В ИЯФ СО РАН создают системы электронного охлаждения для коллайдера NICA

Разработка ученых Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) систем электронного охлаждения (СЭО) для ионного коллайдера NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) позволит получить плотный ионный пучок и обеспечит высокую прямолинейность магнитного поля, повысив эффективность исследовательских возможностей коллайдера, 8 июля сообщает пресс-служба ИЯФ СО РАН.

Коллайдер NICA создается на базе Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна). Он будет использоваться для изучения фундаментальных свойств сильных взаимодействий.

При прямолинейном магнитном поле силовые линии в соленоиде СЭО параллельны друг другу, но добиться даже относительной их прямолинейности сложно, при том что требования прямолинейности для СЭО коллайдера NICA очень высокие и составляют 10⁻⁴–10⁻⁵.

Достигнуть такой точности удается за счет проведенной учеными ИЯФ СО РАН оптимизации системы измерения магнитного поля и создании специально для NICA новой системы юстировки.

Чем плотнее ионный пучок, тем выше вероятность столкновения частиц и, соответственно, выше светимость установки и ее производительность, пояснил магистрант второго курса Новосибирского государственного университета, старший лаборант ИЯФ СО РАН Вадим Турло:

«Для того чтобы встречные частицы в кольце коллайдера чаще сталкивались, а исследователи могли видеть много всего интересного, пучки должны быть плотными. Для тяжелых частиц добиться такого состояния было проблематично, пока в ИЯФ СО АН СССР не была предложена и реализована идея электронного охлаждения. Ее суть заключается в том, чтобы в определенный момент совместить траектории горячего ионного пучка с холодным электронным. При движении между ними происходит теплообмен — энергия от ионного пучка перетекает к электронному, а потеряв ее, он охлаждается. Таким образом пучок становится более плотным».

Разработанный и созданный в ИЯФ СО РАН соленоид для коллайдера NICA является по своим параметрам единственным подобным устройством в мире, уточнил начальник конструкторского бюро ИЯФ СО РАН Николай Кремнев:

«Соленоид охлаждения для СЭО коллайдера NICA, спроектированный и созданный в ИЯФ СО РАН, отличается от всех подобных устройств тем, что в нем два электронных пучка для двух ионных, соответственно, расстояние между осями каналов регламентировано расположением каналов коллайдера NICA и составляет всего 32 см. Создать такое устройство было сложной технической задачей».

Ранее, 2005 году, в ИЯФ СО РАН команда ученых и конструкторов улучшила систему измерения магнитного поля, используя магнитный компас. Разработка основывалась на более ранних работах 80-х годов прошлого века, сделанных в этом же институте.

Для проекта NICA большая команда специалистов провела еще одну модификацию данного метода, использовав сегментированную направляющую и переход от аналоговой регистрации положения луча к цифровой.

«С помощью специализированной видеокамеры мы научились отслеживать изображение лазерного луча в режиме реального времени и проводить соответствующую обработку сигнала. Все это позволило сделать работу с самой системой более прозрачной и понятной», — сообщил Николай Кремнев.

«В мире, конечно, существуют и другие методики измерения магнитного поля, которые могут дать еще более высокую точность, но они технически очень сложные и дорогие, и не особо применимые для нашей СЭО, — прокомментировал Вадим Турло. — Наша система — относительно простая и, что важно, „естественная“ для данной задачи. При измерении магнитного поля соленоида охлаждения нужно мерить угол, под которым идет силовая линия магнитного поля, а лучше всего с этим справляется магнитный компас».

Для настройки магнитного поля в соленоиде охлаждения специалисты лаборатории 5-2, научно-конструкторского отдела и экспериментального производства ИЯФ СО РАН специально для СЭО коллайдера NICA создали юстировочную систему.

«Наличие в системе второго канала с электронным пучком потребовало разработки совершенно нового механизма юстировки, — прокомментировал Николай Кремнев, — с последующим созданием прототипа для секции соленоида и проработкой конструкции до серийного варианта, используемого в соленоиде охлаждения и поставленном для коллайдера NICA».

Ученый добавил, что созданный в институте «соленоид — одна из самых сложных систем. Потому что по сути это два соленоида, расположенных друг над другом на расстоянии не многим более высоты листа формата A4: здесь всё очень тесно и миниатюрно. Чтобы достичь проектных требований, предъявляемых к магнитному полю, нужно юстировать каждую магнитную катушку по отдельности, а их здесь по 88 штук в каждом канале».

Новая система юстировки позволяет обеспечить максимально точную выставку обмоток с требуемым расчетным отклонением для достижения необходимой прямолинейности магнитного поля для двух соленоидов охлаждения, собранных в едином корпусе.

Наладку системы измерения и настройка магнитного поля этого соленоида проводили на площадке ИЯФ СО РАН, после чего СЭО и систему измерения отправили в Дубну. По окончании всех пуско-наладочных работ специалисты приступят к рабочей процедуре измерения и настройки магнитного поля.