На ускорительном комплексе NICA впервые одновременно заработали «Бустер» и «Нуклотрон»

В Дубне завершился сеанс пусконаладочных работ на ускорительном комплексе NICA, в ходе которого одновременно функционировали все ускорители в составе инжекционного комплекса. Ученые впервые одновременно охладили «Бустер» и «Нуклотрон» — два сверхпроводящих ускорителя в составе комплекса. Физикам удалось провести пучок ионов углерода сквозь все элементы комплекса и ускорить их до энергии в 3 гигаэлектронвольта на нуклон. Сформированный пучок использовали для набора данных на эксперименте SRC, который теперь будет демонтирован и заменен на оборудование эксперимента BM@N, говорится в сообщении, поступившем в редакцию N + 1 из пресс-службы Минобрнауки РФ.

NICA (Nuclotron based Ion Collider fAcility) — это ускорительный комплекс, который создается на базе Объединенного института ядерных исследований в Дубне для изучения свойств плотной барионной материи. Предполагается, что данные исследования будут проводиться на трех экспериментальных установках: детекторах SPD и MPD на коллайдере и установке BM@N для экспериментов с фиксированной мишенью. Основная задача комплекса — изучение образующейся в столкновениях релятивистских ионов кварк глюонной плазмы. Но для ее формирования сами ионы нужно ускорить до релятивистских энергий.

Именно задачу ускорения ионов до близких к скорости света скоростей и формирования из них пучка должен будет выполнять инжекционный комплекс. В случае NICA, помимо источников ионов, в его состав входят три основных ускорителя: линейный ускоритель тяжелых ионов HILac и сверхпроводящие синхротроны «Бустер» и «Нуклотрон». Линейный ускоритель используется для первичного захвата и ускорения ионов до энергии порядка 3.2 мегаэлектронвольт на нуклон, «Бустер» — для ускорения ионов до энергии, достаточной для инжекции в «Нуклотрон», а сам «Нуклотрон» — для разгона пучка до финальной необходимой энергии. Причем для полноценного функционирования инжекционного комплекса все три установки должны работать одновременно.

Теперь же в Дубне завершили сеанс пусконаладочных работ, в ходе которого ученые добились одновременной работы всех элементов инжекционного комплекса. Для этого впервые были одновременно охладили сверхпроводящие «Бустер» и «Нуклотрон». В результате физики провели пучок через все элементы комплекса, в результате чего ионы углерода ускорились до энергии в 3 гигаэлектронвольт на нуклон.

«Сначала был заранее оптимизирован линейный ускоритель на получение ионов С⁴⁺. На этом этапе в ускоритель попадает порядка 10⁹ ионов, длительность тока соответствует частоте лазера в лазерном источнике — 2-3 микросекунды. После начала сеанса 2 января первоначально был охлажден „Бустер“, затем был охлажден „Нуклотрон“ — на это ушло порядка трех недель. После этого мы начали инжекцию в „Бустер“ и провели его настройку. В результате в каждый из циклов пучок находился в „Бустере“ примерно 4 секунды. После пучок был проведен по каналу перевода между „Бустером“ и „Нуклотроном“, была настроена инжекция в „Нуклотрон“ и ускорение пучка на последнем этапе. Также работу инжекционного комплекса протестировали с ядрами углерода С⁶⁺, нарабатываемыми на мишени. Наконец, мы настроили „Нуклотрон“ на необходимую экспериментаторам энергию», — рассказал N + 1 начальник Ускорительного отделения ЛФВЭ ОИЯИ Анатолий Сидорин.

Полученный в ходе пусконаладочных работ пучок провели в зону установки BM@N, где располагался эксперимент SRC, и использовали пучок для набора данных на эксперименте. В таком режиме ускорительный комплекс проработал 3 недели. По словам Сидорина, важное достижение сеанса — высокая длительность вывода пучка из «Нуклотрона». «После того как пучок ускорен в „Нуклотроне“, ускоряющее электрическое поле выключается, а магнитное поле становится постоянным. Это называется стол магнитного поля, или стол вывода пучка. Длительность вывода в этом сеансе была 6 секунд, чего до этого не позволяла добиться энергетика канала. Это важно для физиков, так как полная продолжительность цикла работы двух ускорителей была 16 секунд, и чем большую часть этого времени занимает вывод пучка, тем выше средняя интенсивность. Мы и обеспечили длительный вывод, а также хорошее качество пучка».

Предполагается, что следующий сеанс на NICA будет уже не пусконаладочный, а экспериментальный: пучок будет целенаправленно использоваться в целях эксперимента BM@N. Также инжекционный комплекс планируют настроить на работу с пучками уже тяжелых ионов, выбор предстоит между ксеноном или криптоном в зависимости от конечной интенсивности от источника. По словам Сидорина, сеанс запланирован на сентябрь 2022 года.

Ранее мы уже рассказывали о завершении предыдущего этапа настройки инжекционного комплекса: в сентябре 2021 года пучок ионов на NICA провели от «Бустера» к «Нуклотрону». Подробнее про задачи самого ускорительного комплекса можно почитать в нашем материале «Маленький взрыв».