Апгрейд для открытий: как инженеры ТПУ улучшали адронный коллайдер

ТОМСК, 27 мая – РИА Томск, Елена Тайлашева. Апгрейд Большого адронного коллайдера (БАК), в котором участвует команда исследователей Томского политеха (ТПУ), включая старшего преподавателя Геннадия Паньшина, был приостановлен из-за пандемии, и на днях томич вернулся домой. Как ужесточался режим на крупнейшем в мире ускорителе частиц и как политехники усовершенствовали работу БАК – в материале РИА Томск.

Незаменимые для науки

Большой адронный коллайдер должен еще многое рассказать человечеству об устройстве, происхождении и раннем развитии Вселенной. Исследования на БАКе ведутся несколькими коллаборациями, одна из которых – LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment), она объединяет ученых разных стран, которые изучают частицы с b-кварками.

Эти эксперименты должны дать ответ на захватывающие вопросы: какие процессы, действующие после Большого Взрыва, позволили материи сохраниться именно в том виде, в котором мы её наблюдаем сегодня, и почему в ходе эволюции Вселенной исчезла антиматерия?

"Томский политехнический университет вступил в LHCb в 2016 году (когда готовилось обновление детекторов эксперимента) в качестве проектировщиков системы позиционирования одного из детекторов – SciFi Tracker. Наш научный и инженерный коллектив разработал для него достаточно сложную подвесную систему, рельсы и шасси (каретки)", – рассказывает старший преподаватель ТПУ Геннадий Паньшин.

Детектор – это "глаз" эксперимента: именно он "считывает" энергию столкновения двух пучков протонов, с бешеной скоростью несущихся друг к другу. Политехники за год сотрудничества с LHCb создали и предложили 12 разных вариантов подвесной системы для перемещения детектора SciFi.

Сложность заключалась в том, что детектор – это очень тяжелая, громоздкая конструкция (и, к слову, очень дорогая), которая должна поддерживаться и располагаться в строго фиксированном месте с микронной точностью. Без этого не получится правильно идентифицировать траектории частиц, рождающихся при столкновении пучков в коллайдере…

"Ученые придумывают, как должны работать детекторы, но с инженерной точки зрения есть ограничения, и мы, как инженеры, должны придумать такое решение, чтобы эксперимент обязательно состоялся. Например, когда делали каретки для SciFi, они должны были получиться максимально компактными, при этом выдерживать вес в две тонны и работать в условиях высокой радиации и сильного магнитного поля", – приводит пример Геннадий Паньшин.

Другая интересная задача, которую выполнял Политех до последнего времени, – апгрейд магнита.

"На детекторе LHCb есть здоровеннейший магнит, у него только обмотка весит 50 тонн. Когда на нем начали проводить диагностику и обслуживание, выяснилось, что две опоры вышли из строя – переломило стальную балку…

Моей задачей было сделать стопорный механизм – ограничители для колец магнита, чтобы они не двигались. Это нетривиальная задача, под копирку не получится. Изначально кольца сжимались двумя пластинами, а мы сделали с одной стороны специальное устройство из нержавеющей стали общим весом более 400 кг, с регулирующимися "ножками", чтобы удерживать каждое кольцо", – рассказывает Геннадий.

ЦЕРН онлайн

Первая командировка инженеров Политеха в ЦЕРН в 2016 году длилась 20 дней.

"К нам только присматривались – дали одну небольшую задачу, мы ее решили, решение понравилось, дали еще, и мы стали контактировать все чаще.

Кстати, главной проблемой ЦЕРН является то, что профессиональных сотрудников всегда не хватает. Коллеги, видя компетенции Томского политеха, готовы делегировать проекты командам мотивированных студентов и аспирантов. При этом задачи, которые нужно решать, находятся на передовом уровне инженерии с повышенными требованиями к точности и качеству. Это очень хорошая мотивация поступать в наш инженерный вуз", – отмечает инженер.

В итоге за последние три года Паньшин ездил в командировки в ЦЕРН около 10 раз, последняя началась в январе 2020 года. Он работал в офисе по интеграции различных элементов и компонентов детектора.

"Это реально интернациональная команда, в нее входят французы, британцы, итальянцы, поляки, голландцы. Ограничения начались уже в январе – уменьшилось количество взаимодействий между людьми. Если раньше на совещания могли прийти более 500 человек, то с января стало не более 200. У нас в офисе совещания стали по 15–20 человек максимум, и мы рассаживались через стол", – рассказывает он.

Также люди перестали здороваться за руку. В офисе стали проводить ежедневную дезинфекцию. Когда в марте страны (а ЦЕРН находится на территории Швейцарии и Франции) приняли решение об обязательной самоизоляции граждан, ЦЕРН официально закрылся – на территорию могли попасть только люди, ответственные за безопасность. Остальные перебралась домой, в съемные квартиры.

Перейти на дистант – даже в таком сложном деле, как проектирование систем для коллайдера, – оказалось довольно просто:

"ЦЕРН – международная организация, и поэтому в работе и раньше активно использовалась система дистанционного общения "Vidyo", но в связи с тем, что количество людей в онлайне стало катастрофически большим, начали использовать также и ZOOM, и Skype for business. Минимум два раза в неделю проходили совещания.

Что касается меня, то мне не требовалось присутствия на коллайдере: чертежи, касающиеся очередной задачи по апгрейду магнита, были подготовлены, материал уже пришел в цех – нужно было только изготовить изделие и собственноручно спуститься в шахту и установить. Эти работы, конечно, отменились и перенеслись на более поздний срок", – рассказывает Геннадий Паньшин.

"Вся инфраструктура коллайдера уже находится в 3D, поэтому для проектирования не нужно спускаться в шахту – подавляющее большинство работы делается в компьютере", – говорит инженер.

Вернуться и закончить

Сейчас Швейцария и Франция постепенно начинают снимать ограничения, и в ЦЕРНе еженедельно увеличивают количество допускаемых до работ сотрудников: на прошлой неделе их было 500 (включая охрану и пожарную бригаду), на этой – 750, и так далее. Работы буквально "закипают", чтобы наверстать месяцы отставания, вызванные самоизоляцией из-за пандемии.

"Моя командировка официально должна была закончиться 14 мая. В принципе, ЦЕРН был готов оплачивать мое дальнейшее пребывание в стране из-за того, что выбраться домой было довольно трудно, рейсы в Москву отменялись различными авиакомпаниями.

Но мы с женой (она провела эту командировку со мной) приняли решение улетать: сидеть два месяца в самоизоляции дома – довольно тяжело. Когда мы приехали в аэропорт Женевы, увидели его абсолютно пустым – за день было всего 4 рейса!" – говорит Геннадий.

Чтобы попасть домой, томичам пришлось взять билет через Минск, а потом наземным транспортом добираться до Москвы.

"К счастью, рейс до Томска был по расписанию, и вот мы дома. Сейчас сидим в обязательном карантине. По оптимистичным ожиданиям, осенью сможем вернуться в ЦЕРН и закончить то, что не дала довести до конца пандемия", – надеется политехник.