800 тонн специальной стали произведено на ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат. Из этого материала специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН изготовят три магнита для международного проекта по изучению элементарных частиц FAIR (Германия).
Россия является одной из 17 стран-участников проекта FAIR, вторым после Германии партнером по объему вложений в создание установки. «Это беспрецедентный проект, стоимость которого оценивается примерно в 1,5 миллиарда долларов. Вклад России составляет порядка 20 % от этой суммы», — отметил научный руководитель направления физики элементарных частиц ИЯФ СО РАН член-корреспондент РАН Юрий Анатольевич Тихонов.
ИЯФ СО РАН — один из главных российских участников. Экспериментальный комплекс FAIR будет состоять из пяти крупных частей. Институт ядерной физики отвечает за разработку одной из них — накопительного кольца Collector Ring, в котором накапливаются интенсивные пучки антипротонов для экспериментов с детектором PANDA. Создание установки предусматривает разработку, изготовление и запуск системы электронного охлаждения, сверхпроводящих элементов, магнитных систем, вакуумных камер, системы диагностики пучка и др.
ИЯФ СО РАН участвует в разработке и создании трех систем проекта PANDA, в том числе — центрального соленоидального сверхпроводящего магнита, с помощью которого будет производиться измерение импульсов заряженных частиц, а также 240-тонного дипольного магнита переднего спектрометра, который предназначен для измерения импульса частиц, вылетающих из мишени вперед.
«В детекторах частиц, в том числе в детекторе PANDA, – прокомментировал Юрий Тихонов, – магнит служит для анализа импульса частиц. Частица в магнитном поле движется по окружности. Координаты этой окружности измеряются, и таким образом определяется энергия частиц, по которой мы можем идентифицировать ее вид. Основная функция магнита в детекторе — анализ продуктов реакции, и ИЯФ СО РАН — один из мировых лидеров по разработке и изготовлению таких магнитных систем под ключ».
Эти магниты создают поле, которое поворачивает заряженные частицы в ускорителе FAIR, а также используется в детекторах для определения энергии и типа рождающихся частиц. Сталь для магнитов обладает уникальными магнитными характеристиками, позволяющими получать высокое магнитное поле (до 2 Тл) и высоким пределом текучести — 240 МПа, то есть выдерживает давление 2000 кг на 1 см2. Это критически важно, ведь магнит должен на протяжении десятков лет выдерживать огромную нагрузку — собственный вес, который в случае одного из магнитов составляет 240 тонн, а также давление магнитного поля.
ИЯФ СО РАН изготовит из такого материала три магнита для проекта FAIR, два из них предназначены для ускорителя, один — для детектора PANDA. «Большой 240-тонный дипольный магнит является составной частью детектора PANDA и будет оборудован дрейфовыми камерами для отслеживания частиц и сцинтилляционными счетчиками для измерения времени прохождения излучения внутри апертуры магнита. Дополнительно система детектирования частиц, установленная внутри магнита, будет охватывать углы до 5 и 10 градусов в вертикальной и горизонтальной плоскостях», — пояснил руководитель проекта старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Евгений Антохин.
Он также отметил, что особенностью этого магнита является необходимость получения большого интеграла магнитного поля при его ограниченной длине, а также очень большая апертура. Также имеется ограничение по допустимой мощности питания электрических обмоток магнита — 400 кВт. «Поэтому нам нужна сталь для магнитопровода с очень высокой кривой намагниченности и индукцией насыщения. Высокая намагниченность позволяет создать необходимую структуру поля, которая обеспечивает движение пучка антипротонов по определенной траектории. Индукция насыщения влияет на силу поля – чем она выше, тем более точно детектируются частицы» – подчеркнул Евгений Игоревич Антохин.
Два других магнита, которые изготовят специалисты ИЯФ СО РАН, предназначены для ускорителя. «Один из них очень специфический, поскольку ему предстоит работать в условиях огромной радиационной нагрузки, и обычные материалы ее не выдерживают. Поэтому мы планируем применить специальную технологию производства на основе сплава с магнием и изоляцию из особых материалов. 10 лет назад мы уже делали подобный магнит, и он надежно работает в эксперименте», — прокомментировал Юрий Тихонов.
В настоящий момент магниты находятся в начальной стадии изготовления. Для них уже разработаны и создаются электроника, источники питания и электрические обмотки. С помощью обмотки в магнитопроводе формируется магнитное поле. Мощный источник питания предназначен для питания этой обмотки. Следующие этапы — производство магнитопровода, сборка полного магнита, его тестирование, измерение карты магнитного поля и отправка в Германию.
Пресс-служба ИЯФ СО РАН
