Комментарий к событию

Нуклотрон: итоги непростого двадцатилетия

18 сентября в Лаборатории физики высоких энергий состоится семинар, посвященный 20-летию запуска Нуклотрона и 60-летию начала физических исследований на площадке ЛВЭ.

Исследования в области релятивистской ядерной физики, начатые в ЛВЭ ОИЯИ в начале 70-х годов прошлого столетия по инициативе и под руководством А.М.Балдина, привели к наблюдению новых физических явлений и закономерностей, формулировке и экспериментальной проверке новых принципов и критериев, характеризующих высоковозбужденную ядерную материю. Необходимость постановки новых экспериментов стимулировала активное преобразование cинхрофазотрона в ускоритель релятивистских ядер и поляризованных дейтронов с развитой системой внешних пучков и возможностями их широкого использования для решения как фундаментальных, так и прикладных задач.

В рамках программы по релятивистской ядерной физике была предложена и реализована новая концепция использования явления сверхпроводимости в ускорительной технике, приведшая к созданию Нуклотрона - первого сверхпроводящего синхротрона, в магнитной системе которого использованы оригинальные сверхпроводящие магниты, способные работать как в режиме с большой частотой повторения рабочих циклов и, соответственно, с большой крутизной нарастания и спада тока в обмотке, так и в квазистационарном режиме, когда длительность плато магнитного поля намного больше времени нарастания и спада магнитного поля. Тем самым, создание Нуклотрона в Дубне стало значимым вкладом в развитие технологии ускорителей заряженных частиц высоких энергий, получившим мировое признание.

С середины 80-х годов исследование релятивистских ядерных столкновений заняло значительное место в научных программах ряда ведущих научных центров мира, особенно в ЦЕРН (Женева) и Брукхейвенской национальной лаборатории в США. Эти исследования не только продолжаются, но и развиваются, концентрируясь на проблемах изучения плотной барионной материи (создаваемый комплекс NICA в Дубне) и экстремально высоких температур (SPS и LHC в ЦЕРН).

Использование пучков релятивистских ядер в прикладных целях также имеет непреходящее значение. Особенно следует отметить изучение аспектов использования пучков релятивистских ядер по проблемам генерации энергии и трансмутации радиоактивных отходов. Высокую актуальность имеют и проблемы радиационного воздействия релятивистских тяжелых ионов в связи с развитием программ космических исследований и других приложений. Таким образом, можно отметить, что направление работ ОИЯИ, получившее название "релятивистская ядерная физика", завоевало значимое место в исследовании ряда наиболее актуальных проблем современной физики и разработке новых технологий.

Автор этого обзора участвует в работах по созданию Нуклотрона, постановке и проведению экспериментов на его пучках, развитию базы для исследования взаимодействий релятивистских и поляризованных ядер с 1974 года. Тогда в ОИЯИ был опубликован материал под названием: "Нуклотрон - ускорительный комплекс релятивистских ядер в ЛВЭ ОИЯИ", ставший базой для дальнейших разработок и физической проблематики, и систем Нуклотрона. Наиболее принципиальным новаторским шагом в создании нового ускорителя в том предложении была ориентация на практическое использование сверхпроводимости в магнитной системе. Ориентация на "холодные" магниты сохранилась и в окончательном варианте этого ускорителя - проекте, названном: "Реконструкция магнитной системы синхрофазотрона на сверхпроводящую - Нуклотрон", утвержденном директором ОИЯИ академиком Н.Н.Боголюбовым в конце 1986 года.

Проект был выполнен, как и планировалось, за пять лет - с 1987 по 1992-й. Первый сеанс охлаждения кольца Нуклотрона до рабочей температуры 4,5 К, испытания всех его систем, включая наладку с пучком, был проведен в марте 1993 года. Прошедшее после этого 20-летие в истории Нуклотрона оказалось непростым, но, к чести коллектива лаборатории, руководства ОИЯИ и ЛВЭ, бурный поток исторических перемен в России в начале 90-х не смог остановить эту деятельность. Более того, начался новый виток развития ускорительного комплекса Синхрофазотрон-Нуклотрон в коллайдер релятивистских и поляризованных ядер - NICA. Отмечу наиболее важные моменты: НИР и ОКР (1974-1986), проект и его реализация (1987-1992), эксплуатация и совершенствование (с 1993 года). Начну с выбора базового элемента - сверхпроводящего (СП) магнита.

Создание СП-магнитов с полем 5 Тл (как это было зафиксировано в упомянутой выше работе) требовало затрат, намного превосходящих реальные финансовые возможности лаборатории. Нужно было искать оптимальный путь. Стартовый вариант экономичного магнита со сверхпроводящей обмоткой погружного типа для синхротронов был предложен И.А.Шелаевым. Создание и исследование опытных образцов таких магнитов с полем 2-2,5 Тл показало, что в условиях имеющегося в ОИЯИ производства могут быть обеспечены необходимые точности и налажен технологический процесс для их серийного производства. Вместе с тем, было ясно, что система погружного типа обладает существенными недостатками при эксплуатации, а физически обоснованное к тому времени возможное ограничение поля в отклоняющих магнитах величиной 2 Тесла стимулировало поиск более эффективных и технологичных решений для магнитно-криостатной системы Нуклотрона. Таковым стало предложение дипольного магнита с обмоткой из трубчатого сверхпроводящего кабеля, охлаждаемого циркулирующим потоком гелия в железном ярме типа "оконная рама", разработанное А.А.Смирновым. Оригинальная конструкция кабеля и эффективное охлаждение сверхпроводника в сочетании с малой индуктивностью обмотки обеспечивали работоспособность магнита при скорости нарастания и спада поля 4Т/с и более, то есть с допустимой частотой повторения циклов 1 Гц. Выбор был сделан. Принципиальные разработки завершились в начале 80-х годов. Следующим этапом было создание и испытание рабочих образцов магнитов, линз, корректоров и всего остального оборудования вакуумно-криостатной системы, а также гелиевого ожижителя, электропитания, ВЧ ускорения, получения вакуума, диагностики пучка, АСУ и др.

Непосредственным организатором производства и техническим руководителем создания Нуклотрона в период до 29 сентября 1992 года был Л.Г.Макаров. На его плечах лежали все заботы как по материальному обеспечению работ, так и по выполнению плана реализации проекта. Надо сказать, что 1991-1992 годы были для проекта рубежными: вопрос стоял о целесообразности продолжения работ по релятивистской ядерной физике в ОИЯИ вообще и по реализации проекта в частности. В январе 1992 года Леонид Григорьевич сделал свой последний доклад на НТС ОИЯИ о ходе работ по созданию Нуклотрона. Тяжелая болезнь не позволила ему далее продолжать активное участие в проводимых работах, но в течение 1992 года произошло много событий, укрепивших позиции проекта. В частности, был введен в действие мощный гелиевый ожижитель, собран и испытан в полном объеме первый квадрант кольца с охлаждением до рабочей температуры и проведен пучок по созданному инжекционному каналу, что дало основания А.М.Балдину в октябре объявить, что Нуклотрон - построен. Фактически это было уже истиной, хотя предстояло еще смонтировать четверть кольца, но работы по сборке и стендовым испытаниям магнитов шли полным ходом, усилиями Н.Н.Агапова и его коллег устойчиво работал гелиевый ожижительный комплекс.

Весьма помогло делу и то, что в июне этого же года директором ОИЯИ был избран В.Г.Кадышевский, а вице-директором - А.Н.Сисакян, активно поддержавшие Нуклотрон. В 1993 году в дополнение к завершению монтажа кольца и его вакуумным испытаниям были введены в действие пусковые минимумы всех остальных систем Нуклотрона, проведены три сеанса его работы общим объемом 800 часов. Наибольшее впечатление, естественно, оставил первый сеанс, когда 26 марта были совершены первые обороты пучка в камере Нуклотрона. Эту дату мы считаем датой запуска, а в следующем сеансе, в июне, осуществлен уже режим ускорения. Как это выглядело на экране осциллографа, показано на оригинальных прозрачках, подготовленных для первого доклада о запуске Нуклотрона, состоявшемся на семинаре в ЦЕРН (на рисунках).

Ввод в действие нового сверхпроводящего синхротрона в России в период экономического кризиса в странах-участницах ОИЯИ произвел большое впечатление на коллег в других лабораториях мира. Информация об этом событии появлялась регулярно в российских и зарубежных изданиях, на конференциях и совещаниях.

Результаты, полученные уже в первые годы работы Нуклотрона, показали перспективность криомагнитных систем этого типа для современных экономичных сверхпроводящих ускорителей высоких энергий. А дальше были годы работы и совершенствования систем ускорительного комплекса Синхрофазотрон-Нуклотрон: осуществление вывода пучка из сверхпроводящего ускорителя, продвижение к ускорению все более тяжелых ядер, повышение энергии ускоренного и выведенного пучка до максимальной, совершенствование системы охлаждения кольца, развитие технологии сверхпроводящих магнитов на основе трубчатого сверхпроводящего кабеля, позволившее более чем в два раза уменьшить динамические тепловыделения в диполях типа Нуклотрона, и многое, многое другое, что создало базу для следующего шага в развитии ускорительного комплекса Синхрофазотрон-Нуклотрон, но это уже тема для отдельного рассказа. С 2008 года в команду Нуклотрона влились свежие силы, активно включившиеся в деятельность ускорительного отделения ЛФВЭ под руководством Г.В.Трубникова. Работы лаборатории по созданию новой технологии сверхпроводящих магнитов и нового поколения ускорителей тяжелых ионов всегда поддерживались и стимулировались директорами лаборатории А.И.Малаховым (1997-2007) и далее - В.Д.Кекелидзе, полученные результаты отмечены Государственной премией Российской Федерации (1992 год), Премией правительства РФ (2010 год), многими дипломами и премиями Ученого совета и дирекции ОИЯИ. В этом заслуга всего коллектива лаборатории и всех сотрудничающих организаций, имеющих непосредственное отношение к предстоящему юбилейному мероприятию.

* * *

Невозможно перечислить поименно всех, кто внес и вносит свой вклад в работу ускорительного комплекса лаборатории за этот долгий период, но, говоря о Нуклотроне, в дополнение к названным выше не могу не назвать В.И.Волкова, В.А.Мончинского, О.И.Бровко, В.И.Батина, В.В.Бакаева, А.В.Алфеева, В.К.Алексеева, В.А.Андреева, А.М.Базанова, В.Д.Бартенева, Н.А.Блинова, Ю.Т.Борзунова, Е.И.Бугринова, В.Н.Булдаковского, А.В.Бутенко, Б.В.Василишина, М.А.Воеводина, А.И.Говорова, Е.Д.Донца, Е.Е.Донца, А.М.Донягина, Е.И.Дьячкова, А.В.Елисеева, И.А.Елисееву, В.П.Заболотина, И.В.Зайцева, Е.В.Иванова, А.С.Исаева, И.Б.Иссинского, В.Н.Карпинского, В.Г.Караваева, А.М.Каретника, Н.Г.Кондратьева, А.Е.Кириченко, А.Г.Кочурова, В.Ф.Кокшарова, А.А.Кукушкина, Б.К.Курятникова, В.И.Липченко, Е.А.Матюшевского, А.И.Михайлова, В.А.Михайлова, И.И.Куликова, И.Я.Нефедьева, Э.А.Николаевскую, П.И.Никитаева, С.А.Новикова, Б.Д.Омельченко, В.А.Попова, С.В.Романова, Е.В.Руднева, П.А.Рукояткина, Г.М.Сальникову, В.В.Селезнева, И.Н.Семенюшкина, В.М.Слепнева, А.О.Сидорина, В.Н.Соколова, Б.Т.Соломасова, А.Ю.Старикова, Ю.И.Тятюшкина, В.В.Фимушкина, Г.Г.Ходжибагияна, А.П.Царенкова, А.А.Цветкова, В.И.Черникова, В.П.Черняева, А.В.Шабунова, В.И.Шарапова, Д.И.Шерстянова.

С юбилеем Нуклотрона всех вас, дорогие коллеги и соратники!

Александр КОВАЛЕНКО, заместитель директора ЛФВЭ