В лабораториях Института

Основной трековый детектор установки MPD

Поводом для интервью с Ю.В.Заневским, руководителем работ по созданию время-проекционной камеры ТРС, изначально было желание рассказать нашим читателям о главном трековом детекторе для проекта NICA/MPD. Однако разговор не ограничился техническими особенностями систем и элементов установки. Разработкой и созданием современных газовых координатных детекторов специалисты ОИЯИ занимаются давно, практически с момента появления этой физической идеи как таковой. Изготовленные в Институте или при участии дубненских специалистов устройства работают в крупнейших научных центрах и хорошо себя зарекомендовали. А само направление можно считать ровесником ОИЯИ. Поэтому в беседе Юрий Вацлавович рассказал и о том, как начинались работы по этому направлению, и о том, чем полезно участие в международных проектах для нашего Института.

Сейчас мы занимаемся разработкой и созданием время-проекционной камеры TPC (Time Projection Chamber). Это трековый газонаполненный детектор диаметром два и длиной три метра - основа установки MPD для коллайдера NICA. Детектор очень сложный, содержит много самых разных подсистем - около ста тысяч каналов электроники, новейшую газовую систему, лазерную систему калибровки и другие. ТРС можно представить как электронный аналог пузырьковой камеры. Пролетающие через детектор частицы оставляют в газе ионизационный "след", который под действием электрического поля дрейфует к регистрирующим устройствам, состоящим из 12 секторов с каждой стороны цилиндра и способным регистрировать более тысячи частиц одновременно. Электроника как бы фотографирует образ события - измеряет время дрейфа, координаты треков частиц и так далее. Лазерная система предназначена для циклической калибровки времени дрейфа электронов, которое нужно знать с очень высокой точностью. Ни в ОИЯИ, ни в странах-участницах Института таких детекторов раньше не создавали. Сейчас работают две установки с ТРС на встречных пучках - это STAR в Брукхейвене на RICH и ALICE в ЦЕРН на LHC.

На какой стадии находится ваша работа?

Мы создаем ТРС совместно с российской промышленностью. Нужно изготовить очень тонкий и прочный корпус прибора достаточно больших размеров. Он должен быть прочным и в то же время легким, прозрачным для частиц, абсолютно герметичным, чтобы в газовую смесь прибора не попадал кислород. Специалисты нашей промышленности умеют это делать. Уже полтора года ведем совместные разработки, отрабатываем технологию. Мы сделали небольшой технологический прототип ТРС диаметром 0,9 метра и длиной 1 метр, который сейчас испытывается на стенде с помощью лазера и космических лучей. Необходимо проверить характеристики этого корпуса - насколько он герметичен, не выделяет ли газ. А с другой стороны, отрабатываем методику изготовления разных элементов, которые находятся внутри прибора. То есть на этом прототипе мы хотим опробовать технологию, и затем начнем делать основной детектор, корпус которого состоит из четырех цилиндров различного диаметра. Сейчас в промышленности готовится к изготовлению первый цилиндр.

Молодые сотрудники ЛФВЭ А.В.Аверьянов и А.Г.Бажажин готовят прототип ТРС к испытаниям с лазером.

С какими научными центрами вы сотрудничаете? И немного о планах - когда планируется закончить детектор?

У нас очень хорошие контакты со специалистами GSI в Дармштадте. Мы регулярно встречаемся в Германии и в Дубне. Активно сотрудничаем с ЦЕРН, используем образцы их электроники. Но основная часть прибора создается в России и ОИЯИ. В этой работе у нас принимает участие 18 сотрудников (из них пять до 30 лет) - наш сектор и группа Юриса Лукстиньша. Мы планируем в течение трех лет создать работающий прибор с высоким быстродействием.

По поводу разработок проволочных газовых детекторов - назовите, на ваш взгляд, самые значимые эксперименты, в которых вы принимали участие.

К запуску в Протвино самого крупного в мире ускорителя с максимальной энергией протонов 70 ГэВ в нашей лаборатории была создана установка БИС для исследования распадов К-мезонов (руководители И.А.Савин, И.А.Голутвин и позднее - М.Ф.Лихачев), где в качестве трековых детекторов использовались проволочные камеры, в разработке и создании которых я принимал участие. Через два года в эксперименте на этом же ускорителе по изучению форм-фактора пиона и электрона, которым руководил Э.Н.Цыганов, также использовались наши трековые детекторы. В этом эксперименте вместе с нами работали физики из Калифорнийского университета, Кракова, Бухареста. Американские коллеги привезли свой компьютер, электронику. Позднее в Дубне мы принимали участие в создании экспериментальной установки ФОТОН для изучения векторных мезонов на синхрофазотроне ОИЯИ.

В начале 90-х годов нас пригласили в международную коллаборацию для участия в создании уникальной по своим параметрам установки HADES и проведения физических экспериментов на ускорителе тяжелых ионов. Кстати, спектрометр HADES сейчас готовится к экспериментам на создаваемом в Дармштадте ускорительном комплексе FAIR.

А в 2004 году в корпусе 40 ЛВЭ была введена в строй лаборатория европейского класса по разработкам и изготовлению координатных детекторов (DetectorLab), где нашими специалистами в коллаборации с коллегами из научных центров Германии и Румынии создавались проволочные камеры для крупнейшего детектора переходного излучения установки TRD ALICE.

Х.Штокер, директор GSI (на снимке справа), знакомится в корпусе 40 ЛФВЭ с технологией создания детекторов для TRD ALICE. Слева направо: О.В.Фатеев, Г.В.Трубников, В.Д.Кекелидзе, А.С.Сорин, Ю.В.Заневский.

А расскажите подробнее о детекторе TRD для ALICE - как его создавали?

Для установки TRD ALICE мы делали плоские координатные детекторы переходного излучения TRD. Всего их должно было быть 500 штук (площадью около 1 кв. метра каждый). Кроме ОИЯИ они создавались в нескольких европейских лабораториях - в Дармштадте, Франкфурте, Гейдельберге и Бухаресте. У нас делалась четвертая часть, 125 детекторов. В корпусе 40 была организована технологическая цепочка по созданию детекторов - намотка, склейка, многократное тестирование. После заключительного теста на специальном стенде детекторы отправлялись в Германию.

Не обошлось и без драматических эпизодов. Отправляя самолетом первую партию детекторов, не учли, что внутри многослойных радиаторов находится небольшое количество воздуха, который при пониженном давлении в самолете повредил некоторые из них. Отремонтировали их мы достаточно быстро, но в дальнейшем использовали только автотранспорт. А вот технология изготовления радиаторов после этого была изменена.

В Германии детекторы собирались в супермодули - по 30 камер в каждом, а затем отправлялись в ЦЕРН на LHC, где они встраивались в установку ALICE, и сейчас успешно используются в экспериментальной программе. Эта наша работа удостоена премии ОИЯИ.

То есть практически все эти годы, несмотря на сложные экономические и политические обстоятельства, вы разрабатывали и создавали новые детекторы. Что еще, кроме научно-технических достижений, вы хотели бы отметить?

Я бы отметил создание современной DetectorLab в корпусе 40 общей площадью более 600 квадратных метров, из них 120 метров - чистых помещений, где поддерживаются постоянная температура, влажность и очень мало пыли. Эти работы для HADES и ALICE помогли нам развить технологию и приобрести современное технологическое оборудование. При этом затраты из бюджета Института составили не более 10 процентов от общей стоимости создания этой лаборатории. А сейчас здесь мы ведем разработки ТРС для проекта NICA/MPD. И, как вы знаете, нас часто посещают визитеры из ведущих исследовательских центров разных стран.

Беседу вела Галина МЯЛКОВСКАЯ