Ответ на пост «Большой Адронный Коллайдер»
баянчик, но как хорош.
баянчик, но как хорош.
Надо бы написать понятный длиннопост с картинками про устройство детекторов на Большом Адронном Коллайдере. Но что-то страшно за такую задачу браться. Поэтому вот вам пока для затравки вчерашняя фотка из Компактного Мюонного Соленоида (CMS).
Научный сотрудник Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН Данила Никифоров представил доклад «Накопительное кольцо для комптоновского гамма-источника в диапазоне 1-200 МэВ», подготовленный под руководством члена-корреспондента РАН Николая Винокурова, заведующего лабораторией ИЯФ СО РАН, в рамках научной программы Национального центра физики и математики.
По проекту, электронный накопитель позволит получать комптоновские гамма-кванты в широком диапазоне энергий. Комптоновские гамма-кванты станут инструментом для изучения внутренней структуры связей внутри атомного ядра, что позволит развивать медицину, материаловедение и другие области науки.
«Комптоновские гамма-кванты эффективнее всего получать в накопителях электронов. Сегодня в мире самой производительной установкой с рекордными параметрами является электронный накопитель HIgS в университете Дюка (США) максимальная энергия электронов в кольце HIgS равна 1,2 ГэВ; мы планируем увеличить эту энергию до 2 ГэВ. Кроме того, мы сможем генерировать интенсивный поток фотонов (10^9 фотонов в секунду) с крайне узким энергетическим спектром в диапазоне от 0.1 до 2%», – отметил научный сотрудник ИЯФ СО РАН Данила Никифоров.
Специалисты предложили дизайн накопительного кольца, посчитали магнитную оптику кольца и требуемые параметры пучка для взаимодействия с различными видами лазеров, оценили максимальное отклонение энергии электронов после их взаимодействия с лазером, при котором не происходит потерь электронов на вакуумной камере.
«Для генерации интенсивного потока фотонов необходимо иметь много электронов, которые циркулируют в накопителе. Таким образом могут возникнуть нежелательные коллективные эффекты, которые могут привести к ухудшению качества пучка электронов в накопителе. В нашей работе мы предложили магнитную структуру кольца, которая обеспечивает отрицательный радиус кривизны орбиты пучка. Такая структура позволит нам контролировать нежелательные коллективные эффекты. Подобные специализированные структуры до сих пор не создавали ни в одной лаборатории мира», – добавил молодой учёный.
XXVIII Международная конференция по ускорителям частиц RuPAC'23 объединила этой осенью в Новосибирске более 300 ведущих специалистов для обсуждения развития ускорительной науки и технологий в России. Мероприятие организовано Отделением физических наук РАН, Научным советом по ускорителям заряженных частиц РАН и Институтом ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН.
Источник
Взять с собой побольше вкусняшек, запасное колесо и знак аварийной остановки. А что сделать еще — посмотрите в нашем чек-листе. Бонусом — маршруты для отдыха, которые можно проехать даже в плохую погоду.
В жизни учёных периодически случаются конференции и всякие массовые мероприятия. Вот и я всю прошлую и следующую неделю учу других учёных со всей планеты тонкостям СВЧ измерений резонаторов и прочих запчастей для ускорителей частиц.
Мероприятие называется CERN Accelerator School: RF for Accelerators.
Нагрузки серьезные - с 8:30 до 18:00 сплошные лекции и лабораторные. Но работать приятно - почти все ученики имеют кандидатскую степень.
Опять же - на основную работу не нужно ходить.
Сегодня свой 88-й день рождения отмечает российский физик, доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики элементарных частиц физического факультета МГУ, лауреат Государственной премии СССР Владимир Алексеевич Никитин. Авторитетный и известный в мире физик-экспериментатор, автор широко признанных научных работ, он совместно с коллегами разработал и внедрил принципиально новый метод исследования рассеяния протонов высоких энергий на протонах на малые углы и водородную струйную мишень, что позволило получить выдающиеся научные результаты. Также Владимир Алексеевич принимал участие в разработке сверхзвуковой струйной водородной мишени, которая нашла широкое применение в исследованиях на циклических ускорителях.
Для далёкого от научного мира человека все эти формулировки звучат, скажем так, загадочно. Однако сам учёный рассказывает о своей работе понятно и увлекательно! Чтобы послушать этот рассказ, предлагаю вашему вниманию сохранившийся в архивах телевидения фильм, снятый более 50 лет назад, о молодом перспективном советском учёном-экспериментаторе, физике-ядерщике, научном сотруднике Объединённого института ядерных исследований (г. Дубна) Владимире Никитине.
Вот так синхротрон выглядит внутри тоннеля. Длина кольца 240 метров. Энергия электронов 1,7 ГэВ. Ток 300 мА.
Обычно на работе некогда записывать видео. Сегодня во время плановых работ решил все-таки уделить этому пару минут. Полный оборот не прошел - небольшая секция инжекции (где в главное кольцо приходит пучок из бустерного кольца) закрыта, так как бустер не отключали и в этой части тоннеля можно нахвататься радиации.
Решил немного упороться и посчитал перегрузку во время запуска
Перегрузка будет почти 7300g!
А теперь немного о том как считалось и откуда цифры:
Отсюда https://ru.wikipedia.org/wiki/SpinLaunch
100 метров диаметр планируемого ускорителя
100 кг масса запускаемой капсулы
60 км - высота куда хотят запускать
35° - угол с которым хотят запускать
Из открытых источников:
Перевод м/с в км/ч = v / 1000 * 3600
Перевод м/с в числа маха = v / 340.29
Число g - 9,80665 м/с². Известный научный факт
Перевод градусов в радианы любезно предоставлен гугл таблицами
Скорость вылета просто подобрал что-бы улететь на 60 километров которые заявлены
Длительность полёта:
Высота полёта
Дульная энергия:
Центростремительное ускорение:
Ну и просто делим на g что-бы получить перегрузку
Как-то так...
PS:
Вопрос к автору изначального поста: вы им что заплатили что так защищаете?
PPS:
Приглашаю в комменты с забавными сравнениями что-бы всем стало понятно насколько это дофига - 7300g
UPD: На видео маленькая экспериментальная установка, а расчёт для того что они планируют построить и применять с практической пользой
Это пост для фотоконкурса, поэтому без подробного рассказа. Если понравится - напишу подробный пост.
Итак, строили мы несколько лет назад Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах E-XFEL. Это серьезное сооружение - 3,5 км длиной. Почти вся его длина - это ускоритель электронов вместе с ондуляторами. Спрятано это все под землю, на поверхности расположены только несколько зданий в самом начале и в самом конце.
Вот E-XFEL наложен на гуглоснимок:
Оранжевым цветом выделены здания на поверхности. Начало (инжектор) справа, оттуда тянется одиночный тоннель с линейным ускорителем, который потом разветвляется на несколько линий. Вот моя фотография в тоннеле недалеко от инжектора на глубине 30м:
Сам ускоритель собран из вот этих свисающих с потолка желтых модулей. Длина каждого - 12 метров. Всего на первом этапе в ускоритель установлен 101 модуль.
На фото ниже Лёха показывает на макете модуля, куда подается ВЧ мощность.
Тут хорошо видны внутренности модуля, и про них мы поговорим в другом посте. А сейчас обратите внимание на самую нижнюю "трубу" в этом модуле (которая с фланцем и медным напылением внутри сильфона) - это сверхпроводящий резонатор типа TESLA. Собственно, именно он и занимается ускорением электронов. В каждом модуле их 12 штук, а сколько всего - посчитайте сами.
Резонатор сделан из сверхчистого ниобия. На фото ниже я демонстрирую одну вырезанную ячейку для видеоролика, а целый резонатор без внешнего титанового кожуха лежит передо мной.
Резонатор внутри полый - толщина стенки у него 2,5 мм. Он весь сделан из ниобия, а фланцы - из сплава ниобия и титана. Из одного куска такую гармошку не сделать (хотя есть варианты), поэтому он сваривается электронно-лучевой сваркой из штампованных "тарелок" и труб. После сварки внутренняя поверхность химически травится для удаления поврежденного слоя.
И вот мы приближаемся к сути поста.
Если перед сваркой на поверхности детали окажется небольшое загрязнение, даже пылинка, то она растворится в расплавленном металле (а ниобий плавится при 2500 С), и в этом месте шва будет уже не чистый ниобий, а содержаший посторонние примеси. Чаще всего это углерод из "пылинок", но иногда может попасть металлическая частица. Это уже само по себе может привести к нарушениям работы резонатора, но всё ещё хуже. При химическом травлении в смеси плавиковой и азотной кислот этот модифицированный ниобий травится намного быстрее, и на его месте образуются каверны, которые могут пройти даже насквозь. Вот это уже совсем плохо, и чаще всего резонатор надо выкидывать. А стоит он около 100 тыс. евро, но проблема даже не в деньгах, а в сроках изготовления.
Про то, как найти иголку в стоге сена такой дефект в резонаторе, надо писать отдельный пост. Если внутрь поместить специальную камеру с высоким разрешением, то можно получить примерно такое изображение дефектов сварки (тут видны капли ниобия):
С каплями более-менее всё ясно: во-первых, они выглядят как капли, и даже таких нечетких изображений вполне достаточно; во-вторых, нужно немного подкрутить параметры процесса сварки - и всё будет хорошо. Такие дефекты наблюдались только на этапе прототипов и после отработки технологии сварки почти не встречались.
А вот с дефектами, описанными выше, всё сложнее: иногда по нечеткому оптическому снимку вообще сложно понять, что это такое. Можно, конечно, разрезать резонатор и посмотреть на подозрительный дефект в микроскоп (и так иногда делали), но резонатор после этого уже можно выкидывать.
Вот тут на помощь и приходит метод, широко применяемый в стоматологии (и не только в ней) - сделать слепок поверхности с помощью специального силикона и посмотреть в микроскоп уже на него. А потом решить, можно ли починить резонатор.
Ниже на левой картинке приведено оптическое изображение довольно крупного дефекта сварного шва (шов занимает почти всю ширину картинки), а на правой - фрагмент изображения слепка с этого дефекта, полученного с помощью конфокального лазерного сканирующего микроскопа (недавно про такой писала @Cherry.Juice в Как увидеть биоплёнку):
Разница очевидна. По правому изображению уже можно судить о структуре дефекта и его причине - инородном материале в структуре шва.
Вот мы и добрались до конкурсных снимков:
(Конкурсное фото 1) Микрофотография дефекта сварного шва сверхпроводящего резонатора для Европейского лазера на свободных электронах. Получена с помощью слепка, отсканированного на лазерном конфокальном микроскопе.
Это, кстати, небольшой фрагмент из предыдущего изображения. Разница в разрешающей способности по сравнению с фотокамерой впечатляет.
(Конкурсное фото 2) Микрофотография дефекта поверхности сверхпроводящего резонатора для Европейского лазера на свободных электронах. Получена с помощью слепка, отсканированного на лазерном конфокальном микроскопе.
Это уже не дефект сварки. В данном случае на поверхности ниобия оказался небольшой фрагмент алюминия - алюминиевым катод деформировался и касался поверхности в момент сборки перед началом химического травления. Поскольку алюминий не травится применяемой смесью, то он защитил поверхность, и в результате образовалось вот такое "плато" высотой в 70 микрометров. На картинке ниже показан профиль этого дефекта - конфокальный микроскоп даёт трехмерную модель поверхности:
В данном случае все не так страшно: катод заменили, дефект отполировали, резонатор пошел на сборку модуля.
(Конкурсное фото 3) Лёха примеряет фрагмент сверхпроводящего ускорителя для Европейского лазера на свободных электронах:
Справа лежат два полностью готовых резонатора - вместе с титановыми емкостями для жидкого гелия.
За этими снимками и отработкой технологии поиска и получения изображений дефектов на самом деле стоят несколько лет напряженной работы и пара-тройка диссертаций. Почти год ушел только на подтверждение того, что такой метод не ухудшает работу резонатора.
Все вопросы задавайте в комментариях.
С Новым годом!