БЛОГ
Недостроенный коллайдер в Протвино
Последний крупный проект советской науки глубоко под лесами дальнего подмосковья
Внедрение
Подмосковный лес поздней осенью, первые заморозки схватили глину на проселочной дороге. С ближайших дач раздается приглушенный лай собак, трое выходят из перелеска на поросшие кустарником бетонные развалины. Петляя среди строительного мусора и остовов зданий, они выходят к неприметной будке, на которой красуется надпись "Объект охраняется". Дверь заперта изнутри. В паре метров от будки из-под земли выходит струйка теплого воздуха. Его ни с чем не перепутать - это запах подземного строительства. Двое начинают копать руками глину, через десять минут в отверстие уже умещается человек. Еще пять минут, и все трое уже внутри будки. В центре нее крышка, вниз на пятнадцать пролетов уходит шахтный ствол с лестницей. Слышно, как внизу идет бесконечный дождь из конденсата.
Взмах ручкой рубильника, и под мерный гул трансформаторов в шахте зажигаются с десяток блеклых ламп, превращающих лестницу в огромную многоножку. Все стены обшиты толстыми листами металла. В темноту отходит короткий коридор, вскоре обрывающийся большим тоннелем, уходящим налево и направо в бесконечность. Местами гидроизоляция еще не сделана, и с потолка струйками под высоким давлением льется вода. Вдалеке шумят насосы дренажной перекачки. Воздух теплый и влажный, с запахом метростроя.
Главное кольцо ускорителя, размером с тоннель московского метро, идет под землей на несколько десятков километров. Периодически в стороны отходят выработки к шахтам на поверхность, в некоторых участках параллельно основному тоннелю идет такого же размера дублирующий. Масштабы проделанных работ поражают воображение.
В большей части тоннелей завершены строительные работы. Сверху установлено рабочее освещение и проходят силовые кабели, рельсы узкой колеи утоплены в бетон, стены выкрашены в коричневый цвет.
Протонный коллайдер в Протвино
СССР мог позволить себе проводить фундаментальные научные исследования. С этой целью в 80-х был разработан и частично реализован масштабный проект Ускорительно-накопительного комплекса (УНК) на базе Института Физики Высоких Энергий.

Технически это можно сравнить с постройкой кольцевой линии метро в подмосковном лесу, но намного сложнее и дороже.
1
Как в ЦЕРНе?
Практически. Только на десять лет раньше.
2
Зачем строить под землей?
  • Рабочая температура для исследований -271С, под землей ее легче поддерживать
  • Минимум влияния наземных помех на высокоточное оборудование
3
Зачем вообще это нужно?
Фундаментальные исследования не дают конкретной выгоды здесь и сейчас, но существенно двигают всю науку вперед. Многие достижения последних лет - это побочный продукт таких исследований.
1983 год. Ускорительно-накопительный комплекс разрабатывается как база для дальнейшего развития и углубления исследований в области физики высоких энергий. Общая длина подземного кольца составит 20772 м. Ускоритель двухступенчатый, обе ступени располагаются в общем тоннеле. После предварительного ускорения протонов в первой ступени с теплыми магнитами, пучок переводится во вторую ступень со сверхпроводящими (холодными) магнитами. Размеры туннеля УНК выбраны с таким расчетом, чтобы в будущем в нем расположилось накопительное сверхпроводящее кольцо УНК-3.

Попроще, братишка
В большом 21-км кольце УНК находятся одна труба первой ступени ускорителя с теплыми магнитами (УНК-1) и две трубы второй ступени со сверхпроводящими холодными магнитами (УНК-2 и УНК-3). Магниты ускоряют и направляют пучок частиц. Сам тоннель построен с запасом и позволяет с комфортом проводить техническое обслуживание (тоннель шире, чем в коллайдере ЦЕРНа).
Пучок частиц создается и разгоняется в малом ускорителе У-70, затем переводится по первому соединительному тоннелю в большое кольцо УНК против часовой стрелки на теплые магниты, где разгоняется еще больше и переводится на сверхпроводящие магниты.
Тем временем в малом ускорителе разгоняется очередная порция частиц и направляется в большое кольцо УНК, но уже по второму соединительному тоннелю (на схеме не указан) по часовой стрелке на освободившиеся к тому времени теплые магниты. Поток частиц разгоняется и переводится на сверхпроводящие магниты. Затем пучки частиц сталкивают друг с другом.
Физически УНК-1 расположен над СП-кольцом УНК-2. В плане идеальные орбиты этих ускорителей точно совпадают.

В структуру кольцевого туннеля введены шесть прямолинейных промежутков. Вводной и выводной прямолинейные промежутки (СПП1 и СПП4) имеют длину по 800м. В них будут размещены все технологические системы ускорителя. Остальные четыре промежутка длиной по 490 м предназначены для работы со встречными пучками, там же пересекаются орбиты II и III ступеней. Пучок из У-70 инжектируется в СПП1, где расположена система перевода пучка в УНК-2. Вывод ускоренных частиц производится из СПП4.

Для осуществления встречных протон-протонных пучков с энергией 6ТэВ в тоннеле ускорителя будет помещено второе СП-кольцо (УНК-3). Орбиты УНК-2 и УНК-3 расположены в одной горизонтальной плоскости. Чтобы осуществить их пересечение в четырех прямолинейных промежутках, производится перевод пучков с одного края тоннеля на другой.
Для экспериментов со встречными пучками предназначены СПП 2, 3, 5, 6. Прямолинейный промежуток СПП4 предназначен для вывода ускоренного пучка в направлении экспериментальной базы.

Средняя электрическая мощность, потребляемая всеми системами УНК, составляет приблизительно 100МВт, максимальная не превышает 300МВт.

В 12 зданиях, расположенных равномерно по периметру УНК, размещаются системы обеспечения кольцевого ускорителя: источники питания, ЭВМ систем диагностики и управления, системы охлаждения оборудования, теплообменники и вентиляционные системы туннеля. Криогенное оборудование размещается в подземных помещениях, примыкающих к шахте.
90-е и конец финансирования
Строительство проекта остановилось в связи с серьезным урезанием финансирования в 90-е. Работы в самом подземном 21-километровом тоннеле и его технологических комплексах вяло продолжались, чтобы не допустить затопления выработок грунтовыми водами. Проходческие щиты были законсервированы под землей на много лет. Главное кольцо успели замкнуть и обшить металлоизолом, работы над подземной экспериментальной базой с мишенями нейтринной и адронной зон прекратились.
Канал инжекции
служит для перевода пучка из У-70 в УНК. В 1994г. осуществлен пробный запуск канала инжекции с протонным пучком. Пучок направлялся в канал инжекции и транспортировался до поглотителя, расположенного в конце поворотной части расстоянии 2 км от точки вывода.
Система аварийного сброса
пучка должна обеспечить быстрый вывод пучка при возникновении нештатной ситуации.
Поглотитель аварийного вывода
располагается в специальной подземной камере диаметром 9 м и длиной 30 м на расстоянии 313 м от конца СПП-1. В качестве материала, поглощающего энергию пучка, выбран технический графит. Для защиты грунта и грунтовых вод от радиации вокруг поглотителя предусматривается защита 3-5 м из тяжелого бетона.
1993 год. В связи с резким уменьшением объема финансирования программы УНК принято решение сосредоточить усилия на первой ступени УНК. Кроме экспериментов с выведенным пучком на внешних мишенях решено подготовить первоочередно эксперимент "Нептун".

Зал Нептун размером 15 х 60 м^2, расположен на глубине 57 м.
The 9 m shaft for heavy equipment, the 7 m shaft for light equipment and people, and the various NEPTUN spectrometers.
«Американские коллеги тоже не теряли времени и значи­тельно продвинулись вперед в своей части эксперимента - создании струйной мише­ни. Струйная мишень обойдется в сумму около 3 миллионов долларов. На­ши затраты оценивать сложнее, но мож­но считать, что "американский вклад" в Нептун - это около одной седьмой части всех затрат. Вроде бы немного, но, во-первых, струй­ная мишень позволит увеличить "свети­мость" установки в 100 раз, т .е. работа физической установки станет намного эф­фективнее.»

Владимир Соловьянов
17.12.1940 - 26.06.2001

руководитель эксперимен­та, кандидат физико-математических на­ук
Итак, подземное кольцо для будущего ускорительно-накопительного комплекса протонов (УНК) наконец-то замкнулось!
областная "Народная газета" г. Протвино,
декабрь 1994 г.
Аккумуляторный электровоз в главном тоннеле УНК
Экспериментальный зал Нептун
Технологические тоннели возле зала Нептун
Камера аварийного вывода
Нейтринный детектор
Кроме экспериментов на самом ускорителе, в проекте заложена возможность регистрации потока нейтрино на огромном расстоянии от самого кольца. Если попроще - частицы разгоняются в УНК и выводятся из кольца в направлении Байкала. Без тоннеля разумеется, просто проникают через толщи земной породы, и регистрируются на подводном детекторе в водах Байкала. Чтобы замерить параметры выходящего начального потока, через 1 км после окончания туннеля копают глубокий шахтный ствол ровно на его направлении (планета круглая, поэтому пучок нейтрино должен заходить в землю под большим углом), внизу ставят детектор нейтрино.
Для направления пучка нейтрино в сторону озера Байкал его необходимо довернуть в северном направлении на 29' и заглубить на 19,17'. Вывод пучка может осуществляться с использованием запроектированной системы аварийного сброса, расположенной в прямолинейном промежутке СПП-1.

Канал транспортировки протонного пучка состоит из двух участков. Первый обеспечивает огибание пучком поглотителя и поворот трассы в горизонтальной плоскости на север. Второй участок обеспечивает поворот трассы вглубь земли.
Нейтринный телескоп НТ-200 на Байкале расположен на расстоянии 3,5 км от берега, на километровой глубине. Его строительство началось в 1993 году. Детектор был запущен в 1998 году и проработал порядка десяти лет.

В байкальском эксперименте создан проект нейтринного телескопа Baikal-GVD — детектор кубокилометрового масштаба. В 2015 году на Байкале развернут первый кластер этой установки.

Темные времена
Высокотехнологичное оборудование для начинки комплекса, которое изготавливали специально для этого проекта, в 1999 году продано в Китай для строительства токамака, главные научные специалисты перебрались на работу в США и Европу. Дальнейшая судьба построенного комплекса под вопросом.

В 2014 году консервационные работы в УНК были завершены, объект передан строителями на баланс института. Тогда же были убраны пожарные ворота, разделяющие тоннель на отдельные участки, заделаны все течи и демонтированы руддворы, через которые проходило строительство, установлены охранные системы. Специально созданная для проекта организация Протонтоннельстрой теперь занимается строительством метрополитенов и подземных сооружений.
~
Текст и фото:
Кирилл Куприков
2015

При подготовке материала использованы сведения из открытых источников.
Made on
Tilda