авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

«Dubna-3 1/10/06 6:01 PM Page 434 Лаборатория физики частиц 1. История создания ЛФЧ, задачи лаборатории и ее структура Лаборатория физики частиц ...»

-- [ Страница 2 ] --

4. Ускорительная техника Краткая история ускорительного отделения Научное отделение по ускорительной тематике основано на базе Отдела новых мето дов ускорения, который был создан в ОИЯИ в 1968 году. Главная задача Отдела – те оретическое и экспериментальное обоснование коллективного метода ускорения ио нов электронными кольцами. У истоков формирования этого нового направления в физике ускорителей была замечательная плеяда молодых ученых, которыми руково дил академик В.И.Векслер, – В.П.Саранцев, О.И.Ярковой, С.Б.Рубин, Н.Б.Рубин, А.Б.Кузнецов, Г.В.Долбилов, В.П.Рашевский, Э.А.Перельштейн, И.Н.Иванов. Ими был предложен принципиально новый вариант коллективного метода ускорения, ос нованный на создании компактного электронного кольца как источника ускоряюще го электрического поля с большой напряженностью. В короткие, почти фантастиче ские сроки была создана модель коллективного ускорителя тяжелых ионов, включавшая в себя абсолютно новые для ускорительной техники технические узлы, присущие установкам типа «токомаков» с импульсными магнитными полями. Этот этап привел к результату, признанному в мировом сообществе, – впервые в мире с помощью электронных колец были ускорены -частицы до энергии несколько МэВ на длине ускорения ~40 см. Следующим шагом было уже создание прототипа коллек тивного ускорителя тяжелых ионов. Ориентация на тяжелые ионы произошла под влиянием академика Г.Н.Флёрова, который пристально следил за всеми работами по коллективным методам ускорения и придавал им большое значение как самому пер спективному направлению в физике и технике ускорения сильнозарядных ионов.

Создание прототипа КУТИ потребовало сосредоточить фантастические усилия на разработку и изготовление всех основных узлов будущего ускорителя у себя в ОНМУ, причем эти узлы разрабатывались впервые в мировой ускорительной практике.

Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page Лаборатория физики частиц Коллективом под руководством Г.В.Долбилова был сконструирован и изготовлен сильноточный инжектор индукционного линейного ускорителя на энергию Е0 = 2 МэВ, ток в импульсе Ie = 200 А. Камера для формирования электронных ко лец с большой плотностью получила название адгезатор (адиабатический генератор заряженных тороидов).

В 1976 году были проведены сеансы успешного ускорения ионов азота на прототи пе коллективного ускорителя. После этих экспериментов было принято решение о со здании полномасштабного ускорителя тяжелых ионов с энергией до 10 МэВ/нуклон (КУТИ) с частотой повторения 20 Гц. Решение этой задачи также требовало создания принципиально новых узлов – ускорителей, которые должны были работать на часто ту повторения 20 Гц. Были созданы новый электронный ускоритель «Силунд-20», но вый вариант адгезатора, система питания магнитных полей, которая формировала им пульсные магнитные поля с напряженностью до 20 кЭ. В создании всего ускорительного комплекса определяющую роль сыграли Г.В.Долбилов и другие сотрудники ОНМУ. Для ускорения ионов до энергии 10 МэВ/нуклон была предложе на схема ускорения электрон-ионных колец в электрическом поле индукционного ли нейного ускорителя (ЛУЭК). В создании коллективных ускорителей как в ОНМУ, так и в научных центрах других стран физики столкнулись с большими проблемами, обус ловленными тем, что процесс коллективного ускорения, являясь плазменным процес сом, имел очень много ограничений, связанных с проявлением плазменных неустой чивостей. Прежде всего это было связано с двумя фундаментальными величинами – давлением остаточного газа в камере Р 10–9 торр и пороговым числом электронов в кольце Ne 1013. Все это приводит к нерегулярному ускорению ионов. Нерешенная экспериментальная проблема и резко ухудшавшееся экономическое положение в стране привели к тому, что продолжение работ в этом направлении было уже невоз можно. Однако, учитывая большой научный и технический потенциал ОНМУ, дирек ция ОИЯИ переориентирует коллектив, поставив во главу угла задачи, связанные с созданием новых методик в области физического эксперимента и ускорительной тех ники. Как уже было сказано, решение основных экспериментальных проблем коллек тивного метода ускорения привело к созданию в ОНМУ и ОИЯИ новых научных на правлений:

• физика и техника создания индукционных линейных ускорителей наносекундной длительности – СИЛУНД, СИЛУНД-20, ЛУЭК (Г.В.Долбилов и др.);

• физика и техника формирования импульсных магнитных полей заданной конфи гурации в металлических камерах (Л.С.Барабаш);

• методы расчета поведения ансамбля частиц с большим пространственным заря дом, выполненные Э.А.Перельштейном и другими сотрудниками ОНМУ;

• экспериментальные методы исследования электрон-ионных колец по синхро тронному и оптическому излучению (В.А.Свиридов, С.И. Тютюнников);

• создание систем автоматического управления ускорителями (АСУ) под руководством В.Д.Инкина;

• физика и техника формирования сверхпроводящих электрических и магнитных систем, физика низких температур (Н.И.Балалыкин);

• физика и техника генерации мощного когерентного излучения миллиметрового диапазона (А.К.Каминский);

Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page 472 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ • разработка систем подавления колебаний заряженных частиц в кольцевых уско рителях адронов (В.М.Жабицкий).

Исходя из накопленного в течение многих лет опыта в указанных направлениях, ус корительное отделение успешно решает задачи, о которых будет рассказано ниже.

Следует отметить, что создание такого работоспособного коллектива было бы немыс лимо без профессора В.П.Саранцева, который объединил людей для решения глав ной задачи, а своим самоотверженным трудом научил коллег работать на пределе своих возможностей.

Основные знаменательные даты ускорительно отделения:

1968 – создание отдела новых методов ускорения;

1970 – зарегистрировано ускорение -частиц коллективным методом;

1972 – начало разработки прототипа коллективного ускорителя тяжелых ионов ПКУТИ;

1976 – осуществление ускорения ионов азота на прототипе КУТИ до энергии 2 МэВ/нуклон;

запуск первой секции ЛУЭК (линейного ускорителя тяжелых ионов, энергия ускоренных ионов доведена до 4 МэВ/нуклон;

1982 – запуск линейного ускорителя электронов СИЛУНД-20 с током 800 А, с часто той повторения до 50 Гц;

1983 – запуск комплекса СИЛУНД-20 и адгезатор-20 в режиме формирования элек тронных колец;

1989 – эксперименты по усилению в ондуляторе излучения миллиметрового диапазона;

1992 – эксперименты по использованию синхротронного излучения КУТИ-20 для конденсированных сред.

После создания ЛСВЭ усилия ускорительного отделения под руководством И.Н.Ива нова были направлены на решение фундаментальных и прикладных проблем физики ускорителей. Первоначально это была новая тематика, связанная с созданием источ ников когерентного СВЧ-излучения.

В 1983 году профессор В.П.Саранцев инициировал начало исследовательских ра бот в ОИЯИ по созданию источников когерентного СВЧ-излучения – лазеров на свободных электронах (ЛСЭ). В миллиметровом диапазоне длин волн такие источни ки получили название мазеров (МСЭ). Как одно из основных прикладных примене ний, рассматривалось использование МСЭ в работах по двухпучковому ускорению (ДПУ). В ДПУ источником СВЧ-энергии для запитки ускоряющих секций пучка ос новного ускорителя, в которых обеспечивается высокий (более 100 МэВ/м) темп ус корения, является пучок низкоэнергетического сильноточного ускорителя. Для по лучения высокого темпа набора энергии в основном ускорителе предполагалось заметное увеличение (до 1040 ГГц) частоты ускоряющего поля.

С начала работ по генерации когерентного излучения в ОИЯИ исследования про водились по трем основным направлениям:

• экспериментальные и теоретические исследования схем МСЭ;

• создание группирователей электронного пучка и исследование его динамики;

• создание источника СВЧ-мощности для тестирования и запитки высокогради ентных структур в диапазоне 3040 ГГц.

Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page Лаборатория физики частиц Ускорители электронов для ради ационных технологий типа D-300-10, разработанные коллек тивом ЛФЧ в составе: Г.В.Долби лова, А.В.Мажулина, В.А.Савелье ва, В.Н.Разувакина, Н.А. Зинина и др. Ускорители поставляются в Японию, Китай и другие страны Значительный прогресс в исследованиях по увеличению эффективности МСЭ был достигнут после того как было продемонстрировано, что эффективность и шири на спектра на выходе МСЭ с ведущим магнитным полем имеют сильную зависимость от направления этого поля. Экспериментально измеренное значение эффективности МСЭ-усилителя в режиме так называемого обратного ведущего магнитного поля до стигало 27% и превышало эффективность МСЭ в режиме прямого поля в 3–9 раз.

Полученные результаты позволили использовать указанный тип МСЭ-генератора в экспериментах по тестированию ускоряющей структуры коллайдера CLIC. Значи тельный вклад в эти работы внес к.ф.-м.н. А.К.Каминский.

Следующий цикл работ по генерации уже жесткого коротковолнового излучения был предложен коллективом сотрудников под руководством д.ф.-м.н. М.В.Юркова.

Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page 474 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ Сборка мощного широкополосного усилителя Во второй половине XX века источники когерентного оптического излучения – лазеры – оказали заметное влияние на развитие целого ряда фундаментальных иссле дований и прикладных применений. Интенсивные разработки в области лазерной физики и техники привели к заметному расширению спектра в сторону инфракрас ного и ультрафиолетового диапазонов. На протяжении последних десятилетий ве лись интенсивные разработки лазеров, работающих в рентгеновском диапазоне. Од нако эта проблема не была решена, и трудно ожидать ее решения в обозримом будущем из-за больших сечений поглощения коротковолнового излучения в актив ной среде и низких коэффициентов отражения зеркал. Современное состояние дел с квантовыми генераторами таково, что область длин волн короче 100 нм (граница ва куумного ультрафиолета) практически недостижима для обычных лазеров.

В лазере на свободных электронах электромагнитное излучение усиливается эле ктронным пучком при прохождении ондулятора – магнитного элемента со знакопе ременным магнитным полем.

До недавнего времени качество электронных пучков позволяло получать сравни тельно небольшой коэффициент усиления излучения за проход ондулятора, поэтому для достижения необходимой мощности излучения использовались оптические резо наторы.

Решение проблемы рентгеновского лазера на свободных электронах (ЛСЭ) стало возможным после развития технологии производства и ускорения интенсивных эле Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page Лаборатория физики частиц ктронных пучков высокого качества (имеющих малые энергетический разброс и эмиттанс). В рентгеновском ЛСЭ усиление излучения происходит за один пролет электронного пучка в ондуляторе. Так как активной средой ЛСЭ является электрон ный пучок, движущийся в вакууме, отпадают принципиальные ограничения на уси ление коротковолнового излучения. Ввод в строй рентгеновских лазеров откроет бес прецедентные перспективы для фундаментальных и прикладных применений в различных областях биологии, химии и физики.

Рентгеновский ЛСЭ обладает большим потенциалом для увеличения яркости вы ходного излучения по сравнению с классической однопролетной схемой, где яркость излучения ограничена неполной продольной когерентностью вследствие старта про цесса усиления излучения из дробового шума электронного пучка. Была разработана схема двухкаскадного ЛСЭ-усилителя, которая в настоящий момент принята как ос новная для рентгеновского ЛСЭ на TTF. В этой схеме первый ондулятор с монохро матором играет роль задающего лазера.

Первые экспериментальные результаты на рентгеновском ЛСЭ в DESY, получен ные в феврале 2000 года, продемонстрировали обоснованность научного подхода к созданию рентгеновского лазера и правильность принятых технических решений.

Ускоритель работал на энергии 180260 МэВ, и ЛСЭ производил мощное, плавно пе рестраиваемое излучение в области вакуумного ультрафиолета 80180 нм.

Исследования свойств электрон-ионных колец созданного коллективного уско рителя КУТИ-20 привели к пониманию того, что они являются источником синхро тронного излучения в инфракрасной части спектра с очень высокой импульсной яр костью, значительно превосходящей все известные в мире.

На этой установке под руководством д.т.н. С.И.Тютюнникова впервые были прове дены фундаментальные исследования оптических свойств нового класса материалов высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) с температурой перехода Т 90 К.

Проведенные исследования на пучке СИ коллективного ускорителя позволили накопить опыт в этой области и сформулировать направления будущих исследова ний. К этому времени была завершена работа по созданию специализированного ис точника СИ в РНЦ «Курчатовский институт» (на базе ускорителя «Сибирь-2»), кото рый имеет следующие параметры: энергия электронов Ее = 2,5 ГэВ, ток накопленных электронов Iе = 100 мА, критическая энергия квантов рентгеновского излучения Ее = 6,9 кэВ. Было решено создать на пучке СИ установку для исследований ближне го порядка неупорядоченных квазикристаллических систем. Для этих целей создает ся энергодисперсионный спектрометр EXAFS (Extened X-ray Fine Structure). Установ ка обладает следующими отличительными особенностями:

• возможность измерять спектры поглощения EXAFS с временным разрешением, что позволит исследовать влияние внешних динамических воздействий на струк туру образца;

• минимальный размер образца может составлять 0,10,2 мм;

• отсутствие механической перестройки по длинам волн при измерении EXAFS спектров.

В настоящее время идет завершение запуска станции EXAFS-спектроскопии в РНЦ «Курчатовский институт», использование которой дает большие возможности иссле Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page 476 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ дований в области физики конденсированных сред. Инициатором этой работы явля ется бывший директор Лаборатории нейтронной физики д.ф.-м.н. В.Л.Аксенов.

Как было сказано выше, в процессе работ по коллективному методу ускорения был накоплен уникальный опыт в разработке различных ускорительных технологий.

Это позволило включиться в одну из важнейших работ по созданию большого адрон ного коллайдера (LHC) в CERN.

Начиная с 1997 года в ускорительном отделении ЛФЧ осуществляются разработ ка и создание системы подавления поперечных колебаний пучка большого адронно го коллайдера LHC, сооружаемого в CERN (проект LHC Damper). Эта работа ведет ся в рамках Соглашения ОИЯИ–CERN по участию нашего Института в ускорительной части создания LHC и поддерживается Министерством науки и про мышленности РФ как часть общей программы участия России в создании ускорите ля нового поколения.

Основная задача этих систем изначально состояла в обеспечении поперечной ус тойчивости заряженных частиц, что позволяет существенно повысить интенсивность ускоряемых пучков.

В ЛФЧ ОИЯИ был предложен и совместно с CERN осуществлен эксперимент на пучке SPS, чтобы показать эффективность нелинейных методов и возможность их реализации. Результатом работы стало не только подтверждение старых результатов, но и открытие нового нелинейного метода подавления, названного «логическим», что позволило использовать принципиально новую схемотехнику для создания сис тем поперечной обратной связи.

В соответствии с Соглашением ОИЯИ–CERN коллаборация производит 20 элек тростатических кикеров и 40 широкополосных усилителей для системы поперечной Монтаж электростатического дефлектора Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page Лаборатория физики частиц обратной связи LHC. Параметры разрабатываемых устройств не имеют аналогов в мировой практике.

Разработанный прототип кикера представляет собой электростатический дефлек тор, состоящий из двух медных пластин длиной 1500 мм, имеющих профиль симме тричных 90° сегментов кольца с внутренним диаметром 52 мм.

В феврале 2000 года закончена наладка классических вариантов усилителей и сборка прототипа. Тестирование собранного комплекса проведено на специальном стенде ЛФЧ совместно с коллегами из CERN. Испытания показали полную адекват ность характеристик установки проектным параметрам.

Главный результат завершенных на данный момент работ состоит в том, что схе мотехника усилителей и конструкция кикера в целом соответствуют требованиям проекта и могут считаться согласованными. В настоящее время документация на прототип системы проходит в CERN процедуру согласования с ответственными экс пертами проекта. Завершение этого этапа будет являться стартом для начала изготов ления промышленной серии оборудования. Инициатором этой программы был на чальник ускорительного отделения к.ф.-м.н. И.Н.Иванов. Благодаря его усилиям был сформирован коллектив ведущих специалистов (В.М.Жабицкий и др.), который ус пешно продолжает дело.

В соответствии с решениями дирекции ОИЯИ был значительно активизирован процесс изготовления комплекса ИРЕН на основе мощного линейного ускорителя на 200 МэВ для создания источника импульсных пучков нейтронов. В Лаборатории физики частиц в 2002 году был создан отдел линейного ускорителя под руководством д.ф.-м.н. Г.Д.Ширкова. За трехлетний период им проделана большая работа по изго товлению и наладке основных узлов ускорителя. В настоящее время идет работа по установке этих узлов в зале ускорителя в рабочем состоянии уже под руководством к.ф.-м.н. А.П.Сумбаева.

В начале 90-х годов в ускорительном отделении ЛФЧ под руководством Г.Д.Шир кова начались интенсивные исследования по физике ЭЦР-источников. Этому спо собствовал богатый опыт по исследованию динамики ионизации и накопления ио нов в электронных кольцах, полученный в ОНМУ. В 1992 году было начато сотрудничество по физике источников многозарядных ионов между ОИЯИ и CERN.

Теоретические исследования в этой области осуществлялись в рамках программы по ускорению ионов свинца на ускорительном комплексе PS и SPS в CERN в 1993–1995 годах.

С 1995 года ускорительное отделение ЛФЧ участвовало в исследовательско-кон структорских работах по проектированию линии транспортировки низкоэнергетиче ского пучка ионов между лазерным источником ионов и ионным RFQ в CERN.

В последующие годы в рамках сотрудничества с RIKEN (Япония) и LNS INFN (Италия) проведены важные теоретические исследования по образованию и накоп лению ионов в ЭЦР-источнике, в том числе по методам лазерной инжекции ионов и нейтралов твердотельных элементов.

В 1999–2001 годах совместно с RIKEN и в сотрудничестве с ВНИИЭФ (Саров) подготовлен и выполнен проект по применению модели крупных частиц в компью терных программах и численному моделированию многокомпонентной ЭЦР-плазмы.

Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page 478 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ В последние годы теоретическая и экспериментальная деятельность связана с иссле дованиями на ЭЦР-источниках в RIKEN, Франкфурте и ЛЯР ОИЯИ с целью усовер шенствования их работы и получения большей информации об основных характерис тиках ЭЦР-плазмы. В частности, в RIKEN использование предложений сотрудников ЛФЧ позволило существенно повысить интенсивность ионных пучков, получены пер вые экспериментальные результаты по лазерной инжекции ионов и нейтральных ато мов из металлической мишени в 18 ГГц сверхпроводящий ЭЦР-источник ионов.

Во Франкфурте проведены запуск и наладка новой, не имеющей аналогов, систе мы для измерения эмиттанса пучка ЭЦР-источника.

Придавая большое значение прикладным работам, в ускорительном отделении созданы оригинальные ускорители электронов для радиационно-стимулированных технологий под руководством Г.В.Долбилова.

Разрабатываемый ускоритель имеет следующие конструктивно-технологические особенности:

• использование холодных катодов с пороговыми эмиссионными характеристика ми допускает применение синусоидального напряжения для формирования им пульсов тока электронного пучка;

• многопучковый, многооконный вариант ускорителя позволяет конструировать систему вывода электронного пучка с очень большой суммарной площадью вы водных окон посредством увеличения числа малых окон;

• использование источника высокого напряжения, основанного на коаксиальном вакуумном резонаторе, существенно улучшает добротность и эффективность пре образования энергии промышленной сети в энергию электронного пучка.

Экспериментальный опыт позволил начать в 2000 году работы по созданию полно масштабной модели ускорителя с энергией 500–700 кэВ и выходной мощностью 25–35 кВт. Параметры электронного пучка ускорителя: суммарный пиковый ток 0,5 А, длительность импульса 10–20 мкс, частота повторения 10–20 кГц.

В настоящее время изготовлены по этой схеме два ускорителя: один – для Япо нии, другой – для Китая.

Ускорительное отделение ЛФЧ обладает уникальной экспериментальной базой, позволяющей проводить широкий спектр исследований и создавать новые экспери ментальные установки. В секторе криофизических исследований (руководитель д.т.н.

Ю.П.Филиппов) создано уникальное криофизическое оборудование для получения низких температур Т 1,5 K.

За годы существования ЛФЧ на его основе проведен широкий спектр исследова ний двухфазных гелиевых потоков. В настоящее время сектор принимает участие в проекте XFEL-TESLA, в рамках которого создается система криодиагностики уско рителей.

Создание широкого спектра экспериментальных установок в ОНМУ было бы не мыслимо без помощи высококвалифицированных рабочих, руками которых сдела ны основные узлы всех ускорителей. Неоценимый вклад в эти работы внес В.И.Кле ментьев.

Большой вклад сотрудниками ЛФЧ внесен в развитие систем управления и диа гностики ускорителей. Первые работы, начатые в 1987 году под руководством Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page Лаборатория физики частиц И.Н.Иванова, были посвящены разработке и созданию систем подавления когерент ных поперечных колебаний (СППК) пучка УНК в Протвино (Россия). Это был один из первых в мире проектов адронных коллайдеров такого масштаба. Проведенные в сотрудничестве с экспертами различных институтов теоретические исследования проблемы показали уникальность сочетания необходимых параметров и отсутствие аналогов инженерно-технической реализации системы. Однако было найдено мето дическое решение задачи, которое состояло в обосновании принципиально нового режима подавления и в последствии получило название UNK-technology. Система была успешно реализована совместно со специалистами ИФВЭ (Протвино) и МРТИ (Москва). Тем самым был завоеван международный приоритет в создании СППК для ускорителей подобного типа, и положено начало серии работ по исследованию раз личных режимов подавления. Этот результат стал в 1997 году основой сотрудничест ва ЦЕРН–ОИЯИ–Россия для создания системы поперечной обратной связи для LHC (ЦЕРН, Швейцария). Как с теоретической, так и с технической точки зрения эта задача оказалась еще более сложной из-за необходимости комплексного обеспе чения ряда противоречивых условий. Тем не менее накопленный опыт позволил к 2002–2003 годам найти необходимые методические, инженерные и технологические решения, которые были утверждены экспертным советом LHC. Одновременно была начата промышленная реализация системы. Все работы проводятся в тесном сотруд ничестве с институтами и предприятиями России (МЭИ, АТН, «Торий»), Республи ки Беларусь (ИТМО, ИГГ АНБ), Болгарии (ЭЛСИЭЛ, ИЯИЯЭ БАН), Германии (DESY), Чехии («Вакуум-Прага») и т.д. Разработки, полученные в ходе выполнения проекта, успешно внедряются и используются в различных прикладных ускоритель ных установках.

С 1995 года ОИЯИ является членом коллаборации TESLA, в рамках которой в DESY разрабатывается новый линейный электрон-позитронный коллайдер на осно ве сверхпроводящих ускоряющих секций с высоким темпом ускорения. Специалис ты ЛФЧ принимали активное участие на всех этапах разработки проекта TESLA, вне ся наиболее весомый вклад в развитие ускорительных технологий с использованием рентгеновских ЛСЭ. Результаты работ специалистов из ОИЯИ по проекту TESLA по лучили высокую оценку в рамках коллаборации и широкое международное призна ние. Они оказали заметное влияние на развитие проекта в части опции гамма-гамма коллайдера и рентгеновского лазера. В частности, основной схемой для рентгенов ского лазера на тестовом ускорителе TESLA принята двухкаскадная схема, обеспечи вающая полную продольную когерентность излучения. Как перспективное развитие рентгеновского ЛСЭ, для TESLA принята многокаскадная схема генерации импуль сов излучения аттосекундной длительности. Работы неизменно поддерживались це левым финансированием BMBF (Министерство науки и техники Германии) и целе выми грантами Польши. Благодаря этой поддержке на тестовом ускорителе TESLA специалистами ОИЯИ был проведен эксперимент по изучению ЛСЭ нового типа – регенеративного ЛСЭ-усилителя.

В ОИЯИ развивается новое нетрадиционное направление в технике электронных ускорителей для радиационных технологий. В частности, разрабатываемые в ЛФЧ многопучковые ускорители с высокой частотой повторения обеспечивают возмож ность использования очень дешевых постоянных электрических полей для ускорения Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page 480 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ вторичных электронов. С 1995 года эти работы поддерживались Институтом ядерных исследований и ядерной энергетики (София, Болгария), а с 2001 года они получили внебюджетное финансирование в рамках соглашений о сотрудничестве между ОИЯИ и USTC (Хефей, Китай) и фирмой MUS (Токио, Япония).

Источники ионов на электронно-циклотронном резонансе (ЭЦР) и электронно лучевые источники ионов (ЭЛИИ) являются сегодня основными видами источников с последовательной ионизацией электронным ударом. Исследования в области фи зики источников ионов начались в ОИЯИ в начале 80-х годов в связи с идеями ис пользования легких малозарядных ионов для охлаждения тяжелых многозарядных ионов и отбора энергии ионов из пучка ЭЛИИ (ионное охлаждение). В начале 90-х годов в ЛФЧ начались интенсивные исследования по физике ЭЦР-источников. В 1992 году было начато сотрудничество по физике многозарядных источников ионов между ОИЯИ и ЦЕРН. Программа ОИЯИ–ЦЕРН по теоретическим исследованиям в этой области осуществлялась в рамках программы по ускорению ионов свинца на ускорительном комплексе PS и SPS в CERN в 1993–1995 годах. В последующие годы в рамках сотрудничества с RIKEN (Япония) и LNS INFN (Италия) проведены наи более важные теоретические исследования по образованию и накоплению ионов в ЭЦР-источнике. Новый сверхпроводящий ЭЦР-источник SERSE разработан и сконструирован в INFN-LNS (Катания, Италия) и CEA-DRFMC (Гренобль, Фран ция), испытан в Гренобле и смонтирован в Катании в середине 1998 года. С 1995 го да ЛФЧ участвовала в исследовательско-конструкторских работах по проектирова нию линии транспортировки низкоэнергетического пучка ионов между лазерным источником ионов и ионным RFQ в CERN. В 1999 году в сотрудничестве с RIKEN подготовлен и начат новый проект по применению модели крупных частиц в ком пьютерных программах и численном моделировании для многокомпонентной ЭЦР плазмы. В последние годы экспериментальная деятельность связана с исследования ми на ЭЦР-источниках в RIKEN (Франкфурт) и ЛЯР ОИЯИ с целью усовершенствования их работы и получения большей информации об основных ха рактеристиках ЭЦР-плазмы.

В конце 2000 года приказом по ОИЯИ в ЛФЧ для завершения ускорительной ча сти проекта ИРЕН образован научно-экспериментальный отдел ускоряющих систем.

Проектом ИРЕН предусмотрено создание в ОИЯИ новой базовой установки – ин тенсивного источника резонансных нейтронов с параметрами нейтронных пучков, обеспечивающими возможности постановки и решения широкого спектра задач как в области фундаментальных ядерно-физических, так и в области прикладных иссле дований. Импульсный источник использует бустерный принцип быстрого размноже ния первичных нейтронов в размножающей мишени, содержащей подкритическую сборку тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) из 239Pu. В качестве драйвера, иниции рующего появление первичных нейтронов, используется пучок электронов линейно го ускорителя электронов (ЛУЭ-200). В разработке проекта и создании ускорителя принимают участие четыре лаборатории ОИЯИ, а также ряд научно-производствен ных организаций стран-участниц ОИЯИ и ведущих ускорительных центров других стран. Помимо Института ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН (Новосибирск) существенный вклад в оснащение ускорителя внесен Стамфордским центром линей ного ускорителя (SLAC, USA), Ереванским физическим институтом (Республика Ар Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page Лаборатория физики частиц Камера с зеркальным и диагностическим оборудованием проекта «Регенеративный усилитель ЛСЭ» (RAFEL) М.Юрков, Е.Шнайдмиллер (DESY) и А.Фатеев настраивают камеру проекта RAFEL Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page 482 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ А.Фатеев (слева) с польскими коллегами завершают сборку камеры диагностики отраженного излучения мения), фирмой «Вакуум-Прага» (Чехия) и Базой развития и внедрения Болгарской академии наук (София, Болгария). В совместных экспериментах с ИЯФ СО РАН при тестировании прототипов ускоряющих секций для ускорителя ЛУЭ-200 достигнуты рекордные темпы ускорения интенсивного пучка электронов для ускоряющих струк тур с бегущей волной S-band диапазона.

5. Серпуховской научно-экспериментальный отдел ОИЯИ–ИФВЭ: многолетнее уникальнейшее сотрудничество Особое место среди национальных центров стран-участниц для ОИЯИ занимает Ин ститут физики высоких энергий (ИФВЭ, Протвино).

В октябре 1967 года в ИФВЭ на только что построенном ускорителе У-70 впервые в мире был получен пучок ускоренных протонов с рекордной в мире энергией 76 мил лиардов электрон-вольт, что позволило физикам Советского Союза и ОИЯИ прово дить систематические исследования свойств микромира в той области энергий, кото рая ранее была недоступна.

Академик Н.Н.Боголюбов, который в это время занимал пост директора ОИЯИ и был первым научным руководителем ИФВЭ, в конце 1967 года писал: «В прошедшем году важное место в деятельности ОИЯИ занимала подготовка к экспериментам на Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page Лаборатория физики частиц гигантском ускорителе протонов, построенном в Советском Союзе близ города Сер пухова. Такое развитие событий диктовало нам необходимость более тщательного пе ресмотра нашей программы подготовки к экспериментам в ИФВЭ с целью ее интен сификации».

18 июня 1970 года было подписано Соглашение о научно-техническом сотрудни честве между Государственным комитетом по использованию атомной энергии СССР и Объединенным институтом ядерных исследований, заложившее основу уча стия ученых ОИЯИ в экспериментах на У-70.

Физики ОИЯИ и институтов стран-участниц получили прекрасные условия для проведения экспериментов по физике высоких энергий на ускорителе ИФВЭ.

Со своей стороны ОИЯИ обеспечил оснащение производственной базы ИФВЭ первоклассными чехословацкими станками, принял участие в строительстве произ водственных и жилых зданий.

Для реализации решения Ученого совета по выполнению программы научных ис следований ОИЯИ по физике высоких энергий и в целях лучшей организации работ ученых стран-участниц ОИЯИ приказом от 2 февраля 1968 г. № 21 был создан специ альный отдел – Серпуховской научно-экспериментальный отдел (СНЭО). Началь ником отдела был назначен д.ф.-м.н. М.И.Соловьев.

Вновь созданный отдел должен был действовать оперативно. Уже в апреле 1968 го да ОИЯИ поставил эксперимент по изучению рассеяния протонов на протонах и дей тонах на малые углы (руководитель В.А.Никитин). На этой установке впервые в мире была разработана и применена «струйная водородная и дейтериевая мишень». В ре зультате всего год спустя после запуска ускорителя физиками ОИЯИ в совместных ис следованиях с ИФВЭ были получены первые предварительные сведения о поведении упругого протон-протонного рассеяния в ранее недоступной области энергий.

В результате этого эксперимента была установлена неизвестная ранее закономер ность изменения радиуса сильного взаимодействия протонов при высоких энергиях, заключающаяся в том, что радиус сильного взаимодействия протонов с протонами при энергиях свыше 10 ГэВ увеличивается при возрастании энергии (открытие № 244, зарегистрированное в Государственном реестре открытий СССР). Это означа ет, что с ростом энергии эффективный радиус протона растет, а сам протон становит ся более прозрачным.

В опытах по измерению упругого рассеяния протонов на протонах удалось полу чить новые принципиально важные сведения о вещественной части амплитуды их рассеяния при высоких энергиях. Эти результаты вызвали большой интерес научной общественности и впервые доказали, что фундаментальные принципы теории (при чинность, унитарность) не нарушаются. Работа вошла в цикл исследований по от крытию «Серпуховского эффекта» и была отмечена Государственной премией. Необ ходимо отметить, что этот коллектив вместе со своей «мишенью» был приглашен в качестве первоочередного на суперциклотрон с энергией в 400 ГэВ/с в США (Лабо ратория Ферми).

Вскоре в ИФВЭ была привезена и смонтирована установка для изучения регене рации на водороде, дейтерии и углероде долгоживущих К0-мезонов в короткоживу щие К0-мезоны (установка БИС, руководитель И.А.Савин, затем БИС-2, руководи тель М.Ф.Лихачев).

Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page 484 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ На этой установке впервые было систематически исследовано асимптотическое поведение амплитуд упругого рассеяния вперед нейтральных каонов. Актуальность этих исследований обосновывалась необходимостью проверки основных положений и выводов асимптотических теорий сильных взаимодействий, дисперсионных соот ношений, модели комплексных угловых моментов. На этой же установке зарегистри ровано большое количество трехчастичных распадов короткоживущих и долгоживу щих нейтральных каонов, изучение которых позволило выяснить многие вопросы теории слабых взаимодействий.

Также на экспериментальной установке БИС-2 выполнена широкая программа исследований короткоживущих очарованных частиц и поиск новых узких барионных резонансов, распадающихся на странные и обычные частицы. В результате этих ис следований обнаружено аномально большое сечение образования очарованного -гиперона, а также установлено существование асимметрии в его распаде.

Продолжение этой программы в последующие годы реализовано на новой уста новке ЭКСЧАРМ, которая специально предназначалась для изучения рождения странных и очарованных частиц в пучке высокоэнергичных нейтронов на специаль ном канале (II примыкание) ускорителя У-70. В результате впервые получены новые важные результаты о свойствах рождения и распада этих частиц.

В эти же годы проведен совместный ОИЯИ–ИФВЭ–США эксперимент по рас сеянию - и K–-мезонов на электронах (руководитель Э.Н.Цыганов). В результате опыта впервые непосредственно измерен эффективный радиус (формфактор) неста бильных частиц (- и K-мезона), в распадах которых не участвуют нуклоны. Величи на формфактора оказалась приблизительно такой же, как и у нуклона при одинако вой энергии налетающих частиц. В эксперименте использовалась оригинальная методика, которая впоследствии успешно применена в совместных экспериментах на ускорителе в Батавии (США).

Под руководством В.И.Петрухина создана установка для поиска тяжелых частиц и антиядер, завершившаяся открытием антитрития.

Из ОИЯИ в ИФВЭ перевезены и установлены двухметровая тяжеложидкостная пузырьковая камера для исследования пи-минус протон и пи-минус углерод взаимо действий (руководители М.И.Соловьев и В.Г.Гришин), а также крупнейшая в стра нах-участницах ОИЯИ двухметровая жидководородная камера «Людмила» для ис – – следования рр- и dp-взаимодействий (руководители И.М.Граменицкий и Н.М.Вирясов).

В результате изучения на этих камерах процессов множественного рождения час тиц впервые обнаружены новые закономерности в рождении частиц при высоких энергиях. В частности, обнаружено новое явление в микромире – так называемое мас штабное поведение множественности вторичных частиц в пион-нуклонных, антипро тон-протонных и пион-ядерных взаимодействиях, а также установлена возможность обильного рождения резонансов. Кроме того, исследование свойств рождения адрон ных струй в пион-нуклонных взаимодействиях при 40 ГэВ/с подтвердило универсаль ность механизма фрагментации кварков и дикварков в адроны в мягких адрон-ну клонных и позитрон-электронных столкновениях при одинаковой энергии в с.ц.м.

При изучении свойств антипротон-протонных взаимодействий при импульсе 22,4 ГэВ/с обнаружена выстроенность спина -мезона, что прямо доказывало нали Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page Лаборатория физики частиц чие поляризации кварков на стадии перед их соединением в мезон. При использова нии трековочувствительной жидкодейтериевой мишени внутри рабочего объема ка меры «Людмила» получены данные о свойствах основных характеристик никем ранее не изучавшихся антидейтон-дейтонных столкновений при энергии 12 ГэВ.

С помощью специально созданного и установленного на пучке 40 ГэВ У-70 пяти метрового искрового спектрометра (установка МИС-1 и затем МИС-2) было надеж но установлено существование новых нестабильных возбужденных состояний -ме зона, распадающегося на три обычных -мезона.

Обработка огромного (в основном, фильмового) экспериментального материала, полученного на ускорителе ИФВЭ на этих установках, велась во многих националь ных институтах стран-участниц ОИЯИ. Так впервые родилась новая форма научно технического сотрудничества, которую выразительно назвали «физика на расстоя нии». Эта новая форма сотрудничества позволила вовлекать в проведение исследований на переднем рубеже знаний коллективы, которым самостоятельное проведение подобных работ было бы не под силу.

С первых дней работы У-70 было начато изучение поляризационных эффектов в области самых высоких на то время энергий на совместно созданной ОИЯИ и ИФВЭ установке «Проза-Поляриметр» (руководитель Ю.М.Казаринов). Важной особенно стью этой установки являлась разработанная в ОИЯИ под руководством Б.С.Негано ва большая поляризованная «замороженная» мишень, которая могла работать в двух вариантах – протонном и дейтронном, что существенно расширяло круг изучаемых явлений поляризации. В результате исследований поляризационных эффектов в заря дово-обменных процессах впервые установлена сложная зависимость поляризации в пион-протонном рассеянии с обменом заряда. В результате опытов впервые получено экспериментальное доказательство важной роли спина при высоких энергиях.

Большая программа совместных ИФВЭ–ОИЯИ исследований гиперзарядово-об менных реакций выполнена на установке ГИПЕРОН (руководители Ю.А.Будагов и В.Б.Флягин). Установка была нацелена на изучение динамики процессов с весьма малыми сечениями на основе очень большой статистики. В этом эксперименте, по мимо новой научной информации о свойствах гиперзарядово-обменных реакций, получены важные сведения о кварковом составе -мезона и верхней границе вероят ности распада короткоживущего нейтрального каона на электрон и позитрон.

Установка ГИПЕРОН развивается и продолжает работать до сих пор на пучках У-70. Основная программа исследований сейчас направлена на изучение редких рас падов заряженных каонов.

Исследование свойств образования и распадов релятивистских позитрониев, об разующихся в результате редкого, ранее не наблюдавшегося распада нейтрального пи-мезона на фотон и позитроний, выполнено в эксперименте «Позитроний» (руко водитель Л.Л.Неменов). Для регистрации позитрония разработаны и созданы трехме тровые дрейфовые камеры, в которых впервые применен режим самогасящегося стримерного разряда, предложенный специалистами ОИЯИ.

Ряд важных физических результатов получен в совместных ОИЯИ–ИФВЭ экспе риментах по программе СИГМА-АЯКС (руководитель от ОИЯИ Г.В.Мицельмахер).

Детально исследован так называемый комптон-эффект на -мезоне. Ранее комптон эффект зарегистрирован лишь для стабильных частиц – протона и электрона. В ре Dubna-3 1/10/06 6:02 PM Page 486 III. Научно-исследовательская деятельность ОИЯИ зультате эксперимента впервые была измерена фундаментальная структурная кон станта поляризуемости пиона. Параллельно велось также изучение процесса образо вания пионных пар пионами в кулоновском поле ядер. Эти исследования дополняют эксперименты по распаду нейтрального пиона и делают возможным прямую провер ку как цветной SU(3)-теории, так и гипотезы об аномалиях в киральной теории.

В ОИЯИ был создан и установлен на У-70 нейтринный детектор (руководитель от ОИЯИ С.А.Бунятов) для изучения взаимодействий нейтрино с нуклонами и электро нами, а также поиска событий, свидетельствующих об осцилляции нейтрино.

В первые годы работы У-70 учеными ОИЯИ был проведен ряд поисковых экспе риментов, в том числе: поиск существования монополя Дирака (руководитель В.П.Зрелов), поиск короткоживущих частиц (установка ТАУ, руководитель Л.С.Зо лин), поиск аномально долгоживущих странных частиц (руководитель Б.М.Понте корво), исследование редких и радиационных распадов K–-мезонов (установка ИСТРА, руководитель от ОИЯИ Б.Ж.Залиханов).

Всего начиная с 1967 года в ИФВЭ приняты и одобрены около 175 предложений экспериментов. В одном из своих выступлений академик А.А.Логунов отметил: «Уче ные ОИЯИ подготовили и провели более 50 экспериментов. Это около трети всех экспериментов на нашем ускорителе и треть времени работы ускорителя на физиче ский эксперимент».

В настоящее время в ОИЯИ готовятся два новых предложения: проект по обнару жению прямого СР-нарушения и уточнению характеристик параметров Стандартной Модели и проект «Термализация» – исследование процессов с предельной множест венностью.

Вся деятельность ученых ОИЯИ в ИФВЭ протекала под эгидой практически ежегодных совместных совещаний дирекций ОИЯИ и ИФВЭ. Кроме этого, 24 июня 1992 года было заключено Соглашение о научно-техническом сотрудничестве между ИФВЭ и ОИЯИ, которое и определяет в настоящее время связи между нашими ин ститутами.

Во всех проведенных и проводящихся ОИЯИ в ИФВЭ экспериментах вложен по рой определяющий труд рабочих, техников, инженеров и ученых Серпуховского на учно-экспериментального отдела. Подавляющее большинство сотрудников СНЭО имеют высокую профессиональную квалификацию, поскольку в процессах монтажа, наладки и проведения исследований они должны быть прекрасно подготовлены для работы с любыми типами детекторов. Это позволяет им и сейчас быть востребован ными для подготовки и проведения экспериментов не только в ИФВЭ, но и на зару бежных ускорителях.



Pages:     | 1 ||
 














 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.