, kõik meile tuttavad osakesed koosnevad kahest kõige kergemast kvargist, mille tõestuseks on kokkupõrgete kiirendite ja detektorite töö. S-kvargi olemasolu tõestamine polnud lihtne, see tähendas mitme hüpoteesi õigsust korraga ning J/psi avastamine oli silmapaistev saavutus, mis näitas kohe kogu elementaarosakeste uurimismeetodi tohutut lubadust. samal ajal avas meile võimaluse uurida protsesse, mis toimusid maailmas Suure Suure Plahvatuse ajal ja mis toimub praegu. “Mustlase” mass pärast KEDR-katset mõõdeti täpsusega, mida ületab vaid elektroni ja neutroniga prootoni masside mõõtmine, s.o. mikromaailma põhiosakesed. See on fantastiline tulemus, mille üle võivad nii detektor kui ka kiirendi veel kaua uhkust tunda.
28.
See on KEDR detektor. Nagu näete, on see nüüd lahti võetud, see on harukordne võimalus näha, kuidas see seestpoolt välja näeb. Süsteeme remonditakse ja moderniseeritakse pärast pikka tööd, mida tavaliselt nimetatakse "eksperimentaalseks sisenemiseks" ja mis kestab tavaliselt mitu aastat.
29.
See on KEDR-i detektor, pealtvaade.
31.
KEDR-detektori krüogeenne süsteem, vedela lämmastikuga mahutid, mida kasutatakse KEDR-detektori ülijuhtiva magneti jahutamiseks (see jahutatakse vedela heeliumi temperatuurini, eeljahutatakse vedela lämmastiku temperatuurini).
32.
VEPP-4M ringis
Kiirendifüüsika vallas on olukord parem. BINP on üks põrkajate loojaid üldiselt, st. Võime end julgelt pidada üheks kahest instituudist, kus see meetod sündis peaaegu üheaegselt (mõnekuulise vahega). Esimest korda kohtasime ainet ja antiainet nii, et nendega oli võimalik katsetada, selle asemel, et vaadelda just seda antiainet kui midagi hämmastavat, millega ei saa töötada. Jätkuvalt pakume välja ja püüame ellu viia maailmas veel leiduvaid kiirendiideid ning meie spetsialistid viibivad mõnikord väliskeskustes valmis neid ellu viima (meie riigis on see kulukas ja aeganõudev). Pakume välja uued "tehaste" kujundused - võimsad kiirendid, mis võivad iga tala pöörde jaoks "sünnitada" tohutul hulgal sündmusi. Ühesõnaga, siin, kiirendifüüsika vallas, võib BINP julgelt väita, et on maailmatasemel instituut, mis pole kõik need aastad oma tähtsust kaotanud.
Ehitame väga vähe uusi installatsioone ja nende valmimine võtab kaua aega. Näiteks VEPP-5 kiirendi, mis oli kavandatud BINP suurimaks, ehitamine võttis nii kaua aega, et see muutus moraalselt vananenud. Pealegi on loodud pihusti nii hea (ja isegi ainulaadne), et oleks vale seda kasutamata jätta. Seda rõnga osa, mida näete täna, ei kavatseta kasutada mitte VEPP-5 jaoks, vaid kanaliteks osakeste ülekandmiseks VEPP-5 forinjektorist VEPP-2000 ja VEPP-4.
33.
VEPP-5 rõnga tunnel on ilmselt suurim seda tüüpi ehitis BINP-s tänapäeval. Selle suurus on selline, et buss võiks siia sõita. Rõngast ei ehitatud rahapuudusel kordagi.
34.
Fragment Forinjector - VEPP-3 kanalist VEPP-5 tunnelis.
35.
Need on Forinjector bypass kanali magnetelementide alused - VEPP2000 (kanalid on täna veel ehitamisel.)
36.
VEPP-5 Foreinjectori LINAC-i (lineaarkiirendi) ruum
37.
See ja järgmine kaader näitavad Foreinjectori magnetilisi elemente
39.
Forinjector VEPP-5 lineaarne kiirendi.
Pildistamise lõppu ootavad kompleksis valvetöötaja ja külastajate eest vastutav isik
40.
Forinjectori jahuti salvestusseade, kuhu sisenevad LINAC-i elektronid ja positronid edasiseks kiirendamiseks ja mõningate kiire parameetrite muutmiseks.
41.
Säilitusjahuti magnetsüsteemi elemendid. Antud juhul neljapoolne objektiiv.
42.
Paljud meie Instituudi külalised arvavad ekslikult, et 13. maja, kus asuvad VEPP 3, 4, 5 kiirendid, on väga väike. Ainult kaks korrust. Ja nad eksivad. See on tee maa all asuvatele korrustele (nii on radikaitsmist lihtsam teha)
Täna plaanib INP luua niinimetatud c-tau (tse-tau) tehast, millest võib saada viimaste aastakümnete suurim fundamentaalfüüsika projekt Venemaal (kui megaprojekti Venemaa valitsus toetab), tulemused jäävad kahtlemata maailma parimate tasemele. Küsimus on, nagu alati, rahas, mida instituut tõenäoliselt üksi teenida ei suuda. Üks asi on säilitada praeguseid rajatisi ja teha väga aeglaselt uusi asju, teine asi on konkureerida uurimislaboritega, mis saavad täielikku toetust oma riikidelt või isegi ühendustelt, nagu EL.
Plasmafüüsika vallas on olukord mõnevõrra keerulisem. Seda suunda pole aastakümneid rahastatud, välismaal on olnud tugev spetsialistide väljavool ja ometi võib meie riigis ka plasmafüüsika leida, millega uhkustada Eelkõige selgus, et plasma turbulents (keerised), mis peaks hävitama selle stabiilsuse, mõnikord vastupidi, aitama hoida seda kindlaksmääratud piirides.
43.
Kaks peamist plasmafüüsika installatsiooni - GOL-3 (pildil, mis on tehtud hoone kraanatala tasemelt) ja GDL (tuleb allpool)
44.
Generaatorid GOL-3 (gofreeritud avatud lõks)
45.
GOL-3 kiirendi struktuuri fragment, nn peegelrakk.
Miks me vajame plasma kiirendit? See on lihtne – termotuumaenergia saamise ülesandes on kaks peamist probleemi: plasma piiramine keerulise struktuuriga magnetväljadesse (plasma on laetud osakeste pilv, mis püüavad üksteisest eemalduda ja laiali eri suundades) ja selle kiire kuumenemine. termotuumatemperatuurini (kujutage ette – olete teekann enne, kui soojendate 100 kraadi juures mitu minutit, aga siin on vaja mikrosekundeid kuni miljoneid kraadi). BINP püüdis mõlemat probleemi lahendada kiirendustehnoloogiate abil. Tulemus? Kaasaegsetel TOKAMAKidel on plasmarõhk kuni väljasurve suhtes, mida saab säilitada, maksimaalselt 10%, BINP-s avatud püünistes - kuni 60%. Mida see tähendab? Et TOKAMAKis on võimatu läbi viia deuteeriumi + deuteeriumi sünteesi reaktsiooni, seal saab kasutada ainult väga kallist triitiumit. GOL-tüüpi installatsioonis oleks võimalik leppida deuteeriumiga.
46.
Peab ütlema, et GOL-3 näeb välja nagu midagi, mis on loodud kas kauges tulevikus või lihtsalt tulnukate poolt. Tavaliselt jätab see kõigile külastajatele täiesti futuristliku mulje.
48.
GOL-3
Liigume nüüd teise plasmapaigaldise juurde BINP-s - GDT (gaasi dünaamiline lõks). See plasmalõks ei olnud algusest peale keskendunud termotuumareaktsioonile, see oli ehitatud plasma käitumise uurimiseks.
50.
GDL on üsna väike seade, nii et see mahub täielikult ühte raami.
Plasmafüüsikutel on ka omad unistused, nad tahavad luua uue installatsiooni - GDML (m - multi-peegel), selle arendamine algas 2010. aastal, noh, keegi ei tea, millal see lõpeb. Kriis mõjutab meid kõige olulisemal viisil – esimesena kärbitakse kõrgtehnoloogilisi tööstusi ja koos nendega ka meie tellimusi. Rahastuse olemasolul saab installatsiooni luua 4-6 aastaga.
SI vallas jääme (ma räägin Venemaast) ausalt öeldes maha kogu planeedi arenenud osast. Maailmas on tohutult palju SR-allikaid, need on paremad ja võimsamad kui meil. Nad teevad tuhandeid, kui mitte sadu tuhandeid töid, mis on seotud kõige uurimisega alates bioloogiliste molekulide käitumisest kuni tahkisfüüsika ja keemia uurimiseni. Tegelikult on see võimas röntgenikiirguse allikas, mida muul viisil ei saa, seega on kõik aine ehituse uurimisega seotud uuringud SI.
Elu on aga selline, et Venemaal on ainult kolm SR-i allikat, millest kaks on siin valmistatud ja ühe aitasime käivitada (üks asub Moskvas, teine Zelenogradis). Ja ainult üks neist töötab pidevalt eksperimentaalses režiimis - see on "vana hea" VEPP-3, mis ehitati tuhat aastat tagasi. Fakt on see, et SR-i jaoks kiirendi ehitamisest ei piisa. Oluline on ka SI-jaamade seadmete ehitamine, kuid see on midagi sellist, mida mujal pole. Seetõttu eelistavad paljud meie lääneregioonide teadlased saata oma esindaja "kõike valmis tegema", selle asemel, et kulutada tohutuid summasid SI-jaamade loomisele ja arendamisele kuskil Moskva piirkonnas.
53.
Injektorisaal VEPP-3 jaoks - POSITRON paigaldus - üks vanimaid seda tüüpi paigaldusi maailmas
54.
Pihusti saal VEPP-3 jaoks - POSITRON paigaldus, vasakul (sinine silinder) - lineaarkiirend (LINAC), paremal - B4 sünkrotron
55.
VEPP-3 ringis
56.
See on linnulennult vaade VEPP-4 kompleksile ehk täpsemalt “mezzanine” kolmandale korrusele. Otse all on radarikaitse betoonplokid, nende all POSITRON ja VEPP-3, siis on sinakas ruum - kompleksi juhtimisruum, kust juhitakse kompleksi ja katset.
57.
VEPP-3 "pealik", üks INP ja riigi vanimaid kiirendifüüsikuid - Svjatoslav Igorevitš Mišnev
INP-s on peaaegu 3000 inimese kohta vaid veidi üle 400 teadustöötaja, sealhulgas kraadiõppurid. Ja te kõik mõistate, et tegemist ei ole masina juures seisva uurimisassistendiga ja uute kiirendusrõngaste jooniseid ei tee ka magistrandid ega tudengid. BINP-s on suur hulk inseneri-tehnilisi töötajaid, kuhu kuulub tohutu projekteerimisosakond, tehnoloogid, elektrikud, raadioinsenerid ja... kümned muud erialad. Meil on suur hulk töölisi (umbes 600 inimest), mehaanikuid, laborante, raadiolaborante ja sadu muid erialasid, millest ma mõnikord isegi ei tea, sest see ei huvita eriti kedagi. Muide, INP on üks neist haruldastest ettevõtetest riigis, mis korraldab igal aastal noorte tööliste - treijate ja freesoperaatorite - konkurssi.
58.
62.
Tootmine Tuumafüüsika Instituudis, üks töökodadest. Seadmed on valdavalt vananenud, moodsad masinad asuvad Keemias asuvates töökodades, kus me pole käinud (selline koht on Novosibirskis, nn süsteemide uurimisinstituudi kõrval). Sellel töökojal on ka CNC-masinad, need lihtsalt ei olnud võttel (see on vastus mõnele blogikommentaarile).
Oleme iafistid, üks organism ja see on meie instituudis peamine. Kuigi on muidugi väga oluline, et füüsikud juhiksid kogu tehnoloogilist protsessi. Nad ei saa alati aru materjalidega töötamise üksikasjadest ja keerukusest, kuid nad teavad, kuidas kõik peaks lõppema, ja peavad meeles, et väike rike kuskil töötaja masinas toob kaasa mitme miljoni dollari suuruse paigalduse kuskil meie riigis või maailmas. Ja seetõttu ei pruugi mõni roheline üliõpilane isegi inseneri selgitustest aru saada, aga kui küsitakse “kas sellega saab nõustuda”, raputab ta eitavalt pead, mäletades täpselt, et tal on meetri põhjal vaja viie mikroni täpsust, vastasel juhul on tema paigaldus on kruvitud. Ja siis on tehnoloogide ja inseneride ülesanne välja mõelda, kuidas tema, kurikael, suudab täita oma mõeldamatuid nõudmisi, mis lähevad vastuollu kõige sellega, mida me tavaliselt teeme. Kuid nad leiutavad ja pakuvad ning investeerivad uskumatult palju intelligentsust ja leidlikkust.
63.
VEPP-4M kompleksi elektriseadmete eest vastutav hämmingus Aleksander Ivanovitš Žmaka.
64.
See kurjakuulutav kaader on filmitud lihtsalt ühes instituudi majas, samas, kus asuvad VEPP-3, VEPP-4 ja VEPP-5 injektor. Ja see tähendab lihtsalt asjaolu, et gaasipedaal töötab ja kujutab endast teatud ohtu.
65.
Ja see tähendab, et meie töö ohutuse eest vastutav teenistus ei maga. Need on erinevat tüüpi individuaalsed kiledosimeetrid.
67.
Maailma esimene põrkur, mis ehitati 1963. aastal, et uurida nende kasutamise võimalusi osakestefüüsika katsetes. VEP-1 on ajaloos ainuke põrkur, milles kiired ringlesid ja põrkasid vertikaaltasandil.
68.
Maa-alused käigud instituudi hoonete vahel
Aitäh Elena Põdrale pildistamise korraldamise ja installatsioonide üksikasjalike lugude eest.
nime saanud Tuumafüüsika Instituut. G.I Budkera SB RAS on instituut, mis loodi 1958. aastal Novosibirski Akadeemilises Aatomienergia Instituudi uute kiirendusmeetodite labori baasil, mida juhib I. V. BINP on Venemaa Teaduste Akadeemia suurim instituut. Instituudi töötajate koguarv on ligikaudu 2900 inimest. Instituudi teadustöötajate hulgas on 5 Venemaa Teaduste Akadeemia täisliiget, 6 Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliiget, umbes 60 teadusdoktorit, 160 teaduskandidaati. BINP on lõpetanud CERNi suure hadronite põrkeseadme jaoks üsna muljetavaldava töö.
Siit see kõik algas: VEP-1 (Counter Electron Beams)
Maailma esimene põrkur, mis ehitati 1963. aastal, et uurida nende kasutamise võimalusi osakestefüüsika katsetes. VEP-1 on ajaloos ainuke põrkur, milles kiired ringlesid ja põrkasid vertikaaltasandil.
Praegu töötab BINP SB RAS-is kaks kiirendit: VEPP-4 ja VEPP-2000.
Suure hadronipõrgutaja omamoodi noorem vend sai elektron-positroni põrkur VEPP-2000, mille väljatöötamine samuti 2000. aastal alguse sai. Kui Euroopa põrkeseadme osakeste energia ulatus 100 gigaelektronvoldini kiirte kohta (koguenergia - 200 gigaelektronvolti), siis Siberi põrkur on täpselt 100 korda nõrgem - 2000 megaelektronvolti ehk 2 gigaelektronvolti.
Uue põrkuri üks peamisi ülesandeid on mõõta võimalikult suure täpsusega elektron-positroni paari hadroniteks - mesoniteks ja barüoniteks - hävitamise parameetreid. Positroon ja elektron – osake ja antiosake – võivad kokkupõrgete ajal hävida, muutudes täielikult elektromagnetkiirguseks. Kuid teatud energiate korral võivad need kokkupõrked tekitada teisi osakesi, mis koosnevad kahest (meson) või kolmest kvargist (barüonid – prootonid ja neutronid).
Prootonite ja neutronite sisemine struktuur pole siiani täielikult mõistetav.
Kohene jahutus jalgadele lämmastikuga.
Mulle öeldi, et see on praegu üks võimsamaid magneteid maailmas.
VEPP-2000 juhtimine
Kiirendikompleks VEPP-4 on ainulaadne võimalus katsete läbiviimiseks suure energiaga põrkuvate elektron-positronkiirtega. VEPP-4 kompleks sisaldab pihustit (kiire energia kuni 350 MeV), salvestusrõngast VEPP-3 (kuni 2 GeV) ja elektron-positroni põrkurit VEPP-4M (kuni 6 GeV).
VEPP-4M põrkur KEDR universaalse osakestedetektoriga on mõeldud suure energiaga füüsika katseteks.
VEPP-4M rakendab osakeste energia mõõtmise süsteemi resonantsdepolarisatsiooni meetodil suhtelise veaga kuni 10-7, mida pole saavutatud üheski teises laboris maailmas. See tehnika võimaldab mõõta elementaarosakeste masse ülimalt suure täpsusega.
Viimastel aastatel on enamiku katsete eesmärk elementaarosakeste masside täpne mõõtmine.
Lisaks suure energiaga füüsikale tehakse VEPP-4 kompleksis uuringuid, milles kasutatakse eraldatud sünkrotronkiirguse kiirteid. Peamised suunad on materjaliteadus, plahvatusohtlike protsesside uurimine, arheoloogia, bioloogia ja meditsiin, nanotehnoloogia jne.
VEPP-4 kompleksi rajatiste juures viivad läbi uuringuid enam kui 30 Venemaa ja välismaist organisatsiooni, sealhulgas Novosibirski, Jekaterinburgi, Krasnojarski, Tomski, Peterburi, Moskva jt RAS-i instituudid, samuti välisinstituudid Saksamaalt, Prantsusmaalt, Itaalia, Šveits, Hispaania, USA, Jaapan ja Lõuna-Korea.
VEPP-4m ümbermõõt on 366 meetrit.
Selle poolrõngad jooksevad maa all
VEPP-3 säilitusringis tehakse tuumafüüsika katseid sisemise gaasisihtmärgiga, milleks on rekordintensiivsusega gaasijuga (deuteerium või vesinik), mis juhitakse otse hoiurõnga vaakumkambrisse.
VEPP-3 salvestusrõnga pikkus on 74,4 m, sissepritseenergia 350 MeV, maksimaalne energia 2000 MeV
VEPP-3 peamisteks töösuundadeks on praegu elektronide ja positronite akumuleerimine ja süstimine põrkurisse VEPP-4M, töö sünkrotronkiirguse allikana ning katsed sisemise gaasisihtmärgiga elektronide hajutamisel polariseeritud deuteronitel.
Süstimiskompleksi akumulaator-jahuti.
GDT (gaas-dünaamilise lõksu) installatsioon on tugipunkt oluliste füüsikaliste probleemide eksperimentaalseks uurimiseks, mis on seotud termotuumaplasma piiramisega pikkades avatud tüüpi magnetsüsteemides. Uuritavate probleemide hulgas on osakeste ja energia pikisuunaliste kadude füüsika, plasma tasakaalu- ja magnetohüdrodünaamiline stabiilsus ning mikroebastabiilsus.
GDT rajatises tehtud katsed andsid vastused mitmele kuuma plasmafüüsika klassikalisele küsimusele.
Hetkel käib GDL installatsiooni kaasajastamine. Moderniseerimise eesmärk on kasutada plasma soojendamiseks võimsaid uue põlvkonna aatomipihusteid. Arvutuste kohaselt võimaldavad sellised pihustid saada kuuma plasma rekordparameetreid, mis võimaldavad läbi viia mitmeid katseid, et uurida üksikasjalikult plasma sulgemise ja kuumutamise füüsikat tulevastele termotuumareaktoritele iseloomulike parameetritega.
Mitme peegliga plasmalõks GOL-3.
GOL-3 rajatises tehakse katseid plasma ja pinna vastasmõju uurimiseks. Nende katsete eesmärk on valida optimaalsed konstruktsioonimaterjalid termotuumareaktori elementide jaoks, mis puutuvad kokku kuuma plasmaga.
GOL-3 paigaldus on solenoid, millele on asetatud palju mähiseid (110 tükki), mis loovad toru sees võimsa magnetvälja. Enne paigalduse käivitamist pumpavad vaakumpumbad torust õhku välja, misjärel süstitakse sisse deuteeriumiaatomid. Seejärel tuleb toru sisu kuumutada kümnete miljonite kraadideni, läbides laetud osakeste kiire.
Kuumutamine toimub kahes etapis - tänu elektrilaengule saavutatakse eelkuumutamine 20 tuhande kraadini ja seejärel elektronkiire “süstimisel” kuumenemine 50-60 miljoni kraadini. Selles olekus hoitakse plasmat vaid murdosa sekundist – selle aja jooksul võtavad instrumendid näidud edasiseks analüüsiks.
Kogu selle aja rakendatakse poolidele pinget, tekitades neis umbes viie tesla suuruse magnetvälja.
Selline tugev füüsikaseadusi järgiv väli kipub pooli tükkideks rebima ja selle vältimiseks kinnitatakse need tugevate teraskinnitustega.
Kokku tehakse mitu “võtet” päevas, millest igaühe jaoks kulub umbes 30 MW elektrienergiat. See energia tuleb Novosibirski hüdroelektrijaamast eraldi võrgu kaudu.
FEL-i paigaldamine Keemilise kineetika ja põlemise instituuti, BINP kõrval.
Vabaelektronlaserid koosnevad kahest üksusest – undulaatorist ja optilisest resonaatorist.
Idee on järgmine: elektronkiir lendab läbi vahelduva magnetväljaga sektsiooni. Selle välja mõjul on elektronid sunnitud lendama mitte sirgjooneliselt, vaid mööda teatud sinusoidset lainetaolist trajektoori. Seda võnkuvat liikumist sooritades kiirgavad relativistlikud elektronid valgust, mis langeb sirgjooneliselt optilisse resonaatorisse, mille sees on pöörane vaakum (10–10 millimeetrit elavhõbedat).
Toru vastasotstes on kaks massiivset vasest peeglit. Teel peeglist peeglisse ja tagasi saab valgus korraliku võimsuse, millest osa väljastatakse tarbijale. Elektromagnetiliseks kiirguseks energia loovutanud elektronid pööratakse painutusmagnetite süsteemi kaudu ümber, suunatakse tagasi RF-resonaatoritesse ja aeglustatakse seal.
Kasutajajaamad, mida täna on kuus, asuvad maja teisel korrusel väljaspool kiirendussaali, kus FEL-i töötamise ajal viibida ei saa. Kiirgus suunatakse ülespoole kuiva lämmastikuga täidetud torude kaudu.
Eelkõige kasutasid bioloogid selle rajatise kiirgust keerukate molekulaarsüsteemide uurimiseks uue meetodi väljatöötamiseks.
Keemikutel on nüüd võimalus reaktsioone väga energiasäästlikult juhtida. Füüsikud uurivad metamaterjale – tehismaterjale, millel on teatud lainepikkuste vahemikus negatiivne murdumisnäitaja, muutudes täiesti nähtamatuks jne.
Nagu “uksest” näha, on hoonel ilmselt 100-kordne kiirguskaitse ohutusvaru.
Kõigi fotode kasutamisega seotud küsimuste korral saatke e-kiri.