Воткинский завод завершил работу над крупным и сложным изделием «криостат в сборе»

Предистория

Сергей Григорьевич трудится в ИЯФ с 1984 года. Специализируется на «криогенике» - конструирует сверхпроводящие магниты, распределительные боксы, которым предстоит работать при очень низких температурах.

С Воткинским заводом Сергей Григорьевич знаком с 2005 года, когда предприятие выполняло заказ новосибирцев – готовило Big Wheels - большие кольца для крепления мюонных камер детектора Atlas Большого адронного коллайдера (БАК).

- Наш институт участвует во многих международных научных проектах, - поясняет Сергей Григорьевич. - Но собственное производство ИЯФ сравнительно небольшое, и не позволяет самим выполнить весь объём работ. Поэтому всегда ищем изготовителей на стороне, как в Новосибирске, так и по всей стране.

В CERN (Европейская организация по ядерным исследованиям, крупная лаборатория физики высоких энергий. БАК один из шести её главных ускорителей. – Ред.) были довольны качеством воткинских «колец», поэтому, включившись в международный проект FAIR, мы с радостью разместили заказ по криостату у вас.

FAIR, PANDA или В поисках новой физики

В физике элементарных частиц ещё в 1970-х годах была принята Стандартная модель, объясняющая все известные элементарные частицы и их взаимодействия. Она подтверждена многочисленными экспериментами. Однако вписываются в неё не все явления, например, «тёмная материя», занимающая значительное место во Вселенной. Всё, что выходит за рамки Стандартной модели, принято относить к новой физике. Кстати сказать, БАК был построен, в том числе и для того, чтобы подтвердить или опровергнуть концепцию Стандартной модели.

Чтобы исследовать элементарные частицы, их ускоряют и сталкивают. При столкновении из них рождаются новые частицы. Зафиксировать их, понять, как они устроены, и через это раскрыть неизвестные доселе законы природы - задача учёных-физиков всего мира. Для этого и строятся ускорительные экспериментальные комплексы.

Теперь о том, для какого проекта Воткинский завод изготавливал криостат.

FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) - ускорительный комплекс по исследованию современной ядерной и субъядерной физики. Строится в Германии (из-за современной политической обстановки проект пока заморожен. Но российские учёные не теряют надежды на его продолжение). FAIR будет состоять из нескольких частей. ИЯФ СО РАН разрабатывает «под ключ» одну из них – накопительное кольцо CollectorRing. В нём элементарные частицы будут накапливаться и распределяться по другим ускорителям для экспериментов.

Один из них называется PANDA. Ничего общего с названием животного не имеет. Это сложная аббревиатура из наименований элементарных частиц и процесса их взаимодействия. Суть уникального эксперимента - используя антипротонный пучок высокой интенсивности, «заглянуть» внутрь таких частиц как протон и антипротон.

Часть оборудования для этого эксперимента изготавливает Россия, в том числе Воткинский завод.

От физики к механике…

- Наша разработка для PANDA - это часть детектора. Он состоит из железного ярма и сверхпроводящего магнита, в который устанавливается оборудование для регистрации как заряженных так и нейтральных частиц-фотонов.

Восьмигранное ярмо весом 250 тонн уже готово. Следующий за железом – сверхпроводящий магнит. Во время столкновения, в нашем случае, антипротонов с ионами водорода, идёт распад частиц. Чтобы успеть зарегистрировать, их нужно затормозить. Магнитное поле отклоняет частицы, благодаря чему физики успевают их зафиксировать.

Но сверхпроводники могут эффективно работать только при низких температурах, например, как у жидкого гелия. Его температура, равна 4,5 Кельвина (по шкале Цельсия это минус 268,6 градуса). Её и должен будет держать воткинский криостат.

- Криостат – это наружная оболочка магнита. Она выполнена из нержавеющей стали, - продолжает Сергей Григорьевич. – Далее идёт экран из алюминия, сам магнит и ещё один экран - внутренний. Каждый из них будет укутан в 30 слоёв тончайшей суперизоляции из алюмизированного лавсана и стекловаты. Такая многослойность нужна, чтобы отсечь тепло.

Магнит держится внутри криостата на подвесах. Они прочно фиксируют его положение. Стоит хотя бы на пять миллиметров сместить магнит в ту или иную сторону, появятся очень большие силы, в десятки тонн, которые притянут его к ярму. На вашем предприятии подвесы сделаны из нержавейки, но у себя мы поменяем их на титановые, потому что при включении магнитного поля сталь не выдерживает, титановый сплав прочнее.

- Какие требования предъявляли во время приёмки к заводским изделиям?

- Всё оборудование должно отвечать требованиям вакуумной гигиены: никаких масляных пятен на поверхности внутренних поверхностей криостата экрана и катушек. Все поверхности должны быть блестящими, чтобы отражать тепловые лучи. И конечно, идеальная размерная точность, поскольку изделия вставляются друг в друга с довольно небольшими зазорами. С этими задачами воткинские мастера справились на «отлично».

… и обратно к науке

- Сергей Григорьевич, позвольте меркантильный вопрос: коллайдеры, токомаки, ускорители - всё это дорогостоящие мероприятия. Какая практическая польза от знания, в какую новую материю превращаются частицы антипротонов и ионов водорода?

- Из открытий фундаментальной науки вырастают очень полезные вещи, применяемые, в быту или медицине. Например, Интернет. Он зародился в CERN.

- А какие полезные открытия родом из ИЯФ?

- Одна из последних разработок нашего института - аппарат для лечения рака, бор-нейтронзахватная терапия. Учёные заметили, что если раковые клетки насытить бором и стрельнуть в них нейтронным пучком определённой энергии, то они взрываются. Раковые клетки погибают, а здоровые - не затрагиваются.

В России эта методика опробована пока только на домашних кошках и собаках. Вылечены два десятка кошек и собак со злокачественными опухолями. А в Китае на нашей установке начали лечить людей, и как нам сообщают, успешно!

Кстати, первые цифровые рентгеновские установки были сделаны тоже в ИЯФ. Один из вариантов таких установок стоял в аэропортах Новосибирска и Москвы. Доза облучения при их прохождении равна дозе облучения, полученной после 15 минут полёта на самолёте. Установки могли бы стать серийными, но никто не берётся за их производство. ИЯФ же не может заниматься серийным выпуском каких-то изделий, поскольку главное для нас создавать уникальные экспериментальные установки и проводить на них опыты.

- В каких научных проектах Вы с коллегами участвуете сегодня?

- Участвуем в проекте NICA – детектор SPD (г. Дубна). Разрабатываю для него большой сверхпроводящий магнит.

Другой проект – Cупер С-тау фабрика. Этот ускоритель лёгких частиц: электронов, позитронов, появится в Сарове. Там тоже будут нужны сверхпроводящие магниты. Так что, может быть, и Воткинск примет участие в их изготовлении.

Напомним, в Удмуртии проходит акция по сбору книг для жителей Донбасса.