На прошлой неделе в Дубну прибыли первые элементы системы электронного охлаждения (СЭО) коллайдера NICA, которая в дальнейшем будет обеспечивать его высокую светимость.

Родина самого метода — Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН в Новосибирске, откуда и пришел ценный для коллайдера груз. Всего на коллайдере NICA специалисты поставят две таких системы, для его обоих колец. СЭО — это довольно крупное сооружение, в нем будет достигаться высокая энергия электронов – до 2,5 МэВ.

Схему СЭО, как и сам метод охлаждения, предложенную и осуществленную в 1967 г. в ИЯФ СО РАН, специалисты затем использовали более чем в 15 синхротронах мира. Электронный пучок СЭО вводится на часть орбиты коллайдера, путешествует одновременно с пучком ионов в кольце коллайдера и затем выводится в коллектор (приемник электронов). За это время совместного «путешествия» холодные электроны забирают избыточную кинетическую энергию у ионов, вращающихся в коллайдере. В результате поперечные скорости и разброс продольных скоростей ионов уменьшаются. Это и есть эффект охлаждения. Фокусирующая система коллайдера сжимает ионные пучки за счет падения их скоростей и уменьшается размер пучка, что обеспечивает большее число столкновений ионов за один пролет участка встречи пучков, возрастает число событий в единицу времени – так называемая светимость, главная характеристика любого коллайдера.

В этот раз ОИЯИ получил бак СЭО, в котором размещается высоковольтная система на 2.5 миллиона вольт напряжения. «Это довольно грандиозное сооружение — только один бак весит 7 тонн, а его высота 5.1 метра. Поэтому перед специалистами ЛФВЭ под руководством Антона Сергеева стояла непростая задача по выгрузке бака, с которой они успешно справились», — отмечает один из авторов метода электронного охлаждения, научный руководитель ускорительного комплекса NICA, академик Игорь Мешков. «Размеры бака определяются необходимостью обеспечить зазоры, которые выдержат высокое напряжение между его стенками и элементами электростатического линейного ускорителя электронов, размещенного внутри».

Этим же транспортом присланы два элемента СЭО – соленоиды, создающие продольное магнитное поле, в котором формируется и транспортируется электронный пучок. Кроме того, магнитное поле существенно улучшает качество электронного пучка и позволяет снизить поперечные скорости электронов, что повышает эффективность охлаждения. Геометрия установок СЭО довольно сложная. Магнитное поле внутри и вне бака создается соленоидами, которые вне бака на части траектории электронного пучка загнуты – имеют форму отрезка тора. Такая тороидальная катушка приводит электроны на прямолинейный участок траектории ионов коллайдера. Это и есть участок охлаждения.

Тороидальный соленоид в экране

«Это лишь 5-10 процентов всего оборудования, которое мы ждем для СЭО из Новосибирска. Всего мы ожидаем восемь машин с элементами системы», — сообщил Игорь Мешков. «Практически все оборудование готово и протестировано коллегами в ИЯФ СО РАН. В наших планах монтировать элементы СЭО по мере их поступления в Дубну».

Стоит отметить, что это уже вторая система электронного охлаждения. Первая такая установка на меньшую энергию электронов – 50 кэВ, что в 50 раз меньше, чем на СЭО для коллайдера, — также изготовлена в ИЯФ и уже работает на Бустере. Все три СЭО – Бустера и Коллайдера – разработаны и построены группой ИЯФ под руководством академика В.В.Пархомчука и его ученика В.Б.Рева. Оба они широко известны среди специалистов по охлаждению ионных и антипротонных пучков.

Система электронного охлаждения коллайдера NICA