В феврале, в рамках дней науки в новосибирском Академгородке, сходил на экскурсию в Институт Ядерной Физики. Километры подземных переходов, ускорители элементарных частиц, лазеры, генераторы плазмы и другие чудеса науки в этом репортаже.

1.
«/>

Фотографии и текст wizarden
1.

2. Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН) – крупнейший академический институт страны, один из ведущих мировых центров в области физики высоких энергий и ускорителей, физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза. В институте ведутся крупномасштабные эксперименты по физике элементарных частиц, разрабатываются современные ускорители, интенсивные источники синхротронного излучения и лазеры на свободных электронах. По большинству своих направлений Институт является единственным в России.

3. Первые приборы, которые встречает посетитель прямо в коридоре института — резонатор и поворотный магнит с ВЭПП-2М . На сегодня музейные экспонаты. Так выглядит резонатор. По сути это ускоритель элементарных частиц.

4. Установка со встречными электрон-позитронными пучками ВЭПП-2М начала работать с 1974 года. До 1990 года она несколько раз модернизировалась, была улучшена инжекционная часть и установлены новые детекторы для проведения экспериментов по физике высоких энергий.

«/>

5. Следующая установка — ускорительный комплекс ВЭПП-2000.

6. Коллайдер ВЭПП-2000 – современная установка со встречными электрон-позитронными пучками, построенная в ИЯФ СО РАН в начале 2000-х годов вместо успешно завершившего физическую программу кольца ВЭПП-2М. Новый накопитель имеет более широкий диапазон энергий от 160 до 1000 МэВ в пучке, и на порядок более высокую светимость, то есть число интересных событий в единицу времени.

7. Высокая светимость достигается использованием оригинальной концепции круглых сталкивающихся пучков, впервые предложенной в ИЯФ СО РАН и применённой на ВЭПП-2000. В местах встречи пучков расположены детекторы КМД-3 и СНД. Они регистрируют разнообразные процессы, происходящие при аннигиляции электрона с его античастицей – позитроном, такие, как рождение лёгких мезонов или нуклон-антинуклонных пар.

8. Создание ВЭПП-2000 с применением целого ряда передовых решений в магнитной системе и системе пучковой диагностики в 2012 году было отмечено престижной в области физики ускорителей Премией им. Векслера.

«/>

9. Пультовая ВЭПП-2000. Отсюда осуществляется управление установкой.

10. Помимо компьютерной техники, для мониторинга и управления установкой используются и вот такие приборные шкафы.

«/>

11. Здесь всё наглядно, на лампочках.

12. Пройдя не меньше километра по коридорам института, мы попали на станцию синхротронного излучения.

13. Синхротронное излучение (СИ) возникает при движении высокоэнергетичных электронов в магнитном поле в ускорителях.

14. Кроме чисто научных исследований, СИ используется и для прикладных задач. Например, разработка новых электродных материалов литий-ионных аккумуляторов для электромобилей или новых взрывчатых веществ.

15. В России существует два центра по использованию СИ — Курчатовский источник СИ (КИСИ) и Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения (СЦСТИ) ИЯФ СО РАН. В Сибирском центре используются пучки СИ из накопителя ВЭПП-3 и из электрон-позитронного коллайдера ВЭПП-4.

«/>

16. Вот эта жёлтая камера — станция «Взрыв». В ней исследуют детонацию взрывчатых веществ.

17. Центр обладает развитой приборной базой для проведения пробоподготовки и сопутствующих исследований. В центре работает около 50 научных групп из институтов Сибирского научного центра и из сибирских университетов.

18. Установка загружена экспериментами очень плотно. Работа не прекращается здесь даже ночью.

19. Переходим в другой корпус. Помещение с железной дверью и надписью «Не входить радиация» — нам сюда.

20. Здесь находится прототип ускорительного источника эпитепловых нейтронов, пригодного для широкого внедрения бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) в клиническую практику. Проще говоря, прибор для борьбы с раком. Несколько снимков из этой лаборатории.

«/>

21.

22. Идём дальше. Особенностью Института Ядерной Физики (ИЯФ СО РАН) является наличие крупного экспериментального производства (около 1 000 человек) с высоким уровнем технического и технологического оснащения.

«/>

23. Здесь разрабатывается и изготавливается сложное и уникальное научное оборудование.

«/>

24.

«/>

25.

«/>

26.

27. Отдельно надо отметить подземные переходы института. Не знаю точно, сколько их общая длина, но думаю пара-тройка станций метро тут запросто бы поместились. Несведущему человеку в них очень легко заблудиться, зато сотрудники могут попасть из них практически в любое место огромного учреждения.

28. Ну а мы попали на установку «Гофрированная ловушка» (ГОЛ-3). Она относится к классу открытых ловушек для удержания субтермоядерной плазмы во внешнем магнитном поле. Нагрев плазмы на установке осуществляется при помощи инжекции релятивистских электронных пучков в предварительно созданную дейтериевую плазму.

29. Установка ГОЛ-3 состоит из трёх частей: ускорителя У-2, основного соленоида и выходного узла. У-2 вытягивает из взрывоэмиссионного катода и ускоряет в ленточном диоде электроны до энергии порядка 1 МэВ. Созданный мощный релятивистский пучок сжимается и инжектируется в основной соленоид, где в дейтериевой плазме возникает большой уровень микротурбулентности и пучок теряет до 40% своей энергии, передавая её электронам плазмы.
В нижней части установки находится основной соленоид и выходной узел.

«/>

30. А на верхней — генератор электронного пучка У-2 .

«/>

31.

32. На установке проводятся эксперименты по физике удержания плазмы в открытых магнитных системах, физике коллективного взаимодействия электронных пучков с плазмой, взаимодействию мощных плазменных потоков с материалами, а также отработке плазменных технологий для научных исследований.

33. Идея многопробочного удержания плазмы предложена в 1971 г. Г. И. Будкером, В. В. Мирновым и Д. Д. Рютовым. Многопробочная ловушка — это набор соединенных пробкотронов, формирующих гофрированное магнитное поле.

«/>

34.

35. В такой системе заряженные частицы разбиваются на две группы: захваченные в одиночных пробкотронах и пролётные, попавшие в конус потерь одиночного пробкотрона.

«/>

36.

«/>

37.

«/>

38.

39. Последней в экскурсии, но, пожалуй, самой впечатляющей стала Газодинамическая ловушка (ГДЛ) . Мне, человеку далёкому от науки, она напомнила какой-то космический корабль в сборочном цехе.

40. Важной проблемой УТС на основе открытых ловушек является термоизоляция плазмы от торцевой стенки. Дело в том, что в открытых ловушках, в отличие от замкнутых систем типа токамак или стелларатор, плазма вытекает из ловушки и попадает на плазмоприемники. При этом холодные электроны, эмитированные под действием потока плазмы с поверхности плазмоприемника, могут проникать обратно в ловушку и сильно охлаждать плазму.

41. В экспериментах по изучению продольного удержания плазмы на установке ГДЛ было экспериментально показано, что расширяющееся магнитное поле за пробкой перед плазмориемником в торцевых баках — расширителях препятствует проникновению холодных электронов в ловушку и эффективно термоизолирует плазму от торцевой стенки.
В рамках экспериментальной программы ГДЛ ведется постоянная работа по повышению устойчивости плазмы, уменьшению и подавлению продольных потерь плазмы и энергии из ловушки, исследованию поведения плазмы в различных условиях работы установки, повышению температуры мишенной плазмы и плотности быстрых частиц. Установка ГДЛ оснащена самыми современными средствами диагностики плазмы. Большинство из них разработано в ИЯФ и даже поставляется по контрактам для других плазменных лабораторий, в том числе и зарубежных.

«/>

42. Лазеры в ИЯФ повсюду и здесь тоже.

«/>

Вот такая экскурсия по Институту Ядерной Физики.