Николай Непомнящий – 100 великих достижений СССР (страница 75)
О необходимости создания советского ускорителя заговорили задолго до 1957 г. До Второй мировой войны СССР не имел ни одного ускорителя-циклотрона, в то время как у США их было пять. Однако работу по созданию условий для атомных исследований, начатую в 1937 г., не завершили и свернули. Это было связано с финансированием и отсутствием понимания актуальности исследований атомной физики. Для руководства страны добыча угля и выплавка стали казались важнее, чем исследования урана и тория.
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.
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.
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.
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.
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.
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: более 20 промышленных площадок с многоэтажными производственными зданиями, к которым были проложены трассы водоснабжения, отопления, сжатого воздуха, высоковольтные линии электропередач.
В этот же период у проекта начались проблемы с финансированием. В 1991 г., с развалом СССР, УНК мог быть брошен сразу же, однако стоимость консервации недостроенного тоннеля оказалась бы слишком высока. Разрушенный, затопленный грунтовыми водами он мог бы представлять опасность для экологии всего региона.
Потребовалось еще четыре года, чтобы замкнуть подземное кольцо тоннеля, но ускорительная часть безнадежно отстала – всего было изготовлено лишь около ¾ ускоряющей структуры для первой ступени УНК и лишь несколько десятков магнитов сверхпроводящей структуры (а требовалось 2500, каждый из них весом около 10 тонн).