Строительство коллайдера в дубне генподрядчик

На коллайдере NICA продолжается непрерывный цикл строительства

Очередной визит корреспондента еженедельника ОИЯИ на стройплощадку «Комплекса NICA» состоялся сразу после ослабления режима допуска сотрудников на рабочие места ОИЯИ. Ознакомление с ходом реализации проекта и обход строительных объектов традиционно прошел в сопровождении заместителя главного инженера Андрея Дударева и заместителя начальника ОКС Юрия Баландина от ОИЯИ. О текущем состоянии дел, влиянии пандемии на планы и изменении формата работы рассказали специалисты компании АО «ШТРАБАГ»: заместитель руководителя проекта Эмзар Садгобелашвили и руководитель проекта по инженерным системам Мусабег Магомедов.

Как сообщил Мусабег Магомедов:

«Прежде всего хотелось бы сообщить, что на данном этапе нам удалось организовать работу таким образом, чтобы ОИЯИ мог одновременно реализовывать свои обязательства по международным контрактам. Исходя из этого Институт определил для нас первоочередные этапы строительства.

Первый этап – это максимальная строительная готовность павильона MPD под монтаж высокотехнологичного оборудования.

Второй этап – строительная готовность помещений каналов транспортировки пучка (КТП). На этих участках планируется поставка оборудования от зарубежных партнеров ОИЯИ. Данный этап заканчивается стыковкой строящегося здания коллайдера NICA с реконструируемой частью здания №1 и старого измерительного павильона.

Третий этап – это помещения системы электронного охлаждения (СЭО), а также примыкание к павильонам MPD и SPD.

К сожалению, пандемия внесла корректировки в работу строительной площадки. Команда проекта (ОИЯИ-ШТРАБАГ-КОМЕТА) столкнулась с дополнительными и непредвиденными задачами, решение которых требовало оперативной и слаженной работы. В условиях, когда многие специалисты ОИЯИ перешли на дистанционный режим работы, немного снизилась оперативность согласований документов и решений. Но несмотря на то, что снизился темп работ, в связи с необходимостью согласовывать какие-то действия, руководство Института и руководство «ШТРАБАГ» приняли все необходимые меры для того, чтобы строительство не останавливалось ни на один день. Более того, общестроительные работы, такие как возведение кирпичных стен, металлические конструкции, кровельные работы, устройство фасадов и бетонные работы – продолжались в обычном режиме».

Противовирусные и санитарные меры принимались в соответствии с постановлениями губернатора. Даже наше интервью мы записывали в комнате для переговоров, где столы были расставлены с соблюдением социальной дистанции. Представители АО «ШТРАБАГ» рассказали о том, что два раза в день медицинские работники измеряют температуру строителям. Каждому работнику ежедневно после замера температуры выдаются медицинские маски в количестве четырех штук и пара резиновых перчаток. Строительный городок оборудован дезинфицирующими средствами и средствами личной гигиены. Помимо этого, в начале пандемии было проведено общее тестирование на короновирус всех сотрудников, а впоследствии (в соответствии с постановлением губернатора) десять процентов персонала еженедельно сдают тесты. «Надо отметить, – добавляет Андрей Дударев, – что компания «ШТРАБАГ» одна из первых в Дубне организовала и провела массовое тестирование сотрудников».

На вопрос, что же происходит сейчас на площадке, Мусабег Магомедов отвечает:

«Первое, о чем хотелось бы проинформировать читателя, – технологическое оборудование коллайдера представляет собой уникальный комплекс электрофизического оснащения, которое включает в себя в том числе источники питания систем и элементов коллайдера (силовые шкафы с преобразователями, трансформаторами, аппаратами защиты). Наши специалисты понимают, что имеют дело с прежде всего энергетической установкой, а значит в первую очередь должны быть построены все трансформаторные подстанции. Мы активно ведем строительство пяти электрических подстанций для комплекса зданий общей установленной мощностью электрооборудования 12 804 кВт. (Расчетная мощность по инженерному оборудованию составляет 8943 кВт.) На сегодняшний день четыре из пяти подстанций смонтированы на площадке, и в них ведутся пусконаладочные работы. Выполнение этих видов работ производится в ранее согласованные сроки с завершением монтажа в июле 2020 года. На конец сентября планируется ввод их всех в эксплуатацию. Это сейчас для инженерного отдела генподрядчика основная задача, которую в ближайшее время нам необходимо реализовать. От этих подстанций мы уже, соответственно, начнем снабжать электроэнергией наше здание и оборудование – как инженерное, так и технологическое.

Одновременно подготовлены и переданы генподрядчику оставшиеся проекты по вводу инженерных коммуникаций непосредственно в здание. Инженерная инфраструктура вокруг здания была построена в предыдущие годы, и нам приятно осознавать, что мы приступили к работам по вводу коммуникаций в само здание. Их достаточно много, пока порядка 43 вводов различных инженерных систем. Естественно, необходимо соблюсти все технологические процессы так, чтобы не нарушить основание здания. Это второе.

Третье – у нас продолжаются общестроительные работы: монтаж металлических конструкций, фасада, кровли, бетонные и отделочные работы. На сегодняшний день основные бетонные работы закончены, остался только участок примыкания КТП к зданию №1 старого измерительного павильона».

Примыкание каналов транспортировки пучка к зданию синхрофазотрона – один из самых ответственных участков строительства. Сложности добавили многочисленные коммуникации, отсутствие за давностью лет чертежей и схем. В буквальном смысле здесь приходилось вести земляные и демонтажные работы, изучая по факту старые коммуникации, думать и совместно со специалистами ЛФВЭ решать, что с ними делать, генпроектировщику выпускать дополнительные проекты по представленным техническим решениям – и так, шаг за шагом, продвигаться к намеченной цели.

«Я попробую восстановить хронологию, – рассказывает М. Магомедов. – Было сделано усиление кабельной эстакады – чтобы ее сохранить, смонтированы специальные подпорки. Сейчас уже имеется проект реконструкции действующей кабельной эстакады. Затем в районе примыкания КТП к зданию старого измерительного павильона был ряд сложных моментов, связанных с тем, чтобы не повредить существующее здание при сносе. Соответственно приходилось вести работы по демонтажу старых конструкций и, уже освободив участки, прокладывать под строящимся зданием закладные под инженерные коммуникации как по электроснабжению старого измерительного павильона, так и дренажные работы. На сегодняшний день фундаменты и стены каналов транспортировки пучка и примыкания к зданию выполнены.

На снимке видно, что старая кладка и штукатурка демонтируется, будет подготовлена поверхность и нанесена новая штукатурка, будут забетонированы перекрытия между старым и новым зданием. Все это впоследствии закроется и следа от старого участка не останется. На этом участке приходится работать в стесненных условиях и одновременно восстанавливать инженерное оборудование, которое там было. В частности, были демонтированы вентиляционные установки П-1 и установки подпора воздуха П-3, которые раньше работали на входе в здание старого измерительного павильона. Теперь там будет проведена реконструкция и замена оборудования на более современное».

Каналы транспортировки пучка (вернее, два его отрезка) образуют треугольник с частью кольца коллайдера. Как рассказал Эмзар Садгобелашвили, уже до конца месяца внутреннее пространство треугольника будет замкнуто, а пока здесь есть технологический проезд. Перед закрытием проезда необходимо завершить следующие работы: водоотведение, молниезащиту и заземление, а также работы по благоустройству этой территории.

Долгожданное событие первого этапа – сдача павильона MPD для монтажа детектора – уже на подходе. А пока инженеры Института и строители приступили к совместным работам. В частности, выполнены отделочные работы в приямке павильона и завезены для дальнейшего монтажа элементы магнитопровода. Со стороны генподрядчика в приямке для детектора осталось залить антистатический эпоксидный пол. В ближайшие недели ОИЯИ сможет приступить к сбору ложемента для MPD.

Что касается павильона SPD, то в настоящее время его возведение отстает от MPD. «Силовой пол в приямке павильона (бетонная плита, в которой находятся закладные детали, каналы, конструкции) залит, – говорит Эмзар. – На следующей неделе планируем начать работы по устройству силового пола на отметке ноль. Также планируем приступить к фасадным работам с торцевой части здания по обшивке стен сэндвич-панелями. На SPD установлен кран для монтажа оборудования, идет его наладка и подготовка к сдаче Ростехнадзору».

Пешеходная галерея, которая соединяет павильоны MPD и SPD, разделена пополам на пешеходную и коммуникационную части. С этой стороны — пешеходная, с окнами и витражами

Визуально строительная картина комплекса NICA выглядит внушительно. Фасад павильона MPD уже готов. Готов и фасад прилегающего к нему здания СЭО, внутри возведены и оштукатурены перегородки и стены. Около строительного городка Мусабег обращает внимание:

«Здесь в земле находится насосное оборудование, которое понижает грунтовые воды, – создана дополнительная система дренажа. Это незаметная с виду работа, однако достаточно объемная, так как уже в разгаре строительства было принято решение о необходимости дренажа вокруг здания и в этих стесненных условиях пришлось строить еще одну новую инженерную систему. Сейчас работы уже выполнены, и система работает».

Предстоящие работы по другим крупным инженерным системам прокомментировал Ю. Баландин:

«В настоящее время мы занимаемся согласованием с компанией АО «ШТРАБАГ» результатов конкурса на монтаж оборудования холодоснабжения и водоохлаждения электрофизического оборудования. Подрядчик предложен, пытаемся использовать преференции Института в плане налоговых и таможенных льгот, улучшить ценообразование и начать работы. На очереди то же самое по системам общеобменной и противопожарной вентиляции. Проведен конкурс, согласовываются ценовые условия. Происходит это довольно долго – мы обязаны проверять предложения на предмет соответствия государственным расценкам, утвержденной методике сметной стоимости строительства».

Источник

Как ученые надеются решить одну из «задач тысячелетия» с помощью коллайдера NICA

До конца этого года в подмосковной Дубне должен быть запущен первый ускоритель в составе коллайдерного комплекса NICA, который станет одной из крупнейших ядерно-физических установок в России. С его помощью ученые надеются получить кварк-глюонную плазму и экспериментальным путем исследовать состояния материи, которые пока не может описать никакая теория. О том, как появилась идея NICA, почему нельзя сказать, что этот коллайдер воспроизведет состояние Вселенной в первые мгновения после Большого взрыва и причем тут «задачи тысячелетия», редакции N + 1 рассказал Олег Теряев, доктор физико-математических наук, начальник сектора Лаборатории теоретической физики Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ).

Как появилась идея NICA?

Поэтому в конце 80-х годов Александр Балдин, на тот момент директор Лаборатории высоких энергий ОИЯИ, построил под старым ускорителем новый. Новый ускоритель имел такую же энергию (порядка 10 гигаэлектронвольт), однако вместо элементарных частиц ускорял тяжелые ионы.

Однако вскоре после этого наступила перестройка, финансирование урезали, и из-за этого новый ускоритель никогда не работал как следует. Потом финансирование все-таки появилось и вместе с ним — новая идея: Дубне нужен домашний эксперимент.

В итоге построенный под руководством Балдина ускоритель решили дополнить коллайдером NICA ( N uclotron based I on C ollider f A cility «основанный на нуклотроне ионный коллайдер») — ускорителем, в котором пучок тяжелых ионов сталкивается не с неподвижной мишенью, а с другим пучком.

Оказалось, что вещество, на доли секунды рождающееся в таком коллайдере, имеет максимальную плотность и максимальный химический потенциал — физики называют химическим потенциалом величину, отражающую изменение энергии системы при изменении определенного заряда.

Таким образом, можно сказать, что NICA — это машина для генерации огромной плотности и химического потенциала.

Ускорительный комплекс на данный момент построен уже на 40-45 процентов. Всего для проекта потребуется 22 здания, четыре из них строятся заново, 18 реконструируются или ремонтируется. Самое большое здание — здание номер 17, отведенное под сам коллайдерный комплекс, — готово процентов на 50-60.

В рамках проекта планируется провести три эксперимента, и один из них — BM@N — уже начал работать в 2018 году, там получены первые данные.

Правда, сейчас BM@N пока не работает. Дело в том, что уже в декабре этого года должен быть запущен первый из каскада ускорителей — синхротрон-бустер (комплекс NICA, как и Большой адронный коллайдер, состоит из нескольких ускорителей, где частицы разгоняются последовательно, набирая все большую энергию). На время, пока идет монтаж и подготовка к пуску, мы выключили нуклотрон, откуда частицы шли в BM@N, и включим его не раньше чем во второй половине следующего года.

Что касается основных детекторов, которые будут стоять на коллайдере ( SPD и MPD ), то основные элементы ярма магнита для них, которые весят 900 тонн (это 39 грузовиков оборудования), уже пришли из Чехии и лежит у нас на складе. В конце года начнем сборку этой внешней оболочки.

Изготовление элемента сверхпроводящей катушки, криостата, заканчивается в Италии. Сейчас обсуждается вопрос, успеют ли ее доставить до конца этой навигации. Катушку можно доставить только по воде — сначала морем, потом по Волге.

Остальные элементы детекторов уже фактически готовы. Мы думаем, что уже к концу следующего года детектор будет полностью готов и начнет набор данных на «космиках» — космических лучах.

Монтаж самого коллайдера будет закончен в 2021 году, а циркуляция ионов в нем начнется уже в 2022 году.

Проект начался на средства ОИЯИ, затем, после запуска программы поддержки мегасайенс-проектов, средства выделила Россия. Сейчас ожидается подписание соглашения с Германией, а также, возможно, подключится и Китай.

Почему NICA идеально подходит для таких исследований?

Дело в том, что свойства вещества, образующегося при столкновении тяжелых ионов, очень хитро зависят от энергии столкновения. До определенного порога и температура, и плотность вещества растут одновременно с энергией реакции. Причем растут довольно быстро.

Однако после прохождения порога рост температуры значительно замедляется, а плотность вообще начинает снижаться. Грубо говоря, если сталкивать слишком быстрые частицы, их импульсы «растаскивают» образующийся сгусток кварк-глюонной плазмы и понижают его плотность. Теоретические модели подтверждают эти наивные качественные соображения.

Скажем, при энергиях Большого адронного коллайдера температура будет больше, чем на энергии 10 гигаэлектронвольт (но не критично больше), а плотность — гораздо меньше. Конечно, там тоже получают кварк-глюонную плазму, однако химический потенциал и плотность у этой плазмы невелики.

Поэтому если у сверхплотного вещества есть какие-то интересные фазовые переходы, то именно на NICA эти переходы должны проявляться ярко.

Кроме того, в настоящее время исследованием таких переходов занимается коллайдер тяжелых ионов RHIC (Relativistic Heavy-Ion Collaider), построенный в начале 2000-х годов в Брукхейвенской национальной лаборатории (США).

Вообще говоря, этот коллайдер проектировался для энергии порядка 200 гигаэлектронвольт. Чтобы понизить энергию пучков и исследовать свойства сверхплотного вещества, работающим на RHIC физикам приходится жертвовать светимостью, то есть скоростью набора статистики.

Тем не менее, ученые просканировали нужный диапазон и обнаружили некоторые интересные эффекты. Например, им удалось получить сильно закрученное вещество, поляризующее наблюдаемые частицы, то есть выстраивающее их импульсы по направлению движения (или против).

Я когда-то сделал оценку и сравнил скорость вращения такого вещества со скорость вращения Земли — оказалось, что скорости отличаются почти на 25 порядков. Это самое быстрое вращение, которое когда-либо наблюдалось в природе.

Этот эффект был предсказан в Дубне, и к настоящему времени он уже подтвержден. На NICA он будет проявляться еще более явно.

В чем заключается основная задача NICA?

Основная задача, ради которой строят NICA, — поиск критической точки на фазовом переходе между кварк-глюонной плазмой и адронной материей.

В обычной материи кварки и глюоны жестко связаны внутри частиц — например, внутри нуклонов и ядер. А по кварк-глюонной плазме они гуляют свободно, словно ионы и электроны в обычной плазме. Поэтому кварк-глюонная плазма проводит цветной заряд так же хорошо, как обычная плазма проводит заряд электрический. Поэтому она так и называется.

Чтобы получить кварк-глюонную плазму, нужно «расплавить» адронную материю: разогнать частицы, в которых связаны кварки и глюоны, до достаточно большой энергии, а потом столкнуть их друг с другом.

«Плавление» ядра с последующим превращением в кварк-глюонную плазму

Численные расчеты показывают, что такой переход относится к фазовым переходам первого рода, то есть он в самом деле напоминает плавление льда. Только в отличие от воды, для которой фазовые диаграммы обычно рисуют на плоскости температура — давление, в физике частиц обычно работают в плоскости температура — химический потенциал.

Впрочем, на практике эта точка пока еще не наблюдалась. NICA на сегодня лучше, чем какой-либо другой эксперимент в мире, нацелен на поиск этой точки. И если ее удастся найти, это будет открытием нобелевского уровня.

Фазовая диаграмма адронного вещества. По оси x отложена плотность вещества, по оси y — температура. В белой области возможно существование связанных структур, вне нее располагается кварк-глюонная плазма. Около начала координат отмечена область существования атомных ядер. Исходящими от нее цветными стрелками показаны характерные области, в которых работают разные эксперименты в физике частиц (LHC, RHIC, NICA). Нисходящей черной стрелкой отмечена эволюция параметров вещества в ранней Вселенной.

Кроме того, у NICA есть еще одна важная задача — разобраться, из чего складывается спин нуклонов. На первый взгляд, эта задача элементарна: в нуклоне три кварка, спин каждого кварка равен 1/2, спин нуклона равен 1/2 — следовательно, два кварка смотрят вверх, а еще один вниз. Однако в действительности такие рассуждения работают только для покоящихся нуклонов, тогда как при больших энергиях спин валентных кварков не превышает 1/3 от спина составной частицы.

Объяснить такое поведение теоретики до сих пор не могут. Численные расчеты тоже только недавно добрались до этой задачи. В то же время, если нам удастся «разобрать по частям» спин нуклонов, то это довольно много скажет об их внутренней структуре. Изучить, понять спин, значит понять, как живет каждый нуклон и протон, как двигаются в нем кварки и глюоны. Поэтому в этой области эксперименты на NICA тоже могут сыграть важную роль.

К сожалению, для таких процессов сложно отличить классические поля от квантовых, поэтому до сих пор говорить о подтверждении эффекта Швингера не приходится. Тем не менее, такая работа ведется.

В каких процессах встречается горячее сверхплотное вещество, которое исследует NICA?

К сожалению, сказать, что на NICA физики могут создавать новые Вселенные, все-таки нельзя. В каком-то смысле, здесь ситуация напоминает нейтронные звезды. Дело в том, что у столкновения тяжелых ионов и Большого взрыва разные фазовые диаграммы. Грубо говоря, в плоскости параметров температура — химический потенциал эти процессы вычерчивают разные траектории.

В целом, оба процесса сводятся к уменьшению плотности и увеличению температуры, однако в одном процессе сначала падает плотность, а потом начинает расти температура, а в другом — наоборот. Поэтому «Маленький взрыв» все-таки не совсем воспроизводит «Большой».

Впрочем, это не значит, что столкновения тяжелых ионов бесполезны для изучения эволюции Вселенной. В принципе, при увеличении точности могут проявиться и какие-то универсальные свойства, которые одинаково работают в обоих процессах.

Какие конкретные результаты можно ожидать от исследований на NICA

Дело в том, что на этой энергии странные кварки становятся активными участниками столкновений, и из-за этого странность становится невероятно полезным «зондом», с помощью которого можно «прощупать» структуру материи. Кроме того, если мы поймем, что происходит в таких столкновениях, нам будет легче искать новые стабильные конфигурации мульти-странных барионов.

Разумеется, нельзя сказать, что исследований на энергиях NICA вообще не было. Например, моя докторская диссертация была посвящена экспериментальному исследованию странности на синхротроне AGS Брукхейвенской национальной лаборатории, который работал на сравнимых энергиях.

Однако даже я признаю, что эти измерения, выполненные в начале 90-х годов, были сильно ограничены возможностями детектора и вычислительных машин, которыми мы располагали. Я думаю, NICA потенциально ждет долгая жизнь, поскольку она занимает уникальную нишу ниже RHIC и выше GSI/FAIR. Конечно, это будет зависеть от силы программы исследований, но по всему тому, что я видел, мне кажется, что она довольно сильна».

Джеймс Данлоп (James Dunlop)
Брукхейвенская национальная лаборатория (работал с релятивистским коллайдером тяжелых ионов RHIC)

Ограничивается ли работа NICA исследованием столкновений тяжелых ионов?

Здесь физикам снова поможет сравнительно низкая энергия коллайдера. Дело в том, что на энергиях Большого адронного коллайдера (порядка 10 тераэлектронвольт) в столкновениях проявляются только универсальные свойства частиц. Можно сказать, что на таких энергиях адроны практически полностью состоят из глюонов (энергией кварков можно пренебречь). А вот на энергиях NICA уже проявляется структура адронов.

Более того, эффекты, которые возникают в протонах, напоминают коллективные явления в кварк-глюонной плазме. Поэтому можно надеяться, что понимание одной стороны этого «соответствия» поможет лучше разобраться с другой.

Грубо говоря, тут можно провести следующую аналогию. Кварк-глюонная плазма — это атмосфера Земли, происходящие в ней процессы — это погода. Как и атмосферой, кварк-глюонной плазмой управляют простые законы, которые, тем не менее, приводят к довольно сложной динамике (надежно предсказать погоду далее чем на неделю практически невозможно).

А протон — это комната, погоду которой предсказать гораздо проще. Глядя на закономерности, которые возникают в комнате, можно делать приблизительные выводы о погоде всей атмосферы, и наоборот. Вероятно, измерения NICA помогут прояснить эти закономерности.

Беседовал Дмитрий Трунин
в подготовке материала участвовала Ольга Добровидова

Источник