Коллектив и его дело

Нуклотрон: итоги, планы, сроки

6 октября в Лаборатории физики высоких энергий имени В.И.Векслера и А.М.Балдина состоялось 4-е Международное совещание "Перспективы экспериментальных исследований на пучках Нуклотрона". В нем приняли участие соорганизаторы проекта NICA вице-директор ОИЯИ Г.В.Трубников, профессор А.С.Сорин, представители ИЯИ, НИИЯФ МГУ, МФТИ, ИТЭФ.

Открывая совещание, директор ЛФВЭ профессор В.Д.Кекелидзе отметил, что Нуклотрон работает уже 23 года, создавался в тяжелые времена, но в последнее десятилетие был существенно модернизирован. Он стал базовым элементом проекта NICA. Поскольку NICA - первый российский проект, включенный в дорожную карту европейского стратегического форума ESFRI, а также существенно поддерживается и финансируется Правительством России, на коллектив лаборатории возлагаются высокие обязательства. В частности, необходимо соответствовать европейским стандартам "политики пользователей" - не только по обеспечению экспериментов в полном соответствии с заявками, но и в части соблюдения определенных правил распределения времени, приоритетов и условий работы на установках. Подобные совещания обеспечивают обратную связь между потребителями пучков и их "поставщиками", позволяют, в результате всестороннего обсуждения, понимать, что идет хорошо, а что требует коррекций.

Доклад начальника ускорительного отделения А.В.Бутенко был посвящен работам, проведенным на ускорительном комплексе за прошедший год, и планам на ближайшие несколько лет. Начал докладчик с графика проведения сеансов, утвержденного в 2014 году. До 51-го сеанса все шло по плану, далее произошли сдвиги примерно на 2 сеанса, по времени практически на полгода. Это было связано с тем, что в 2014 году при планировании сложно было учесть работы по строительству, они тогда еще не начинались. Тем не менее на проведение сеансов значительно влияют и выносы сетей, и сносы рабочих агрегатов, и перекладывание магистралей. Второй осложняющий планирование и проведение работ момент - задержки поставок со стороны российских коллег.

"Марафон" по переоборудованию и запуску новых систем начался еще в 2011 году, его цель - получить, точнее, возобновить и улучшить пучки поляризованных ионов на Нуклотроне. Последний раз они предоставлялись физикам в 2005 году, с использованием старого источника ПОЛЯРИС, но из-за низкой интенсивности пучка данная программа была практически закрыта. Тогда возник проект использования источника SPI (Source of polarized ions), разработанного А.С.Беловым из ИЯИ РАН. Для того чтобы запустить этот источник, необходимо было реконструировать форинжектор существующего ускорителя ЛУ-20. Было принято решение поставить вместо форинжектора предускоритель RFQ (Radiofrequency quadrupole); такие предускорители в последнее время не изготавливались и не использовались в современной России. "Сердце" RFQ привезли в Дубну в конце октября 2015 года, к сожалению, осенью вместо весны, как планировалось.

Что касается форинжектора для запуска источника SPI, задержка поставки оборудования произошла практически на год, в итоге пришлось работать в авральном порядке, за полгода полностью собрать оборудование и запустить его в летний сеанс. Сотрудников пришлось вызывать из отпуска, работали допоздна, без выходных.

Система LEBT (низкоэнергетический канал транспортировки) была полностью спроектирована и изготовлена в ОИЯИ. RFQ разработан совместно ИТЭФ, МИФИ и ОИЯИ, изготовлен во ВНИИТФ, г. Снежинск, запущен в ИТЭФ, и поставлен в ОИЯИ 22 октября. К 10 ноября ускоритель был собран на испытательном стенде с лазерным источником ионов. 12 ноября был получен первый пучок ускоренных дейтронов. Стало понятно, что с этой структурой можно работать на ЛУ-20, и было принято решение о демонтаже старого форинжектора. В декабре параллельно шла также работа с немецкими коллегами по запуску нового тяжелоионного ускорителя "Хайлак".

В январе-феврале были проведены тесты основных систем RFQ и LEBT с пучками дейтронов и углерода. После получения этих результатов предстояло перевезти ускоритель на штатное место перед ЛУ-20 и перейти к полномасштабным испытаниям инжектора. В марте-апреле до выхода ЛУ-20 был проведен пучок и начался переезд источника SPI на высоковольтную платформу. В этой цепочке для окончательной работы сейчас не хватает банчера. Он был спроектирован более года назад и заказан на заводе изготовителе ЭЗАН, тем не менее изготовление до сих пор не закончено.

Главный результат 52-го сеанса: первый пучок с SPI получен, это был неполяризованный дейтронный пучок, который затем ускорили на Нуклотроне. Больше половины времени на сеансе было выделено для ускорительной физики: настройки источника, форинжектора, Нуклотрона, поляриметра, испытания прототипа систем питания бустера.

Система питания бустера состоит из трех источников - основного и двух дополнительных. Прототипы сделаны разными компаниями - Москва, Словакия, Польша. Эти источники устанавливались по очереди и испытывались на сверхпроводящей нагрузке на магнитной системе Нуклотрона.

В значительной степени повлияли на сеанс строительные работы и вынос существующих систем. Попадали под снос два 11- и 9-тонных источника питания в 205-м корпусе, которые проработали 50 лет; их надо было демонтировать и перенести на новое место. Эти работы было необходимо провести до сеанса, что и было сделано. Следующий этап - снос 6 источников канала 205-го корпуса, эти работы тоже были выполнены. Была сделана система перекоммутации, подобрана схема подключения источников, чтобы обеспечить работу сеанса от оставшихся источников. Также большая работа была проведена по системам питания в 203-м корпусе для испытания магнитных модулей. Большой фронт работ выполнен на криогенном комплексе: совместно с "Криогенмашем" запущен крупнейший в России ожижитель гелия производительностью 1000 литров в час. Запущена новая система автоматического управления основным компрессором КАСКАД, который используется во всех сеансах на Нуклотроне. Сейчас в стадии завершения система водяного охлаждения компрессорного парка. После осеннего сеанса эта система будет смонтирована и запущена, и это станет первым шагом к переходу к замкнутой системе охлаждения и освобождению от зависимости от речной воды.

О планах. 53-й сеанс (27 октября - 25 декабря) планируется большей частью с поляризованными дейтронами, тем не менее одним из важных моментов будет обеспечение работ по созданию спектрометра BM@N, которые, к сожалению, в прошлом сеансе не удалось провести. 54-й сеанс (февраль-март 2017) предполагается с лазерным источником, 55-й (ноябрь-декабрь 2017) - с тяжелоионным источником КРИОН. 2018-й год практически полностью отводится под монтаж магнитной системы бустера. В 2019 году планируется запуск бустера с линейным ускорителем "Хайлак" от лазерного источника с ионами углерода, который будет и первым пучком бустера.

Начальник отделения физики на ускорительном комплексе Нуклотрон-NICA Е.А.Строковский рассказал о работе Нуклотрона для физиков в 2015-2016 годах:

"Еще раз хочу подчеркнуть - сроки для подготовки 52-го сеанса были очень сжатые; установлено много новых устройств, обеспечение согласованной работы которых вызывало опасения, но с ними все прошло гладко. Обнаружились, правда, проблемы в других местах, где мы их не ожидали, но такое бывает. В 2015 году, как вы знаете, у нас был только один сеанс, его результаты обсуждались на прошлогоднем совещании. Напомню, что в том сеансе проведены три эксперимента с набором данных. Один из главных результатов - первый комплексный запуск систем спектрометра BM@N.

В 52-м сеансе (июнь этого года) главной целью было восстановление поляризованного дейтронного пучка и возобновление физических измерений с поляризованными частицами. Поэтому сеанс в основном имел технический характер, хотя при его планировании был рассмотрен и вариант, если все сразу пойдет гладко. Кроме того, наши специалисты участвовали в работах под общим названием "ускорительная физика", а именно подготовке поляриметров. Здесь тоже хватало забот. Если поляриметры на внутреннем пучке были в приличном состоянии, то поляриметр на выведенном пучке нужно было восстановить. Поляриметр, который стоял после линейного ускорителя, так называемый низкоэнергетический, был сделан очень давно, фактически находился в полуразрушенном состоянии. Это все нужно было восстановить, отладить и провести измерения поляризации.

Всего запросов от потребителей на пучковое время было почти на 800 часов. Из хороших результатов сеанса можно отметить то, что вся модернизированная инжекционная цепочка устройств: от нового источника поляризованных ионов до ввода ускоренного в ЛУ-20 пучка в Нуклотрон, - работает, причем она заработала сразу. Были подготовлены поляриметры, установка и настройка источника в работе с вектором поляризации и использованием низкоэнергетического поляриметра тоже были выполнены, правда, основной результат был получен после того, как главное кольцо было выключено. На сеансе успели отработать две группы - ALPOM-2, по программе подготовки измерений с поляризованным пучком, и группа тестирования детекторов для MPD и BM@N (на тестовом канале). В этом сеансе было достаточно много неожиданных остановок машины, в ряде случаев неожиданно много времени было потрачено на настройку медленного вывода пучка, необходимого для тестового канала.

В протоколе предыдущего совещания было записано: "Чтобы оптимально планировать сеансы и работу потребителей, крайне желательно обеспечить возможность быстрой замены источников - с одного типа на другой". На данный момент это пожелание не выполнено. Причина, думаю, тоже понятна - крайне сжатые сроки реконструкции инжекционного комплекса и подготовки 52-го сеанса.

Если говорить о перспективах, мне кажется, после 2018 года, когда будет запущен бустер, было бы неплохо не только работать с поляризованными дейтронами, но также восстановить исследования с пучками гелия-3 и гелия-4. Тем более что гелий-4 с ускорительной точки зрения то же самое что дейтерий, а гелия в лаборатории у нас достаточно много. Напомню также, что у нас есть поляризованная мишень. Если мы будем иметь поляризованный пучок, надо реанимировать и поляризованную мишень, чтобы проводить эксперименты в области спиновой физики и промежуточных энергий. Это, мне кажется, будет очень интересно физическому сообществу".

Следующий блок докладов был посвящен пучку поляризованных дейтронов, в подробностях рассказано о результатах проведенного сеанса, обозначены планы на осенний сеанс. А.С.Белов (ИЯИ РАН) рассказал о принципе работы источника, его особенностях и перспективах. Сотрудники ОИЯИ доложили о ходе работ с поляриметрами.

Тематический блок от потребителей пучка Нуклотрона включал доклады-предложения по новым экспериментам, а также по уже утвержденным проектам, которые ждут только появления поляризованного пучка. Об одном таком эксперименте (DSS) рассказал читателям нашей газеты начальник сектора НЭОСФМС В.П.Ладыгин: "Deuteron Spin Structure в переводе означает - спиновая структура дейтрона. Наша задача - изучение структуры легчайших ядер на малых расстояниях и изучение спиновых эффектов в таких системах. Это очень важно в плане понимания структуры ядерных сил и фазовых переходов от обычной картины мира, которая "состоит" из протонов и нейтронов, к кварк-глюонной картине мира. Эксперимент предполагается проводить в двух местах. Первое - внутренняя мишень Нуклотрона с поляризованным пучком дейтронов. Этому посвящена основная часть моего доклада, потому что мы уже создали установку, и она полностью готова к работе и набору данных. Вторая часть связана с сотрудничеством с японскими коллегами, которые собираются привезти в ОИЯИ поляризованную мишень (гелий-3) и работать на выведенном пучке. Это коллаборация, ядром которой со стороны Японии является RIKEN (Токио). Эксперимент DSS, так же как и BM@N, можно будет проводить еще до запуска всего комплекса NICA, а именно на этапе модернизации Нуклотрона, при более низких энергиях в системе центра масс, чем это планируется на NICA. И DSS будет хорошим началом и важной частью спиновой программы NICA".

Научное сотрудничество по проекту ALPOM-2 уже имеет свою историю. В течение многих лет ученые из разных стран участвуют в совместных экспериментах на ускорителях России, Франции и США. Об этом мы попросили рассказать старшего научного сотрудника ЛФВЭ Н.М.Пискунова: "У нас долгое взаимодействие с американскими учеными, которые изучают структуру протона в экспериментах в Лаборатории имени Джефферсона (США). Научное сотрудничество с ними возникло в 90-е годы, когда структуру дейтрона изучали на поляризованных пучках в Сакле (Франция) и при более высоких энергиях - в Дубне. За цикл тех совместных экспериментов мы вместе с американскими и болгарскими учеными получили первую премию ОИЯИ. Потом мы участвовали в экспериментах по измерению отношения электрического к магнитному формфакторам протона в США. После окончания одного из циклов измерений, при обсуждении их дальнейшего продолжения, возникла необходимость дополнительных измерений анализирующих способностей при более высоких энергиях. И в тот момент я предложил сделать эти измерения здесь, в Дубне, дооснастив нашу установку дополнительно пропорциональными камерами, которые использовались в Сакле. Мы, совместно с французской и американской сторонами, приготовили проект ALPOM, который на ПКК по физике частиц был представлен Э.Томази-Густафссон. ALPOM прошел все стадии утверждения в ОИЯИ и Сакле, в течение 3 месяцев было перевезено нужное оборудование. В 2001 году были проведены измерения на пучке поляризованных дейтронов синхрофазотрона. После получения этих данных американская сторона получила большой грант для проведения последнего цикла измерений. В рамках этого гранта в секторе Ю.В.Заневского были изготовлены дрейфовые камеры для поляриметра. В связи с модернизацией ускорителя в Лаборатории имени Джефферсона - увеличением энергии электронов в два раза - появилась возможность продолжить измерения при еще больших переданных импульсах. И наши зарубежные коллаборанты снова обратились к нам в ОИЯИ с просьбой провести эксперименты при более высоких энергиях (мы можем делать такие измерения, так как Нуклотрон теперь способен обеспечить более высокую энергию пучка, чем синхрофазотрон). Так возникло предложение ALPOM-2. Было модернизировано оборудование, добавлен адронный калориметр. Однако в течение нескольких лет у нас не было поляризованного пучка. За это время проект еще расширился, поскольку с американской стороны поступило предложение провести измерения не только на пучке поляризованных протонов, но и на нейтронном пучке. Когда здесь (у нас) были сделаны пробные измерения на нейтронном пучке, выяснилось, что можно измерять анализирующую способность не только в рассеянии "вперед", но и в рассеянии "назад", что может быть проще, и что самое интересное, эффективность измерений должна быть выше, чем при рассеянии "вперед". Это наша идея, все уже признали ее правильность, осталось провести измерения. В.Пунджаби на 43-м ПКК по физике частиц представляла проект, он был поддержан членами ПКК. Ведущий участник проекта, американский физик Ч.Ф.Пердрисат, неделю назад получил престижную премию Американского физического общества за исследования структуры протона. Так что поддержка проекта АЛПОМ-2 как со стороны ОИЯИ, так и со стороны международного научного сообщества - значительная. Сейчас коллаборация состоит из американских, французских, словацких и шотландских физиков; они собираются приехать на эти измерения".

После докладов, по итогам общей дискуссии, представителями стран-участниц и потребителями пучков Нуклотрона был согласован с потребителями итоговый документ совещания, определяющий развитие пользовательской политики и ускорительного комплекса в ближайшее время. Этот протокол является результатом компромисса между интересами потребителей и задачами по реализации проекта NICA. В нем учитываются как имеющиеся в распоряжении ресурсы (в первую очередь - человеческие), так и неопределенности, связанные с выполнением внешними организациями взятых на себя обязательств.

Галина МЯЛКОВСКАЯ