Адронний колайдер в Протвино

Де знаходиться найдорожчий скарб у Росії, а можливо на всій планеті? Дізнавшись відповідь, всі шукачі одночасно прийдуть в захват, але, з іншого боку, будуть розчаровані, адже даний скарб неможливо викупити або вкрасти, так як він розташовується під землею і має довжину в кілька кілометрів. Ім’я у такого загадкового об’єкта — адронний коллайдер.

Звичайно, цінних місцем він є для наукових діячів і, мабуть, викликає великий інтерес у так званих дигерів. Покинутий прискорювально-накопичувальний комплекс, належить Інституту Фізики Високих Енергій і розташований в Протвино. За фактом, коллайдер просто законсервували і тепер підземний об’єкт приваблює своєю історією багатьох шукачів пригод.

Грандіозний проект

Колайдер в Протвино дійсно має значні розміри, адже довжина кільця становить двадцять один кілометр. Головний тунель простягнувся на п’ять кілометрів, а глибина, на якій він знаходиться, різниться від двадцяти до шістдесяти метрів, все залежить від природного рельєфу. За всі роки будівництва адронного колайдера в Протвино підземна територія наповнилася різноманітними приміщеннями, які були пов’язані з поверхнею землі шахтами, створеними перпендикулярно до самого об’єкта.

Хто знає, може, якщо б радянську програму закінчили раніше БАКа, то саме вона стала відправною точкою всіх сенсаційних відкриттів у фізиці майбутнього.

За багато років до прийняття рішення: побудувати найбільший колайдер в СРСР, в Московській області був створений селище особливого призначення, названий Серпухов-7. Він був дослідною базою для Інституту Фізики Високих Енергій. У той далекий 1960 рік вчені підбирали місцевість згідно з геологічними даними. І саме в цій частині області грунт мав позитивні властивості для розміщення підземних об’єктів, так як був дном моря в давнину. Плюс до всього, дана зона захищена від землетрусів природним рельєфом.

Поява Протвино

Через п’ять років після появи Серпухова-7 було прийнято рішення визначити його, як селище міського типу та перейменувати на честь протікає тут річки Протви — Протвино. Крім ідеї про створення адронного коллайдера, в Протвино в 1967 році був побудований найбільший прискорювач за тодішніми мірками. Ним став протонний синхротрон, який діє і в наші дні. З енергією що виділяється в 109 електронвольт, синхротрон У-70 є самим високо энергетичным у всій Російській Федерації.

Так як в той період Союз мав кошти для проведення фундаментальних фізичних досліджень, то вісімдесяті роки ознаменувалися створенням грандіозного проекту, представленого у вигляді прискорювально-накопичувального комплексу або простіше кажучи якоїсь подібності адронного коллайдера. В Протвино всі ці роки база ІФВЕ продовжувала функціонувати з завидною стабільністю.

Якщо розглядати об’єкт з технічної сторони, то його можна порівняти з будівництвом Московського метрополітену і його кільцевої, але в кілька разів дорожче і складніше. Чому ж колайдер в Протвино необхідно було поміщати саме під землю? Тут є два основних критерії: підтримка постійної ідеальної температури для наукових досліджень (мінус двісті сімдесят один градус за Цельсієм) і мінімальний доступ зовнішніх земних перешкод на обладнання, що працює на високих частотах. Незважаючи на те, що перспективи коллайдера в Протвино спочатку не мали якоїсь конкретної вигоди для науки майбутнього, дослідження могли б надати величезний пласт інформації про пристрій нашого світу з точки зору фізики.

Новий прискорювач

Розробки новітнього проекту протон-протонного коллайдера на енергію тисяча дванадцять електронвольт підігрівалися ідеєю — створити найпотужніший у світі прискорювач. Всі роботи з будівництва колайдера в Протвино велися під керівництвом академіка Анатолія Логунова. Він був фізиком-теоретиком і співробітником ІФВЕ. Причому, згідно з його планами, наявний синхротрон-70 повинен був стати початковою ланкою в розгоні для нового прискорювача.

Дивіться також:  Соціально-економічні процеси: класифікація, характеристика, прогнозування

Проект, тепер вже занедбаного адронного колайдера в Протвино, припускав наявність двох ступенів: на першій йшло прийняття протонів, що мають енергію в сімдесят гігаелектронвольт і випускаються синхротроном, він же їх згодом піднімав до проміжного значення, равнявшегося шестистам гігаелектронвольт; другий ступінь (кільце) піднімала б протони до максимуму.

І першу і другу сходинки коллайдера в Протвино повинні були помістити в один кільцевий тунель, розміри якого в кілька разів перевершують існуючу кільцеву лінію метро в Москві. Більш того, будівництвом тунелю займалися ті ж, хто і прорубал в товщі землі проходи для поїздів метро.

Велике кільце в двадцять один кілометр містить трубу від першого рівня, начинену теплими магнітами, а також дві труби від другого кільця, начинених холодними магнітами, що мають сверхпроходящие властивості. Позначаються вони з допомогою абревіатури «УНК» та цифрами від 1 до 3. Дані магніти як раз і є прискорювачами, впливаючи на пучок частинок, вони направляють його в потрібну сторону. Сам тунель занедбаного коллайдера в Протвино в Московській області спроектований так, щоб у разі чого робітники змогли дістатися до необхідного місця і провести технічне обслуговування. Його ширина набагато більше, ніж в аналогічному об’єкті Церну.

Отже, розберемо детально, як працює такий гігант? Після утворення пучка частинок, їх швидкість розганяється в малому прискорювачі — синхротроні. Після, з допомогою першого каналу, що з’єднує велике кільце і малий прискорювач, вони переміщаються в основне місце своєї роботи до теплим магнітів, рухаючись проти годинникової стрілки. Далі, розігнавшись до необхідної швидкості, вони потрапляють на надпровідні магніти. До цього часу в малому У-70 готується наступна порція пучка частинок, що слід у велике кільце по іншому каналу, і, рухаючись за годинниковою стрілкою, займає місце на попередніх теплих магнітах. Друга група частинок також перекладається на надпровідні магніти і стикається з першої.

Унікальна робота вчених

До 80 років минулого століття жодна країна не спромоглася створити конкурентоспроможну і дієву ускорительную машину. Навіть американський і женевський об’єкти, незважаючи на свою потужність, не могли надати науці той самий, необхідний інструмент для здійснення новітніх дослідів у сфері фізичних явищ.

У СРСР на той момент вже був прискорювач, що знаходиться в Дубні і створений в 1956 році. У ті роки він був самим потужним, його енергія дорівнювала десяти гігаелектронвольт, але довжина була всього двісті метрів, однак, саме на ньому фізики здійснили свої сенсаційні відкриття, наприклад, зареєстрували існування ядра антиречовини. У новий проект коллайдера була закладена ймовірність виявлення потоку нейтрино, що перебуває на дуже далекій відстані від самого кільця.

Простіше кажучи, частинки на високій швидкості повинні були спрямовуватися в бік Іркутської області — до озера Байкал. Все це передбачалося без використання тунелю, природно. Тобто частинки, виведені з кільця, проникали через товщі земної породи, і, подолавши тисячі кілометрів, повинні були потрапляти на дно озера і реєструватися спеціальному детекторі.

Даний детектор насправді розташований поблизу Байкалу. Адже частинки, з-за округлої форми нашої планети, рухаються у підземному просторі під певним кутом, тому пристрій заклали в трьох з половиною кілометрах від найбільшого прісного водойми, на глибині в один кілометр. Воно називається «Нейтринным телескопом». Введення в експлуатацію байкальського ловця частинок сталося в 1998 році, а пропрацював він ціле десятиліття.

Як будувався колайдер

Покинутий колайдер в Протвино почав будуватися в 1983 році. Для його створення використовувався гірський спосіб: були вириті двадцять шість вертикальних шахт. До 1987 року будівництво проходило в уповільненому режимі, поки уряд не винесло постанову про відновлення активності. Тоді, через рік, СРСР вперше придбав закордонні тунелі-прохідницькі комплекси, що випускаються компанією «Ловат». Саме використовуючи дані машини, робочі змогли прискорити режим риття тунелів.

Дивіться також:  Підводний апарат: класифікація, опис та призначення

Фішка тунелі-прокладывающих агрегатів була в тому, що вони не тільки рили з високою точністю, але одночасно вистилали тридцяти сантиметровий бетонний шар з тунельного зводу. А в сам бетон монтувалася металлоизоляция.

Розвал СРСР і подальші труднощі

До початку 90 року близько сімдесяти відсотків тунелю головного кільця було пройдено, а канал інжекції був готовий вже на дев’яносто п’ять відсотків (саме він передбачався для переправлення пучків). З дванадцяти запланованих споруд було побудовано тільки три, вони носили характер інженерно-технічного забезпечення. Наземні об’єкти зводилися куди швидше. Так було облаштовано більше двадцяти майданчиків з промзданиями в кілька поверхів, до яких провели труби водопостачання, опалювальні траси і високовольтні ЛЕП.

Але саме цей період ознаменувався самим провальним у фінансуванні. Після розвалу Радянського Союзу практично відразу будівництво було припинено. Але, консервація коллайдера виявилася занадто дорогою, до того ж могла завдати шкоди навколишньому середовищі, так як затоплення грунтовими водами тунелів — це пряма небезпека для екологічного стану всього району Протвино. І як потрапити в адронний колайдер в наступні роки було б великою загадкою і проблемою (у разі поновлення проекту).

Створення магнітної системи

Незважаючи на всі труднощі, підземне кільце тунелю все ж було замкнуто, але найголовніше — ускорительную зону створили лише на три чверті від всього об’єкта. Надпровідні магніти були в наявності, але у дуже малій кількості, так як їх виробництво було нелегкою працею, адже кожен магніт повинен був важити до десяти тонн, а за вимогами проекту їх повинно було бути дві тисячі п’ятсот штук.

Взагалі, саме ця магнітна система і є найголовнішою ланкою у всьому прискорювачі. За фактом, чим більше швидкість частинок, тим складніше їх направити по колу, тому магнітні поля повинні бути дуже сильні. Крім усього, всі частинки слід фокусувати, щоб вони не могли відштовхуватися один від одного в польоті, тому в магнітну систему вимагалося впровадження і фокусуючих магнітів.

Інжекторний тунель

Але було хоч що-небудь готове повністю? Так, це інжекторний тунель, який змогли завершити на всі сто відсотків. Для нього було готове обладнання з вакуумною системою, розроблена система відкачування, управління і контролю. Тиск у вакуумній трубі з нержавіючої сталі має дорівнювати семи міліметрів ртутного стовпа, і саме вона була основою всієї споруди. Загальна довжина всіх подібних вакуумних труб в інжекторному каналі, а також наявних двох кілець прискорювача, тунелів для виводу і викиду пучка протонів планувалася в сімдесят кілометрів.

Успіх близький!

Підібравшись так близько до екватора будівництва, був зведений монументальний зал під назвою «Нептун». Його розміри дійсно вражають — п’ятнадцять на шістдесят квадратних метрів. Власне, він був створений якраз для установки в його приміщенні самого прискорювача і контрольного устаткування, що вимірює заряд частинок.

Всередині основного тунелю, на кожній відмітці в півтора кілометра створили інші зали для великого устаткування. Плюс, був ще й особливий зал, призначені для розміщення різноманітних кабелів і труб.

Введення в експлуатацію БАКа

До 1994 року спільними зусиллями все ж змогли закінчити ділянка, довжиною 21 кілометр, складний з усіх, що були з-за наявності грунтових вод. У цьому ж році остаточно закінчилися всі грошові кошти, що залишилися з далеких радянських часів. Витрати на весь колайдер дорівнювали приблизну вартість будівництва АЕС. До 1995 року ні про які виплати заробітних плат робітникам вже й не йшлося, відповідно, відсутні фінанси та на закупівлю необхідного обладнання.

Дивіться також:  Агенти первинної і вторинної соціалізації: приклади та їх значення

У 1998 році нагрянув найсильніший криза, а ситуація з колайдером посилилася з-за запуску БАКа (Великого адронного коллайдера). В кінцевому результаті, опинившись набагато могутніше Протвінського коллайдера, БАК повністю перекрив йому дорогу до роботи. Реанімація російського об’єкта була відкладена на невизначений час.

Звичайно, просто так взяти і кинути таку споруду було категорично проти правил. Кожен рік на цей «валізу без ручки» чиновники виділяють величезні гроші. Виплачується платня охоронцям і робітникам, що відкачує воду з підземних споруд. Також, бюджет витрачається на бетонування різних лазів в колайдер в Протвино. Як потрапити в будь-занедбаний будинок? Все просто — варто лише зробити прохід.

Ідеї щодо відродження

Останнє десятиліття постійно придумують нові ідеї щодо реставрації та реновації коллайдерного комплексу. Наприклад, всередину тунелю можна помістити індукційний накопичувач сверхпроходимой потужності, який зміг би контролювати стабільність електромереж по всій Московській області.

Надходять пропозиції та формування всередині коллайдера грибної ферми, однак, відсутність грошей є основною перешкодою для усіх пропонованих проектів. А поховати його під бетонним шаром — це самий витратний варіант. На сьогоднішній день, всі наявні штучні і величезні печери залишаються монументальним пам’ятником, що означає нездійсненні мрії вчених фізиків СРСР.

Високотехнологічне обладнання, вироблене, але не встановлене, було продано Китаю, коли держава створювала токамак. Природно, кращі уми фізики поїхали від безгрошової перспективи в Америку і європейські країни. А доля самотнього гіганта багато років так і висить під питанням.

Консервацію виробили в 2014 році. Об’єкт передали в руки будівельній бригаді, що підкоряється дослідному інституту. У тому ж році прибрали ворота для протипожежної безпеки, вони ділили тунель на сектори, замазали всі дірки, звідки лилася вода, а також демонтували руддворы, з допомогою яких і виготовляли зведення коллайдера. Звичайно, для любителів заброшек поставили охоронну систему на весь периметр прискорювача.

Стан коллайдера на сьогодні

І все-таки, як потрапити в покинутий адронний колайдер? Протвино — це невелике селище, де зараз розташовуються в основному дачні ділянки москвичів. Практично поблизу будинків знаходяться бетонні руїни, біля яких і взимку, і влітку красується охоронна будка з написом «Об’єкт під охороною». Звичайно, двері там завжди замкнені, але якщо добре копнути глину близько споруди, то можна потрапити всередину і за шахтенному стовбура, що складається з п’ятнадцяти прольотів, спуститися вниз.

Усередині варто бути готовим до звуку капає конденсату. Незважаючи на те, що об’єкт не використовується, електрика всередині подекуди є. На стінах також видніються листи металу, якими вони були обшиті ще в самому початку будівництва. Після спуску на саме дно, в кінці коридору з’являються ті самі тунелі, описані вище. У них немає системи освітлення, тому з-за темряви вони здаються нескінченними. Так як гідроізоляція теж не скрізь була проведена, то далеко будуть чутні звуки працюючого дренажу, выкачивающего грунтові води. Ну, а повітря, що стоїть усередині, моментально занурить будь-якого в атмосферу метрополітену.

Розмір основного кільця набагато більше тунелю метро в Москві. Вона йде під землю на багато десятків кілометрів. Взагалі, які постають перед очима масштаби виконаної роботи вразять кожного, хто ризикне досліджувати покинутий колайдер.