Детекторные системы и сверхпроводящий магнит для NICA/MPD


https://www.youtube.com/jinrtv
На  коллайдере NICA, который строится  в Лаборатории физики высоких энергий  ОИЯИ,  в одной из двух точек пересечения  пучков будет располагаться экспериментальная установка MPD (Multi-Purpose Detector), предназначенная для анализа столкновений тяжелых ионов в неисследованной доселе области больших барионных плотностей.

В ходе экспериментов придется иметь дело с большим количеством заряженных частиц (более тысячи), поэтому детектор должен эффективно идентифицировать рождающиеся при соударении ядер продукты и прецизионно измерять их параметры.  MPD состоит из различных детекторных подсистем, дополняющих друг друга, необходимых для определения энергии, заряда и типа заряженных частиц, Основным детектором для регистрации треков заряженных частиц и их идентификации в центральной области MPD является время-проекционная камера TPC (Time Projection Chamber).

Владимир Кекелидзе, директор Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИВ ней должны детектироваться  почти 2 тысячи  заряженных частиц, рожденных в каждом взаимодействии. И взаимодействий таких должно быть  7 тысяч в секунду. И каждое из таких событий должно быть отдельно во времени разделено, восстановлены  в пространстве все  криволинейные траектории, измерены все параметры, занесены в компьютер  и переданы на дальнейшую обработку. Надо сказать, это такие детекторы, которые действуют на всех крупнейших установках в ЦЕРНе, в Брукхейвенской лаборатории. Мы пошли по такому же пути, но усовершенствуем этот детектор с учетом уже последних технологических наработок. Проект идет по плану. Возглавляет этот проект Сергей Мовчан, участвует в этом проекте много наших коллег из разных стран».

Работы по сборке  детектора TPC будут проводиться в специально оборудованном помещении в чистой атмосфере, где в воздухе должно быть не более 10 тысяч частиц на кубический метр. Помещение герметично закрывается, воздух очищается через фильтры, здесь поддерживаются необходимые влажность и температура.

Александр Рыбаков,  старший инженер Лаборатории физики высоких энергий: «Как поставила нам задачу дирекция, мы должны к запуску MPD уже иметь готовый детектор — оттестированный и опробованный, готовый  к интеграции. TPC называют сердцем детектора  MPD. Он будет располагаться  практически в самом центре (в зоне столкновения пучков) и будет собирать  основную информацию о частицах, рожденных в результате столкновения пучков».

Юрис Лукстиньш, и.о. начальника сектора №1 Лаборатории физики высоких энергий: «Самый главный детектор MPD – это TPC (время-проекционная камера), потому что она видит все заряженные частицы, которые в нее попадают. И чтобы померить их импульсы и ионизацию, она должна быть достаточно большой. Получается, что ее длина 3м40см, диаметр почти 3м. Корпус должен быть двойной. Это две трубы кевларовые (внешняя оболочка), потом две кевларовые трубы (внутренняя оболочка). Соответственно, и фланцы, которые соединяют эту конструкцию — почти 3м диаметром. И высоковольтный электрод, который создает поле, и который позволяет  регистрировать эти все заряженные частицы, тоже почти 3м диаметром. Чтобы такую вещь собрать, притиом с достаточно большой  точностью (порядка 100 микрон на метр), нужны приспособления, которые очень большие».

Александр Рыбаков,  старший инженер Лаборатории физики высоких энергий: «В холле сейчас собирается  рабочий вариант фланца для детектора TPC, на котором будут располагаться камеры считывания информации. Поскольку размеры достаточно большие, коллеги из Минска  предложили сделать сборный вариант фланца. Сейчас он лежит на столе, готов к склеиванию. После проверки на герметичность, если все пойдет хорошо, этот вариант будет использоваться для установки в детектор».

В центральной части установки MPD  будут размещаться и другие детекторы. Один из них —  внутренний трекер  (трековый детектор).

Юрий Мурин, начальник отдела кремниевых трековых систем: «Наша мечта, чтобы с помощью этого детектора мы открыли в ОИЯИ  супер-ядро гелия.  Образование этого ядра предсказывалось еще в 70-х годах Алексеем Тяпкиным,  такие опыты в Протвино были очень давно.  MPD даст такую возможность — открыть следы этого ядра.  Наш детектор мы делаем в содружестве с ЦЕРНом, потому что технология очень современная. Мы подписываем протокол о сотрудничестве с ЦЕРНом, по которому мы будем делать трекер. Он будет в каком-то смысле репликой  новейшего детектора, который коллаборация  ALICE  устанавливает в свой детектор. У меня в руках тепловой  мост с углепластиковой фермой и  капиллярами для охлаждения, на котором будут установлены  новые детекторы МАПС — монолитные активные  пиксельные сенсоры. Мы надеемся, что мы изготовим  первую очередь нашего трекера к 2021 -2022 году, а выйдем на измерение уже в 2023».

Алексей Шереметьев, инженер Лаборатории физики высоких энергий: «В чистой комнате установлено все оборудование для сборки детекторов силиконовых.  Здесь ультразвуковая машинка для сварки проволоки, современная высокопрецизионная  машина для укладки сенсоров – МАПС. Оборудованы все рабочие места для технологических процессов. Для сборки  детектора  мы будем использовать машину АЛИСИЯ 8, сейчас она вводится в эксплуатацию — настроена совместно с голландскими инженерами. Это высокотехнологичная машина, которая позволяет прецизионно с точностью до  5 микрон  поставить детекторы, собрать линейку детекторов из семи чипов МАПС. После этого всю линейку детекторов мы будем склеивать, проводить в ней определенные операции,  подготовку для сборки модуля».

Для MPD в Лаборатории физики высоких энергий создается также времяпролетная система идентификации заряженных частиц (TOF).

Владимир Кекелидзе, директор Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ: «Есть времяпролетные системы —  у нас  почти все уже сделано: электроника уже есть, разработки все готовы, все элементы — на руках, осталось только произвести. И много других объектов в производстве, в создании которых  участвуют наши коллеги из ряда Институтов. Хотел бы отметить Институт ядерных исследований из Троицка. Они взяли на себя всю ответственность за изготовление  одного из важнейших элементов – это фронтальные адронные калориметры. Это очень важный прибор, он будет измерять плоскость реакции во взаимодействии — настолько точно, когда прицельно столкнулись  два ядра, Параметры, дизайн конструкции, технологии — они будут лучшие из того,  что до сих пор  было сделано в этом направлении. Мы  опережаем другие детекторы, которые до этого работали в мире».

Для того, чтобы  траектории заряженных частиц были восстановлены с предельной точностью,  должна быть высокая однородность магнитного поля. Поэтому детектор MPD  будет расположен в большом цилиндрическом соленоидальном сверхпроводящем магните. Его  изготавливают в Генуе, в Италии, по уникальным современным технологиям.

Владимир Кекелидзе, директор Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ: «Такие точности в магнитном поле и в таком масштабе и объеме достигаются впервые. Сегодня компания ASG Superconductors  вышла на все проектные мощности. Это очень большая по размерам катушка сверхпроводящего магнита (помещена в криостат), и все сопутствующие  инфраструктурные элементы.  Надо сказать, что только доставка этой катушки (этого криостата) в Дубну — это непростой путь, потому что он может  быть сделан  только по воде. Не существует транспортных компаний, которые могли бы это сделать по земле. Поэтому мы договариваемся с ними и надеемся, что они успеют поставить эту катушку (весь этот криостат)  до конца навигации следующего года, хотя эта задача очень непростая.  Если она до октября-ноября не будет поставлена, в зависимости от окончания навигации, то поставка перейдет на весну 2019 года. Это будет  напряженно, но мы постараемся вписаться в график.  И сегодня полным ходом идут работы на ASG Superconductors . Уже создана большая намоточная машина – специально под наш проект – это огромное сооружение. Кабель поставляет японская компания, тестирует кабели итальянский Институт при нашем участии. Все идет согласно плану. И второй крупный блок этого магнита – это железо (почти 900 тонн). Ярма этого магнита –  крупномасштабные изделия, которые должны быть изготовлены с высокой точностью. Мы остановили свой выбор на чешской компании Vitkovice Heavy Machinery, которая славится высоким качеством, изготавливает крупномасштабные металлические объекты для всего мира. Работы там идут с опережением графика».

Проект NICA реализуется в рамках научной программы ОИЯИ по изучению горячей и плотной барионной материи.  Он позволит исследовать взаимодействия тяжелых ионов в широком диапазоне атомных масс —  от легких ядер до ядер золота при энергии от 4 до 11 ГэВ/нуклон в системе центра масс.   Для того, чтобы поймать все  вторичные частицы, измерить их с высокой точностью и, тем самым, восстановить  картину, которая возникнет в момент столкновения ионов – и потребуется  детектор MPD. Здание для MPD строители сдадут в июне 2018 года.

Научно-информационный отдел ОИЯИ, 2017
Редактор портала: Инна ОРЛОВА
Видеограф: Евгений ГОРЯЧКИН

http://www.jinr.ru

http://www1.jinr.ru/News/Jinrn