LHC – первый шаг студента МИФИ в мир больших научных открытий

#НИЯУ #МИФИ имеет многолетний опыт участия в крупнейших мировых коллаборациях, занимающихся научно-исследовательской работой в области физики элементарных частиц, активно сотрудничает с крупнейшими международными научными организациями и центрами. Примером такого сотрудничества является работа сотрудников университета в крупнейшей в мире лаборатории физики высоких энергий в Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN). Не так давно из Швейцарии вернулся аспирант кафедры электрофизических установок Ярослав Шашков, он поделился с пресс-службой НИЯУ МИФИ своими впечатлениями от четырехмесячной стажировки в CERN.
- Начните с того, почему вы решили поступить в МИФИ?
- Можно сказать, что значительную роль в этом сыграл как раз Большой адронный коллайдер. Изначально я планировал стать экономистом. Но когда в 2008 году начали говорить по телевидению про запуск Большого адронного коллайдера, мне стало безумно интересно. Я начал изучать эту тему. Затем я сдал экзамены и поступил в МИФИ как раз на кафедру электрофизических установок. Я ни разу не пожалел о своем решении. Ведь ускорители интересны тем, что огромное число разных технологий объединяются с общей целью. Это вакуумные и СВЧ-технологии, магниты и плазма, и т.д.
- Скажите, почему вам предложили поехать на стажировку в CERN?
- Три года назад наш коллега из Национального института ядерной физики Фраскати (Италии) Михаил Зобов предложил нашей лаборатории «СВЧ-техники» поучаствовать в проекте по разработке гармонического сверхпроводящего резонатора на частоте 800 МГц для проекта «Повышения светимости Большого адронного коллайдера (HL-LHC)». Светимость – это, грубо говоря, количество столкновений в единицу времени. Чем больше светимость, тем быстрее можно набрать статистику и подтвердить открытие того же бозона Хиггса. В рамках этого проекта заменяют магниты, элементы вакуумной системы, добавляют так называемые «крабовые» резонаторы. Мой научный руководитель, профессор Николай Павлович Собенин, назначил меня заниматься этим проектом, что и стало основным направлением моей работы в МИФИ. За это время мы разработали несколько вариантов дизайна резонатора, провели многочисленные детальные расчеты его параметров. В определенный момент проект подошел к стадии составления технической документации для изготовления, где уже требуются постоянные консультации и обсуждения с различными специалистами из CERN.
- Для каких целей нужен гармонический сверхпроводящий резонатор на частоте 800 МГц?
- Резонатор будет использоваться для изменения длины пучка. Сейчас не совсем решен вопрос: будут ли его длину увеличивать или уменьшать. В каждом из этих режимов есть свои плюсы и минусы. Например, в режиме удлинения пучка можно значительно снизить амплитуды паразитных электромагнитных колебаний, которые пучок наводит, пролетая через любой элемент ускорителя. Эти колебания оказывают негативное влияние на пучок и могут привести к тому, что пучок под их воздействием отклонится слишком сильно и врежется в стенки резонатора. Чтобы этого не произошло, нужно паразитные волны вывести из резонатора в нагрузку. Там они потеряют всю энергию.
Это можно сравнить с игрой на гитаре. Есть основная нота и посторонние звуки, которые портят мелодию. Так и здесь. Музыка Большого адронного коллайдера должна звучать правильно и чисто. В основном я и занимался вопросами демпфирования волн высшего типа.
- С какими проблемами вы сталкивались в ходе исследований?
- В последний месяц стажировки возникла новая проблема в ускоряющем модуле на 200 МГц в предускорителе БАКа – SPS (Super Proton Synchrotron). В SPS тоже хотят значительно повысить интенсивность пучков. Специалисты из CERN провели расчеты, и оказалось, что в ускоряющем модуле волны высшего типа при повышении интенсивности будут играть существенную роль и могут даже поставить крест на всем проекте повышения интенсивности. Несмотря на то, что их уже задемпфировали, нужно еще уменьшить их влияние на пучок. Задача достаточно сложная, потому что резонатор разрабатывали в 1970-х годах. Люди подходили к этому вопросу фундаментально, однако у них не было тех методов численного моделирования, которые есть сейчас у нас.
Как обычно происходит: делается резонатор, так чтобы в нем не было волн. Но когда у вас резонатор, в котором уже есть волны, руки просто связны. У вас малое количество действий, которые можно сделать и при этом ничего не сломать. Это очень интересно и сложно. Меня попросили включиться в этот проект. Конечно, я согласился, и мы продолжаем поддерживать связь по этому вопросу.
- И каковы же итоги стажировки?
- Мы составили документацию для изготовления гармонического сверхпроводящего резонатора c частотой 800 МГц. Также начали работать в новом проекте. Удалось выступить с докладом на 5th Joint HiLumi LHC-LARP Annual Meeting и представить результаты работы на конференции по СВЧ-технологиям (SRF’2015). По-моему, это хороший результат.
- Какое впечатление у вас сложилось от поездки?
- Работать в CERN было одно удовольствие. Постоянные споры, дискуссии. Рядом большое количество специалистов, к которым можно в любое время подойти и обсудить какие-то вопросы. Пусть даже они к проекту не имеют никакого отношения. Я узнал много нового из близких, но, тем не менее, незнакомых для меня областей ускорительной техники.
Хочется сказать спасибо НИЯУ МИФИ за предоставленную возможность получить навыки работы в таком месте как CERN. Особенно хочется поблагодарить сотрудников программы ПКС, Отдела целевой подготовки, группы приказов за их помощь в оформлении документов.
- Какие у вас планы на ближайшее будущее?
Сейчас в нашей лаборатории СВЧ-техники помимо сотрудничества с ЦЕРН ведутся и другие интересные работы, в том числе и с зарубежными ускорительными центрами. Это работы по разработке ускоряющих структур, генераторно ускорительного модуля, мультипакторному разряду в сврехпроводящих структурах, разработка нового софта итд. В некоторых из них я бы хотел поучаствовать, когда все вопросы с проектами CERN будут улажены. Сейчас также надо завершить разработку курса по СВЧ-технологиям, который я готовлю в рамках результатов конкурса молодых преподавателей и аспирантов.
В дальнейшем я планирую остаться в научно-инженерной среде и, конечно, продолжать дальше заниматься ускорителями.