«Наука в Сибири» № 48-49 (2384-2385) 13 декабря 2002 г. ТАК ДЕЛАЮТ ПОЗИТРОНЫ Полтора года назад в Институте ядерной физики СО РАН с замечательными результатами закончил свою исследовательскую программу ускорительный комплекс ВЭПП-2М. Сегодня новосибирские ученые стремятся совершить очередной качественный рывок. Для этого в ИЯФе монтируют новый ускоритель элементарных частиц ВЭПП-2000. ВЭПП — это встречные электрон-позитронные пучки. Юрий Плотников, "НВС" Завлаб Института ядерной физики Павел Логачев. На заднем плане — студенты за пультом линейного ускорителя. — Цифра 2000 — это дата начала работ? — интересуемся у Павла Логачева по дороге через сложную систему подземных коммуникаций. Наш собеседник и проводник — самый молодой из завлабов ИЯФ. Под его непосредственным руководством в объединенной лаборатории Н.Диканского идет монтаж инжекционного комплекса, который будет обеспечивать электронными и позитронными пучками и действующий ВЭПП-3 — ВЭПП-4, и новый ВЭПП-2000. — Название означает, что энергия в системе центра масс при столкновении электрона с позитроном составляет 2000 МэВ или 2 млрд. электронвольт. — улыбается Павел Владимирович. — Так исторически сложилось, что в этой области ускорители не работали — сразу перескочили на более высокую энергию. Но потом поняли, что там лежит очень много интересного и надо бы это все просканировать более тщательно. Сейчас это направление нигде в мире не развивается, и мы хотим эту оригинальную нишу занять. Научный сотрудник Н.Лебедев и техник А.Колчановский настраивают систему продольного сжатия пучка электронов. Инжекционный комплекс — это, простыми словами, источник пучков. Чтобы установки работали эффективно, пучки надо соответствующим образом приготовить, что сделать не так просто. Поэтому хозяйство очень внушительное: лабиринт помещений, разделенных многими дверьми, сеть проходов-переходов, огромное количество электроники и вспомогательного оборудования, мощнейшая вентиляция... Наша экскурсия по ускорителю начинается с командного пункта — пультовой. Когда ускоритель включен, здесь сидит оператор и управляет и контролирует работу абсолютно всех систем и устройств через компьютер. По железной лестнице поднимаемся в помещение, где выстроились в ряд массивные ярко-красные цилиндры усилителей СВЧ-мощности — клистронов (СВЧ — сверхвысокая частота). Изнутри отчетливо доносится резкое ритмичное клацанье. "Это сердце ускорителя — как двигатель у автомобиля, — рассказывает Павел Логачев. — В принципе ускоритель можно рассматривать как некий трансформатор, только вместо обмоток у него пучки. А СВЧ-волна играет роль железа, передающего энергию с первичной обмотки на вторичную. На вход усилителя подается мощность в четыре раза меньшая, чем у микроволновой печи, а выходит по медному вакуумному волноводу уже 60 мегаватт. Мощность импульсная — на 4 микросекунды. В самом ускорителе эта энергия превращается в энергию ускоряемого пучка". А.Чирцов и В.Веселков ведут сборку накопителя-охладителя инжекционного комплекса ВЭПП-5, приближая тот день, когда на орбите будет захвачен первый пучок. Согласитесь, сунуть голову внутрь электронной пушки удается не каждый день и не каждому. Нам повезло. "Сегодня с пушкой возникли кое-какие проблемы, — поясняет Логачев, — ребята разобрали, обещали к вечеру починить. Можно посмотреть". И приглашающим жестом откидывает серебристый лист фольги, которым пушка укрыта, покуда с нее снята крышка. — Отсюда начинается электронный пучок. Внизу — высоковольтный источник на 200 тыс. вольт. Когда камера закрыта, вовнутрь закачивается специальный газ SF6. Этот газ имеет наилучшую электрическую прочность, поэтому его используют как газовую изоляцию. Вот провода ведут к катоду. За ним — уже вакуум. Собственно ускоряющий зазор — 3 см. Здесь, на этом отрезке и делают свое дело эти 200 тыс. вольт. А дальше мы сжимаем этот пучок продольно раз в 80 и направляем его в ускоряющую секцию. Первая ускоряющая структура. Сюда по волноводу подводится СВЧ-мощность из клистрона. За 3-метровом участке пучок успевает набрать энергию в 75 МэВ. От секции к секции энергия пучка увеличивается. На выходе из второй секции — уже 120 МэВ. "Что еще интересно, — продолжает Логачев. — Элементы ускоряющей структуры, если вы их потрогаете, теплые. Мы должны держать их температуру с точностью до 0,05 градуса, иначе они меняют свой размер и уходят из резонанса. Поэтому специальное устройство подает на вход этих приборов дистиллированную воду со стабильной температурой, чтобы не зависеть от температуры окружающего воздуха". ...Ускоряемся дальше. Вскоре энергия достигает 300 МэВ. Здесь пучок разворачивают на 180 градусов и направляют в позитронную мишень. — Простите за нелепый вопрос, но автомобиль, к примеру, на повороте всегда притормаживает. А электронный пучок? — Лучше было бы, конечно, по прямой. Мы выбрали схему с поворотом, чтобы не делать зал в два раза длиннее. Провести поворот — дело непростое. Поэтому он так сложно устроен. Здесь стоит диагностика пучка, чтобы мы могли смотреть его поперечную форму, положение и т.д. Нелегко пройти поворот. Но можно. Зал линейных ускорителей инжекционного комплекса ВЭПП-5. Сразу за поворотом находится система, которая производит позитроны. Электроны с разгону врезаются в мишень из тантала, порождая так называемый электромагнитный ливень — этакую кашу из электронов, позитронов и гамма-квантов. Позитроны выделяют, захватывают и ускоряют — дальше будут стоять еще 8 ускоряющих структур, но уже для позитронов. Сейчас эти структуры еще не готовы, но позитроны уже можно посмотреть. Пока же физики изучают технологические процессы, повышают параметры машины, добиваясь проектных значений. Фактически идет настройка ускорителя. Таких машин в мире всего пять. — А что с теми позитронами будет дальше? — После линейного ускорителя пучки попадают в кольцо, роль которого — улучшить их качество. Крутясь в этом кольце, они излучают свет — то самое синхротронное излучение, которое у нас в институте изучает лаборатория Геннадия Николаевича Кулипанова. За счет этого излучения пучки охлаждаются, сжимаются и уже потом очень компактными, очень интенсивными отправляются потребителям — ВЭПП-3 — ВЭПП-4 и ВЭПП-2000. Года через два здесь все будет крутиться! Суть исследовательской программы наши физики-экспериментаторы растолкуют более правильно. Мы рассчитываем изучить новые свойства, очень важные для понимания всей структуры элементарных частиц. — Павел Владимирович, а Золотую медаль Российской академии наук вы получили именно за работу над этим ускорителем? Научный сотрудник А.Старостенко и студент физфака НГУ Д.Малютин отлаживают программу управления пучковым датчиком. — Не за это. Мой прибор маленький. Он называется пучковый датчик и работает как своеобразный осциллограф для ускорителя. Аккуратный тоненький пучок простреливается через вакуумную камеру основного ускорителя в момент пролета сгустка ускоренных электронов. На экране получается петля, по которой много чего можно посчитать. Получается, что мы видим "портрет" пучка, можем исследовать его форму и т.д., и это его никак не разрушает — я могу в процессе работы контролировать ситуацию. Прибор можно использовать на очень больших интенсивностях основного пучка, когда другие методы не работают (например, проволочки, натянутые поперек, будут просто перегорать в интенсивном пучке). Это один из основных инструментов для настройки ускорителя. Вот за него и дали академическую медаль. — И все, что мы видели, сработано в ИЯФе? — Все линзы, вакуумные камеры, ускоряющие структуры, волноводы, даже подставки и насосы — все сделано в нашем экспериментальном производстве. Хотя некоторые заказы раздаем и окрестным заводам. В частности, часть деталей для позитронной системы делается на БЭМЗе. К сожалению, мы не можем обеспечить большого объема заказов, потому что рынок ускорителей в мире не так велик и существовать на нем дорогого стоит! Фактически мы берем своей уникальностью. Беремся за те заказы, с которыми никто другой, ни одна фирма не справится, потому что требуется именно научная проработка, новые идеи, некая смелость — взять ответственность за решение задачи, на которую еще нет ответа. Как правило, решаем, поэтому к нам и обращаются! Пультовая ВЭПП-5. Идет включение линейного ускорителя. За пультом научные сотрудники Р.Громов и С.Гуров, братья Старостенко (Дмитрий — студент физфака НГУ, Александр — научный сотрудник), студентка физфака НГУ Т.Яскина. Возвращаемся в пультовую. Перед экранами мониторов молодые ребята, студенты НГУ и НГТУ, оживленно обмениваются мнениями. Длинный стол завален фолиантами, разноцветными и разноязычными. "Стараемся, чтобы всегда был полный набор самых современных книг и справочников, — комментирует завлаб, сам не на много старше годами. — Это то место, где происходит и работа, и обучение. Главное — мы принимаем студентов в свой коллектив, где каждый друг у друга чему-то учится". На прощание предлагаем сделать групповой снимок. Кто-то не прочь поиграть в засекреченных физиков, но некоторые соглашаются сняться для истории. Кто знает, может быть, через несколько лет эти ребята достигнут феноменальных результатов. Как делают позитроны? Бодро, весело, умно и талантливо. Фото Владимира Новикова, "НВС". стр. 1-2