Цивилизация
###1###Международная проектная группа, статус и размещение коллайдера
Ускоритель ILC является международным проектом. В 2005 индивидуальные группы, разрабатывавшие различные варианты линейного коллайдера, объединились в Международную проектную группу (МПГ), с тем чтобы сконцентрировать усилия на проекте сверхпроводящего коллайдера ILC. Эта группа включает в себя ученых и специалистов из ведущих исследовательских центров и проектных организаций Америки, Азии, Европы, включая многие российские институты, в том числе ОИЯИ в Дубне, НИИЭФА им. Д. В. Ефремова, ИЯФ им. Г. И. Будкера, Московский Университет им. М. В. Ломоносова, и насчитывает более тысячи человек.
МПГ выработала и в 2007 году опубликовала трехтомный отчет о проекте ILC, включая оценку его стоимости, и сейчас продолжает работу над техническим проектированием, созданием прототипов систем, индустриализацией производства сверхпроводящих ускорительных модулей, а также исследованием размещения коллайдера в нескольких выбранных местах, пригодных для работы коллайдера с точки зрения геологических условий.
До недавнего времени МПГ рассматривались следующие места для строительства ILC: вблизи Лаборатории им. Э. Ферми (США), в Японии (где рассматриваются несколько мест в разных частях страны) и вблизи CERN (Швейцария, Франция).
Во всех этих случаях из-за геологии местности тоннель ILC должен располагаться на значительной глубине — около 100 метров. Различия этих вариантов также кроются в геологии: например, туннель вблизи Фермилаба может быть проложен в пласте прочного доломита и потребует минимальной отделки, тогда как туннель вблизи CERN, построенный в слоях молассы, нуждается во внутренней бетонной отделке. В Японии, в связи с гористостью рельефа, расположение ILC будет отличаться тем, что некоторые из шахт, ведущих в туннель, придется делать горизонтальными, из склона горы, или с небольшим наклоном вместо стандартного вертикального расположения.<1><2>
Около двух лет назад к числу возможных мест для строительства ILC добавилось место вблизи Дубны, предложенное и проработанное ОИЯИ (Дубна, Россия). Местоположение в Дубне отличается, в частности, удачной геологией, дающей возможность расположения ILC на малой глубине, что даст дополнительные преимущества. Вариант расположения в Дубне, представляющий особый интерес для российских читателей, будет детально обсужден ниже.
Техническое проектирование, осуществляемое МПГ, планируется завершить к концу 2012 – началу 2013 года, после чего будет подготовлен детальный проект, включающий анализ вариантов конструкции для каждого конкретного местоположения. Возможно, к этому времени появятся первые результаты работы LHC, указывающие на конкретные процессы и диапазоны энергии, которые должны быть исследованы на ILC.
С большой вероятностью в этот момент начнется активное формирование коллаборации для строительства ILC, соревнование за его размещение на своей территории и выбор конкретного месте для ILC.
В заключение этой главы упомянем также о ведущихся исследованиях в отношении принципиальной возможности создания линейного коллайдера с гораздо большей энергией (до 3 ТэВ) – CLIC, а также о возможности создания мюонного коллайдера, сталкивающего тяжелые и нестабильные аналоги электронов – мюоны. Эти проекты могут помочь, в случае если LHC укажет, что для исследования новых частиц необходимы гораздо большие энергии.+++
###2###Преимущества для страны, где ILC будет построен
Организация и масштабы работ по сооружению ускорителя ILC являются беспрецедентными. Широкое международное сотрудничество на всех этапах реализации проекта позволит его участникам взаимно использовать лучшие научные и технологические достижения в своих странах.
По предварительным планам, страна, которая заинтересована в сооружении ILC на своей территории, финансирует не менее 30% стоимости реализации проекта.
Остальное вносится другими странами-участниками, причем вносится наукоемким и высокотехнологичным исследовательским оборудованием.
Последние десятилетия эксперименты в области физики элементарных частиц приобретают все возрастающий международный размах. Сотрудничество научных работников разных стран мира приводит к развитию тесных отношений и взаимного доверия, которые могут влиять на отношения между народами в долгосрочной перспективе. Кроме того, проникновение высококвалифицированных и инновационно мыслящих ученых и инженеров в сферу медицины, промышленности и коммерции, формирование новых идей и организация решения широкого спектра проблем являются огромным и непосредственным вкладом в развитие страны-хозяйки. Такой «технологический переход людей» имеет громадное влияние на общество в целом.<3>
Реализация проекта такого масштаба в области фундаментальных исследований, несомненно, послужит мощным стимулом для наиболее талантливой и подготовленной молодежи связать свою жизнь с наукой и техникой, повысит престижность университетского и технического образования в странах, вовлеченных в проект и, в особенности, в стране-хозяйке, разместившей проект на своей территории. ILC сыграет неоценимую роль «магнита» для привлечения нового поколения учёных и инженеров, в которых нуждается общество.
Вовлеченность в высокотехнологичный проект подобного масштаба ученых и специалистов из Российской Федерации, безусловно, будет способствовать ускоренному развитию передовых технологий в странах-участниках, в первую очередь в России.+++
###3###Дубна как возможное место размещения ILC
Современное международное научное сообщество встретило со значительным интересом инициативу по изучению возможности строительства ILC в России, в Дубне, предложенную Объединенным институтом ядерных исследований, являющимся международной межправительственной организацией, обладающей уникальным опытом организации и успешной реализации крупномасштабных научно-исследовательских проектов на базе широкой кооперации научных центров и промышленных предприятий многих стран.<4>
Основными преимуществами строительства ILC в районе Дубны можно считать следующие.
Наличие ОИЯИ — международной межправительственной организации, крупнейшего физического центра с квалифицированным персоналом и развитой инфраструктурой — как базовой научной и организационной структуры будущего международного научного центра. ОИЯИ – международный институт, в котором сотрудничают18 стран-участниц (еще 5 стран являются ассоциированными членами). Соглашение между правительством РФ и ОИЯИ об особом статусе научной организации введено в действие федеральным законом № 39-ФЗ от 02.01.2000 г., подписанным президентом РФ В. В. Путиным.
Рассматриваемый вариант расположения ILC на севере Московской области оптимизировался так, что возможное расположение проходит через крайне малозаселенную территорию, практически свободную от промышленности, рек и дорог. На площадке нет биологических заповедников, религиозных и исторических памятников. Площадка не затрагивает национальные парки. Предлагаемое размещение тоннелей ускорителя в относительно сухом моренном слое исключает его влияние на глубинное распределение подземных вод.
Рассматриваемый район вблизи Дубны отличается абсолютной сейсмической устойчивостью и геологической стабильностью.
Равнинный рельеф местности и уникальные геологические условия позволяют разместить ILC на малой глубине (около 20 м) и вести строительство тоннелей, экспериментальных залов и других подземных объектов с наименьшими затратами, в том числе открытым способом.
Чрезвычайно привлекательной особенностью размещения комплекса ILC на выбранной территории является уникальная возможность решения вопроса о стоимости приобретения земли.
Подобно тому, как это было сделано для ОИЯИ по соглашению между ОИЯИ и правительством РФ, будет возможна передача всего участка земли, необходимого для сооружения ILC, в бессрочное бесплатное пользование.
Рассматриваемый вариант хорош и наличием источников электроэнергии достаточной мощности (ЛЭП 500 кВ, Конаковская ГРЭС, Удомльская АЭС) в районе строительства ILC.
К числу преимуществ строительства ILC у Дубны стоит также отнести:
— развитую систему всех видов транспорта и связи (удачное местоположение, хорошие автомобильные и железнодорожные коммуникации, наличие водной артерии — бассейн реки Волги, хорошее расположение в Европейском регионе);
— наличие современной сетевой и информационно-вычислительной инфраструктуры, в том числе центра космической связи «Дубна», одного из крупнейших в Европе);
— создание в Дубне в декабре 2005 года особой экономической зоны, обеспечивающей льготные условия для разработки и производства наукоемкой технической продукции.
Дубна обладает мощным научным и техническим потенциалом.
Развитая инфраструктура позволяет дополнительно привлекать в уже сложившийся интернациональный коллектив высококвалифицированных специалистов из научных центров мира, обеспечивая им комфортные условия работы. Это дает возможность обеспечить высокое качество исследований на ILC и получение новых фундаментальных результатов принципиального научного значения. Новая масштабная задача привлечет в Дубну поток талантливой и высокообразованной молодежи.
Учитывая, что проект ILC рассматривается международным научным сообществом как стратегически приоритетный в области физики высоких энергий, ученый совет Объединенного института ядерных исследований поддержал идею размещения коллайдера в Дубне, рекомендовал ОИЯИ принять участие в подготовке проекта коллайдера и инвестировать соответствующие ресурсы в научно-технические разработки. Комитет полномочных представителей (КПП) правительств государств — членов ОИЯИ утвердил эти решения. Проект ILC и идея его размещения в окрестностях Дубны неоднократно выносились на обсуждение в Российской академии наук и получили активную поддержку.
Кстати, ОИЯИ одним из первых начал всерьез заниматься геологическими и проектными исследованиями по возможному будущему размещению коллайдера в окрестностях Дубны.
Эти изыскания велись с участием специалистов из ГСПИ (Государственный специализированный проектный институт) – организации, спроектировавшей практически все ядерные научные и энергетические центры на территории бывшего СССР.
Именно ОИЯИ с ГСПИ впервые предложили вариант однотуннельной схемы ускорительного комплекса с приповерхностным залеганием как наиболее оптимальный по затратам и эксплуатации. Сейчас этот вариант – рабочий для ILC.
Начало обсуждения вопроса о размещении и строительстве ILC ожидается через 2–3 года, когда МПГ закончит техническое проектирование и когда, вероятно, появятся сигналы от LHC о наличии новых явлений, требующих детального изучения с помощью ILC. На этом этапе, вероятно, появятся несколько заявок на размещение ILC, предложенных заинтересованными странами. Окончательное решение о размещении может занять еще 1–2 года и будет приниматься на уровне правительств стран-участниц.
Одним из важных факторов в решении вопроса о размещении ILC будет играть мнение международной коллаборации, поддерживающей определенный вариант расположения. Многолетнее плодотворное сотрудничество ведущих европейских ускорительных центров — ДЭЗИ (Гамбург), INFN (Италия), ЦЕРН (Швейцария), а также американских, японских и других центров — с российскими центрами, такими как ОИЯИ (Дубна), ИЯФ им. Г. И. Будкера СО РАН, ФИАН и ИЯИ РАН, с Национальным исследовательским центром «Курчатовский институт», с ИФВЭ, ИТЭФ, МГУ им. М. В. Ломоносова, а также с Российской академией наук и многими другими ведомствами, организациями и институтами, является существенным положительным фактором для решения о размещении ILC в районе Дубны.
Одним из важнейших факторов в решении вопроса о размещении ILC будет продемонстрированная предполагаемой страной-хозяйкой готовность осуществить научный проект такого масштаба в рамках широкой международной координации. В заключительной части нашей лекции мы хотели бы упомянуть международный проект НИКА, который может стать репетицией перед созданием и строительством ILC на площадке Дубны.+++
###4###Проект ILC и проект НИКА
В составе широкой международной коллаборации ОИЯИ работает над проектом коллайдера тяжелых ионов НИКА. Проект НИКА, реализуемый на основе действующего в ОИЯИ сверхпроводящего ускорителя Нуклотрон, обеспечит встречные столкновения широкого набора ядер – от протона до золота, в широком диапазоне энергий столкновений (sNN = 4–11 ГэВ), что позволит формировать максимально возможную плотность барионной материи. Создается экспериментальная и инструментальная база, открывающая возможность исследований адронной (сильновзаимодействующей) материи в наиболее неожиданных и неизведанных до сих пор её проявлениях в экстремальных условиях фазовых превращений. В результате будут поняты фундаментальные принципы и первозданные свойства материи, обусловившие многообразие ее форм (от кваков до ядер), получена новая информация о процессах возникновения и эволюции Вселенной. Возможности комплекса НИКА недостижимы в других научных центрах мира и будут эффективно дополнять существующие в мире мегапроекты, включая и Большой адронный коллайдер в CERN. С использованием пучков частиц комплекса НИКА предполагается выполнение не только высококонкурентных программ в области фундаментальных наук, но и инновационных проектов в области радиобиологических исследований, радиотерапии, прежде всего углеродной, как наиболее эффективной и перспективной, трансмутации ядерных отходов, нанотехнологий и в ряде других.
Несмотря на большое различие в масштабах проектов ILC и НИКА, у них есть много общих черт.
Оба проекта представляют собой большие ускорительные комплексы со сверхпроводящими ускорителями (в НИКА сверхпроводящими будут магниты). Это означает, что для работы необходимы криогенные мощности: парк мощных гелиевых компрессоров, гелиевые ожижительные установки, оборудование для транспортировки гелия по сильно разнесенным в пространстве системам и элементам и т. п. Криогеника – «сердце» такого комплекса. И она должна развиваться и создаваться на самом раннем этапе создания установок. Рабочие температуры для коллайдера НИКА и ILC отличаются — соответственно 4,5 и 1,8 Кельвина. Тем не менее оборудование может быть унифицировано. Дубна имеет многолетний опыт проектирования, создания и эксплуатации сверхпроводящих устройств (гелиевых ожижителей, магнитов, ионных источников, криогенной диагностики и т. п.). Коллайдеру НИКА также необходим детектор, многие элементы которого имеют сходные параметры и конструкцию с детектором ILC.<5>
Однако более важное сходство – это подход к созданию такого проекта, который основан на широком международном сотрудничестве. НИКА, создаваемая международной коллаборацией, должна заработать в 2015 году, когда уже будут известны результаты работы LHC и будут приниматься решения по поводу того, как, когда и где нужно сооружать линейный коллайдер. Научное и техническое сообщество, привлеченное для строительства и эксплуатации НИКА и сконцентрированное в Дубне, может участвовать в следующем этапе и стать основной движущей силой по созданию ILC.+++