100 великих достижений СССР - Николай Николаевич Непомнящий

Советский синхрофазатрон в Дубне. 1957 г.

ФИАН организовал бригаду, куда вошли В.И. Векслер, С.Н. Вернов, П.А. Черенков, Л.В. Грошев и Е.Л. Фейнберг. В 1940 г. Векслер выступил с проектом создания циклотрона, и бюро отделения физико-математических наук АН СССР одобрило характеристики и смету на его строительство. Рассчитывалось, что он будет ускорять дейтроны до энергии 50 МэВ.

В 1944 и 1946 гг. циклотроны появились в Москве и Ленинграде. Но было понятно, что необходимо найти новые методы ускорения частиц, так как возможности энергии циклотрона уже были исчерпаны. В 1944 г. В.И. Векслер предложил способ повышения энергии ускоряемых электронов. Такие ускорители назвали микротроном и синхротроном. В.И. Векслер также предложил революционный метод автофазировки, который стал главной идеей синхрофазотрона.

В 1949 г. академик начал проектировать будущий ускоритель в Дубне. Его разработка велась много лет. В 1950‐х гг. на базе строящегося синхрофазотрона открылся второй в мире международный центр ядерной физики – Объединенный институт ядерных исследований. Все эксперименты проводились на модели, которая помогала в решении многих вопросов, связанных с ускорителем.

Кстати

Запуск синхрофазотрона не состоял лишь из нажатия кнопки, а включал в себя ряд задач, которые были выполнены за три месяца. Успешный запуск 1957 г. стал знаменательным событием для советской науки. Огромную роль сыграл ученый-физик Л.П. Зиновьев, который, по словам члена-корреспондента АН СССР В.П. Джелепова, «был во всех отношениях душой запуска и внес в это дело колоссальное количество энергии и усилий, именно творческих усилий в ходе наладки машины». Для него это было серьезным итогом многолетних трудов.

Для СССР было принципиально важно запустить синхрофазотрон с энергией, превышающей 6,3 ГэВ, которая была у американского ускорителя в Беркли. Советская газета «Правда» восторженно писала: «Есть 8,3 миллиарда электронвольт!», «Атомный гигант в строю», «Крупнейшая в мире атомная машина пущена», «Со скоростью света», «Новая отрасль науки». И действительно, это был новый и важный шаг в развитии науки.

(По материалам портала «Научная Россия» (https: //scientificrussia.ru/)

Первый в мире коллайдер в Протвине (1960 г.)

В ста километрах от Москвы, рядом с наукоградом Протвино, в лесах Подмосковья закопан клад в десятки миллиардов рублей. Выкопать и украсть его нельзя – навечно упрятанный в землю, он несет ценность только для истории науки. Речь идет об ускорительно-накопительном комплексе (УНК) Института физики высоких энергий Протвине – законсервированном подземном объекте размером почти с Большой адронный коллайдер.

Длина подземного кольца ускорителя – 21 километр. Основной тоннель диаметром 5 метров проложен на глубине от 20 до 60 метров (в зависимости от рельефа местности). Кроме того, было построено множество вспомогательных помещений, связанных с поверхностью вертикальными шахтами. Если бы протонный коллайдер в Протвине удалось сдать в срок раньше БАК, в мире фундаментальной физики появилась бы новая точка притяжения. Далее – об истории главного советского коллайдера, на котором могла бы коваться физика будущего.

Ускорительно-накопительный комплекс (УНК) в Протвине

Кстати

Конечно, коллайдеры на пустом месте не возникают – должны быть подходящие условия. За много лет до принятия стратегического решения о постройке крупнейшего в СССР научного объекта, в 1960 г., в качестве базы для Института физики высоких энергий (ИФВЭ) был основан секретный поселок Серпухов-7. Место выбрали по геологическим соображениям – в этой части Московской области грунт, являющийся дном древнего моря, позволяет размещать крупные подземные объекты, защищенные от сейсмической активности.

В 1965 г. получен статус поселка городского типа и новое название – Протвино, – производное от названия местной речушки Протвы. В 1967 г. здесь запущен крупнейший ускоритель своего времени – протонный синхротрон на энергию 70 ГэВ (109 электронвольт) У-70. Он до сих пор действует и остается самым высокоэнергетичным ускорителем России.

Вскоре начали разрабатывать проект нового ускорителя – протон-протонного коллайдера на энергию 3 ТэВ (1012 эВ), который стал бы самым мощным в мире. Работы по теоретическому обоснованию УНК возглавлял академик Анатолий Логунов – физик-теоретик, научный руководитель Института физики высоких энергий. Синхротрон У-70 планировалось использовать в качестве первой «разгонной ступени» для ускорителя УНК.

В проекте УНК предполагались две ступени: одна должна была принять из У-70 пучок протонов с энергией 70 ГэВ и поднять ее до промежуточного значения 400–600 ГэВ. Во втором кольце (вторая ступень) энергия протонов поднималась бы до максимальной величины. Обе ступени УНК должны были разместиться в одном кольцевом тоннеле, размерами превосходящем кольцевую линию Московского метрополитена. Сходства с метро добавляет и тот факт, что строительством занимались метростроевцы Москвы и Алма-Аты.

Кстати

В начале 80‐х в мире не было сравнимых по размерам и энергиям ускорителей. Ни Тэватрон в США (длина кольца 6,4 километра, энергия в начале 1980‐х – 500 ГэВ), ни Суперколлайдер лаборатории ЦЕРН (длина кольца 6,9 километра, энергия столкновения 400 ГэВ) не могли дать физике необходимый инструмент для проведения новых экспериментов.

Наша страна имела большой опыт в области разработки и строительства ускорителей. Построенный в Дубне в 1956 г. синхрофазотрон стал самым мощным в мире на тот момент: энергия 10 ГэВ, длина около 200 метров. На построенном в Протвине синхротроне У-70 физики сделали несколько открытий: впервые зарегистрировали ядра антивещества, обнаружили так называемый «серпуховский эффект» – возрастание полных сечений адронных взаимодействий (величин, определяющих ход реакции двух сталкивающихся частиц) и многое другое.

В 1983 г. у горным способом, используя 26 вертикальных шахт, начались строительные работы на объекте.

Несколько лет стройка велись в вялотекущем режиме – прошли всего полтора километра. В 1987 г. вышло постановление правительства об активизации работ, и в 1988‐м, впервые с 1935 г., Советский Союз закупил за границей два современных тоннелепроходческих комплекса компании Lovat, с помощью которых Протонтоннельстрой начал прокладывать тоннели.

Кстати

Зачем понадобилось покупать проходческий щит, если до этого пятьдесят лет в стране успешно строили метро? Дело в том, что 150‐тонные машины Lovat не только бурили с очень высокой точностью проходки до 2,5 сантиметра, но и выстилали свод тоннеля 30‐сантиметровым слоем бетона с металлоизоляцией (обычные бетонные блоки, с приваренным с внутренней стороны листом металлической изоляции). Гораздо позже в Московском метрополитене из блоков с металлоизоляцией сделают небольшой участок на перегоне «Трубная» – «Сретенский бульвар».

В конце 1989 г. было пройдено около 70 % тоннеля основного кольца и 95 – канала инжекции – тоннеля длиной более 2,5 километра, предназначенного для перевода пучка из У-70 в УНК. Построили три здания (из запланированных 12) инженерного обеспечения, развернули строительство наземных объектов по всему периметру: