Проекты XXI века

Прибор нового поколения

В этом году профессором Ю.А.Будаговым и кандидатом физико-математических наук М.В.Ляблиным был получен патент на интересное и многообещающее изобретение - "Устройство для измерения угла наклона". Такие приборы принято называть инклинометрами (от лат. incline - наклонять), применяются они практически во всех технических областях - от горного дела, архитектуры, транспортных магистралей до определения угла наклона кузова автомобиля при установке сигнализации. Идея создания вышеупомянутого прибора возникла в ходе работ по высокоточному созданию адронного калориметра спектрометра ATLAS. А само изобретение стало прекрасной иллюстрацией, как в ходе подготовки к фундаментальным исследованиям структуры материи возникают технологии и устройства, помогающие создателям больших строительных, космических, исследовательских объектов.

В отчете для Российской Академии наук имеется краткое описание характеристик устройства: "Изобретение относится к области технической физики и может применяться для стабилизации положения на земной поверхности крупногабаритных установок для научных исследований или промышленного оборудования... Чувствительность инклинометра в диапазоне частот 0,3-1 Гц оценивается 5х10^-9 радиан". Однако такая формулировка не может отразить ни азарта технического творчества, ни удовлетворения от полученных результатов, не говоря уже о заманчивых перспективах применения прибора и связанной с этим экономией ресурсов и эргономичностью. О подробностях создания, сертификации, характеристиках и результатах мы попросили рассказать в нашем новогоднем выпуске Юлиана Арамовича БУДАГОВА.

- Патент оформлялся долго и взыскательно, потому что работа необычная. Вроде бы есть аналоги и прототипы. Но то, что мы сегодня сделали, по крайней мере в 1000 раз точнее лучших мировых экземпляров. Назову цифры. Предыдущее поколение приборов, а это слово уместно, потому что речь идет о новой генерации приборов, измеряло колебания земной поверхности с точностью примерно 1 микрорадиан. Наш прибор имеет чувствительность к гораздо меньшим колебаниям, порядка нескольких нанорадиан. Разница между этими величинами тысячекратная. Фактически применение прибора имеет очень необычную перспективу. Он относится к таким изобретениям, которые сами создают рынок. Это - довольно редкая ситуация!

- Трудно представить, где именно может понадобиться такая чувствительность. Где может применяться ваш прибор?

- При контроле геометрии длинных сооружений типа коллайдера или ускорителей, когда надо выстраивать в линию много однотипных устройств, ускорительных модулей. Может применяться при юстировке положения телескопов большого диаметра, наблюдающих за космическим пространством. Возможно и применение в физике. М.В.Ляблин говорил мне, что сейчас собираются более точно измерить в формуле Ньютона константу G, что существенно для дальних космических перелетов, за улучшенной точностью кроется значительная экономия топлива и вообще точность наведения ракеты. Планируются эксперименты по изучению волновых поверхностных явлений сверхпроводящих жидкостей, и с помощью нашего лазерного прибора можно изучать поведение этих поверхностей. То есть ученые могут найти отклонение от господствующей ныне теории. Физиков интересует, конечно, прежде всего применение в ускорительной технике. Потому что если мы будем знать, как колеблются формирующие элементы ускорителей, так называемые квадруполи, диполи, которые фокусируют пучки навстречу друг другу, то мы повысим интенсивность соударения пучков, что называется светимостью. Это очень важно, за этим тоже стоят время эксперимента, экономия денег и быстрота набора статистики.

- Каким образом был создан этот инклинометр, как возникла идея?

- Идея пришла в голову, конечно, не сразу. Примерно в 1993 году в Далласе был закрыт проект сверхпроводящего суперколлайдера, и мы всей командой в Лаборатории ядерных проблем стали строить адронный калориметр для проекта ATLAS на LHC. Конструкторы и физики, которые проектировали этот калориметр, запланировали высочайшие точности. Чтобы их достичь, М.В.Ляблин предложил идею применить лазерную линию как координатную ось. Это довольно быстро решило все проблемы. В итоге мы собрали все эти калориметры с высокой точностью, и 65 грузовиков из Дубны отправились в ЦЕРН, каждый вез груз в 25 тонн. Можно сказать, что сегодня калориметр ATLAS построен в большой степени благодаря применению нами лазерной методики. Ну а дальше, все-таки мы физики, а не инженеры-строители, стали думать, где и как применить нашу лазерную методику. Очевидное использование - когда предстоит выстроить в ряд на десятки километров много однотипных модулей, нужна реперная линия, координатная ось. Мы решили, что лазерная реперная линия - это то, что надо, и доказали это экспериментально. Сегодня мы имеем идеальную лазерную реперную линию длиной 50 метров. И это не пустые слова, все это сертифицировано, проверено церновским лазерным теодолитом. Оказалось, что точность нашей лазерной линии лучше точности теодолита. И поскольку в мире собираются строить большие коллайдеры, например CLIK или ILC, то можно использовать наш прибор.

В транспортном туннеле ЦЕРН.

- Уже есть конкретные предложения?

- Мы думаем о том, чтобы сделать реперную линию длиной 150 метров, это просьба сотрудников ЦЕРН, ответственных за геодезию и метрологию. Кроме того, сейчас в ЦЕРН физики обсуждают проект будущего ускорителя FCC, и мы тоже имеем приглашение принять в нем участие с нашими методиками. Конкретно - нас просят создать еще более длинную, чем 150 метров, лазерную линию для выстраивания ускорительных элементов криомодулей. Вот такова эволюция нашего изобретения. Это не имеет прямого отношения к кваркам, глюонам или бозону Хиггса, но это та техническая культура, которая позволяет сделать шаг вперед в инструментальной точности, фактически метрология нового поколения. Называется это направление исследований - нанометрология макроскопических систем.

Еще одно хорошее событие произошло на днях - главный ученый секретарь ОИЯИ Н.А.Русакович, руководитель ATLAS от ОИЯИ, финансовый координатор ATLAS Ф.Дитус и технический координатор Б.Диджироламо подписали соглашение о сотрудничестве на следующие пять лет, уже утвержденное директором Института академиком В.А.Матвеевым. Таким образом сейчас наша группа одновременно продолжает работу для ATLAS и в то же время участвует в проекте по электрон-позитронным коллайдерам, осуществляемом под руководством главного инженера ОИЯИ член-корреспондента РАН Г.Д.Ширкова.

- Что представляет собой прибор, в чем его особенности?

- Он необычен тем, что лазерный луч прибора, стоящего на земле, отражается от жидкости. При землетрясении - не таких катастрофических, как Фукусима, конечно, при обычных землетрясениях, которые постоянно происходят и сопровождают работу любого ускорителя, - поверхность жидкости остается горизонтальной в силу гравитации. То есть образуется реперное зеркало, поверхность которого всегда горизонтальна относительно поверхности Земли. Луч лазера отражается от этой поверхности, испытывая угловые колебания, которые нами и регистрируются. Конечно, мы используем специальные жидкости, с нужной плотностью, вязкостью, диэлектрической постоянной, подбираем кюветы нужного диаметра и глубины.

- За такими сложными работами, как правило, стоит труд большого коллектива. Тем не менее, чей вклад в изобретение оказался наиболее весомым?

- Прежде всего это мой коллега М.В.Ляблин, талантливый человек и прекрасный экспериментатор. Из инженеров я бы выделил С.Н.Студенова, он давно работает с нами, замечательный специалист, который помогает практически во всем. А если говорить об отношении к нам со стороны дирекции лаборатории, то оно стопроцентно положительное. Более того, директор ЛЯП В.А.Бедняков посоветовал нам поставить наш прибор на испытания не на несколько часов, а на месяцы, и мы это сделали. Наш прибор уже несколько месяцев пишет колебания почвы в ЦЕРН, и благодаря этой интересной идее мы столкнулись с целым каскадом новых явлений, которые заставляют нас по-новому взглянуть на поведение поверхности Земли и на то, как поверхность земли отзывается на колебания мирового океана.

- Что же такого интересного вы увидели?

- Мы, находясь в Женеве, видим землетрясения в Сибири. Или, например, - это не опубликовано, но есть факт, - мы видим, как работает огромный туннелепроходческий комбайн, который роет тоннель в Европе. Проходческий щит вращается с периодом 11 секунд, и наш прибор это фиксирует. Мы не спешим с "рекламой", потому что хотим продолжить чисто физические исследования. Работа сделана в ОИЯИ, получен российский патент, и это самое главное. В настоящее время в Издательском отделе готовятся публикации большой группы авторов из ОИЯИ и ЦЕРН с подробным описанием результатов продолжительных исследований колебаний поверхности.

Галина МЯЛКОВСКАЯ