Коллайдер тяжелых ионов

NICA

Москва 2015

Задачи и цели проекта.

С 2008-2009 гг. ведутся разработки по реализации проекта NICA - коллайдера тяжелых ионов. Воплощение его в жизнь по разным причинам откладывалось, однако ускоритель планируется запустить к 65-летию ОИЯИ, т.е. в 2021 году (а не в 2015 как изначально предполагалось). Как и любой другой ускоритель, NICA рассчитан на определенное исследование. Аналогичную установку планируют построить в пригороде Дармштадта в Германии - FAIR, различие лишь к экспериментах, на которые они будут рассчитаны.

Несмотря на то, что исследования будут, которые проводиться в обеих установках, аналогичные, типологически оба сооружения будут во многом отличаться. NICA в этом плане – уникальный проект. Большинство ускорителей располагают преимущественно под землей, т.к. для их обеспечения не нужно естественного света, а также из-за их величины (чтобы не занимать большую территорию). NICA сравнительно небольшая установка – по площади ее здание будет занимать площадь примерно в 10-15 тыс. кв. м. (для сравнения, длина большого адронного коллайдера в ЦЕРНе – 27 км.) Интересен проект еще и тем, что предполагает использование уже существующего нуклотрона, расположенного в здании бывшего синхрофазотрона. От синхрофазотрона оставили ярмо от гигантского магнита, чтобы поместить в него бустерное кольцо - вспомогательное устройство для увеличения силы и скорости действия основного механизма (агрегата).

Нуклотрон — базовая установка, в Лаборатории физики высоких энергий им. В. И. Векслера и А. М. Балдина (ЛФВЭ), предназначенная для получения пучков многозарядных ионов с энергией до 6 ГэВ/нуклон, протонов, а также поляризованных дейтронов.

Ускоритель Нуклотрон, представляющий собой сильнофокусирующий синхротрон, был сооружён в Дубне в течение 1987—1992 годов в том же здании. Нуклотрон создан на основе уникальной технологии сверхпроводящих магнитов, предложенной и развитой в Лаборатории высоких энергий, которая в настоящее время носит имя академиков В. И. Векслера и А. М. Балдина. Конструкторские разработки, испытания и монтаж элементов Нуклотрона целиком выполнены силами коллектива Лаборатории. Производство магнитных элементов осуществлено в Центральных экспериментальных мастерских ОИЯИ.

Синхрофазотрон представляет собой цилиндрическое здание с отходящими из него секторами, в которых располагаются экспериментальные лаборатории. Фасады построек простые, перекликаются по стилистике

с постсталинскими жилыми домами, построенными в городе в тот же период времени (конце 50-х годов). Простые карнизы опоясывают здания, по периметру окружности центрального объема располагаются в частом ритме длинные вертикальные окна из стеклоблоков. Новая пристройка коллайдера будет также на земле и, соответственно, соединяться с нуклотроном, который будет являться предускорителем. новой установки, а, следовательно, можно говорить об архитектуре и ее образе, а не только о технической составляющей сооружения.

В новой же установке после предварительного ускорения в нуклотроне будут сталкиваться друг с другом преимущественно ионы золота, а в FAIR те же частицы должны будут попадать на фиксированную мишень. Различие в экспериментах сильно влияет на конфигурацию этих объектов.

сооружений. Кольцо ускорителя не окружность как БАК (большой адронный коллайдер), но по силуэту напоминает беговую дорожку, опоясывающую стадион. Друг напротив друга на длинных участках ускорителя будут расположены павильоны с детекторами, в которых будут фиксироваться результаты проведенных экспериментов. В основном объемно-пространственная композиция объекта решена на данный момент и полностью вытекает из технологической составляющей, но необходимо также продумать образ здания и как оно будет сочетаться с существующим классическим ансамблем.

Здесь на ум сразу же приходят разные здания и сооружения, имеющие сильное символическое значение, то есть знаковая архитектура. Поскольку сильных аналогов в сфере строительства коллайдеров и научных институтов с архитектурной точки зрения мало в силу того, что в их строительстве архитекторы порой не участвовали, имеет смысл подбирать типологические аналоги в несколько других сферах проектирования. В силу того, что новый коллайдер будет специфическим сооружением, не являться ни заводом, ни фабрикой, а на самом деле очень важный проект с точки зрения возрождения и продвижения отечественной науки, очень важно придать и самому его зданию сильный символический смысл.

Сама постройка должна стать метафорой тем процессам, которые в ней будут воссоздаваться и стать новым символом города-наукограда. В работе БАКа использовались высокие энергии и изучались кварки, (которые составляют адроны – тяжелые частицы), в момент их столкновения. НИКЕ же т.н кварк-глюонный суп, который состоит из тех же исследуемых частиц, не будет «доводиться до кипения», цель ускорителя – исследовать этот «суп», эту плазму, а для этого не нужны слишком большие энергии.

Фотофиксация места

Аксонометрия территории ОИЯИ с фотофиксацией

1. проходная2. магазин3. корпус 203Б (cтенд для криогенных испытаний)4. административный корпус5. столовая6. мастерские ЛВЭ7. корпус 38. корпус 2019. корпус 20210. корпус 215 11. конференц-зал12 . корпус 216 13. химический корпус14. корпус 4215. корпус 2016. модульный корпус17. корпус 21718. электрическая подстанция19. база ОТМС20. наполнительная станция21. корпус 222. криогенно-гелиевая установка23. компрессорный цех24. корпус 1 здание синхрофазотрона, нуклотрон

Экспликация зданий на территории

Взрыв-схема коллайдера и аксонометрия

Объемно-планировочное решение

Объемно-планировочное решение этого сооружения в большей степени диктуется его нОбъемно-планировочное решение этого сооружения в большей степени диктуется его назначением. В первую очередь главным формообразующим элементом является сама установка, заключенная в закольцованный тоннель, овальной формы. Важной составляющей коллайдера с точки зрения науки являются, безусловно, детекторы, в которых, собственно, и получаются данные с экспериментов. Они располагаются по длинным сторонам тоннеля друг напротив друга. Таким образом, морфологически мы получаем длинный овал тоннеля, пучки которого идут из здания нуклотрона (бывшего синхрофазотрона). И два мощных бетонных куба. Что тоннель ускорителя, что детекторы проектируются с толстыми 3-хметровыми бетонными стенами для защиты от радиации. Для детекторов необходимы места их сборки, поэтому по внешние стороны относительно тоннеля отходят также два прямоугольных крыла производственных помещений соответственно. Для того чтобы видна была сборка этих агрегатов, помещения их сборки на большую часть

остеклены.Конфигурация коллайдера сама собой рождает внутренний двор интересной овальной формы. Несмотря на то, что двор замкнут и выходы в него из тоннеля происходят через г-образные выходы только лишь в те периоды времени, когда коллайдер не запущен, было принято решение разбить внутри этого двора прогулочный парк, который не требует особенного ухода

за ним.

Для обслуживания ускорителя необходимо было запроектировать также ряд технических помещений различного назначения. В данном случае и контексте наиболее подходящим методом проектирования, на мой взгляд, является принцип модульности – все эти помещения собраны из заводских унифицированных блоков 6х3 метра в плане и 3,9м высотой, соединенных

между собой в различных конфигурациях.Во-первых, необходим контраст между тоннелем и всеми остальными помещениями. Тоннель отделан снаружи листами прокатной стали, не только из эстетических соображений – сталь, как и бетон хорошо экранирует от ионного излучения. В противовес гладкой блестящей поверхности кольца коллайдера возникают небольшие модули – блоки, собранные из сэндвич-

панелей с каркасом внутри самой их конструкции. Во-вторых, очень важна простота монтажа, демонтажа и возможное вторичное использование этих блоков. Подобные установки как правило функционируют ограниченное время - 25-30 лет. Может быть, еще пару десятков лет после модернизации. А затем ускоритель морально устареет, поэтому раз не избежать капитального строительства самого тоннеля, то все, что его обслуживает,в том числе и для визуального контраста, имеет

смысл исполнить в виде временных простых модулей-боксов.

Экспликация1этаж1. тамбур 2. коридор3. подсобное помещение4. техничекое помещение5. техничекое помещение6. помещение ИТП7. коридор8. бытовки9. бытовки10. тамбур11. техничекое помещение12. помещение сбора трапных вод13. тамбур 14. Помещение источников питания ВЧ-системы15. помещение водоохлаждения16. помещение измерительного периода17. коридор18. помещение оперативного пункта 19. венткамера20. тамбур21. Помещение источников питания ВЧ-системы22. бытовки23. бытовки24. Помещение источников питания ВЧ-системы25. вестибюль 26 транформаторная подстанция27. помещение сборки детектора MPD28. помещение детектора MPD29. тоннель коллайдера30. помещение оперативного пункта31. бытовки32. бытовки33. коридор34. техническое помещение35. венткамера36. тамбур37. вестибюль38. Помещение операторской СЭО39. Техническое помещение СЭО40. Помещение СЭО41. тамбур42. помещение сбора трапных вод43. помещение сбора трапных вод44. тамбур45. венткамера46. коридор 47. помещение оперативного пункта48. тамбур49. бытовки50. бытовки51. техническое помещение52. электрощитовая53. помещение сборки детектора SPD54. помещение детектора SPD55. вестибюль56. трансформаторная подстанция57. коридор58. помещение водоохлаждения59. бытовки60. бытовки61. тамбур62. помещение оперативного пункта63. технические помещения64. тамбур65. венткамера66. помещение сбора трапных вод67. коридор68. технические помещение69. тамбур70. бытовки71. бытовки72. техническое помещение73. тамбур74. техническое помещение75. тамбур76. коридор77. подсобное помещение78. коридор

План первого этажа на отм. 0.000

Экспликация2этаж1. коридор 2. помещение ИИП каналов транспортировки пучка3. помещение ИИП каналов транспортировки пучка4. техничекое помещение5. бытовки6. бытовки7. помещение ИИП каналов транспортировки пучка8. техничекое помещение9. помещение ИИП каналов транспортировки пучка10. помещение ИИП каналов транспортировки пучка11. техничекое помещение12. помещение сбора трапных вод13. помещение ИИП каналов транспортировки пучка14. помещение ИИП каналов транспортировки пучка15. венткамера16. венткамера17. помещение ИИП каналов транспортировки пучка18. техничекое помещение19. помещение ИИП каналов транспортировки пучка20. техничекое помещение21. Помещение источников питания ВЧ-системы22. техничекое помещение23. помещение ИИП каналов транспортировки пучка24. техничекое помещение25. коридор26. техничекое помещение

План второго этажа на отм. +7.800

Экспликация “моста”:

1 этаж1. столовая2. кухня при столовой3. санузлы (в том числе для инвалидов)4. кабинет5. кабинет6. спальня7. кабинет8. санузел9. библиотека10. техническое помещение11. open-space12. санузел13. open-space14. гардероб15. кабинет16. кабинет17. зона отдыха18. оранжерея19. медиатека20. кабинет21. кабинет22. кабинет23. буфет24. администрация25. гардероб

2 этаж1. зона отдыха 2. кабинет3. кабинет4. санузел5. кабинет для совещаний6. санузел7. фойе8. конференц-зал 9. open-space10. санузел11. кабинет12. кабинет для совещаний13. кабинет для совещаний14. кабинет15. кабинет16. кабинет для совещаний17. лекторий18. фойе 19. кабинет20. техническое помещение 21. кабинет

3 этаж1. open-space2. спальня3. комната отдыха 4. техническое помещение5. санузел6. венткамера7. техническое помещение8. венткамера9. санузел10. спальня11. офис12. кабинет13. кабинет14. техническое помещение15. офис16. техническое помещениеПоэтажные планы “моста”

гофрированный стальной оцинкованный лист

гофрированный стальной оцинкованный лист

стальной каркас

стальной каркас

стальной каркас

минераловатный утеплитель

минераловатный утеплитель

Модульность – основная архитектурная затея всего проекта в целом. В противовес гладкой металлической трубе коллайдера, напоминающей космический корабль для его обслуживания спроектированы модули – боксы. Собранные в определенной системе, боксы имеют более дискретную структуру, чем кольцо коллайдера. Котраст заключается и в том, что боксы имеют временный характер – их, когда установка устареет, разберут затем

на строительный мусор. Подкупает унификация, простота сборки в заводских условиях и монтажа/

демонтажа.Каркас боксов очень прост и напоминает строительные бытовки. На изображении разобрана структура одного из модулей 6х3 метра в плане. В каждой плоскости модуля есть стальные швеллеры - стойки и балки, а также для геометрической неизеняемости каркаса добавляется под диагонали замкнутого констура раскос, и обеспечивает жесткость всей конструкции. Стальной каркас помещен в воздушный зазор модуля, сами его стенки представляют собой модифицированный вид обыкновенной сэндвич-панели с минераловатным утеплителем внутри и листами гофрированной оцинкованной стали, которая может быть окрашена в разные цвета. Отличие в том, что каркас «спрятан» внутрь всей конструкции. Чтобы собирать эти боксы в более крупные пространства, чем один модуль, из каждого можно

вынуть одну из плоскостей и соединить с другими модулями-боксами.

Дополнительным и немаловажным элементов в этом проекте является «мост» - своеобразный горизонтальный небоскреб, который соединяет между собой обоими детекторы и помещения их сборки и, соответственно располагается над ними. Эта часть проекта существует вне технического требования коллайдера. Побывав на различных объектах самой территории, можно заметить, как разрозненно расположены объекты на ней. Как столовая, здания для конференций, для физиков-теоретиков стоят отдельно друг от друга. С точки зрения эксплуатации – работы сотрудников института, это неудобно, а также занимает большую площадь. Вместо того, чтобы заниматься вопросами генерального плана всей этой площадки Объединенного Института или предложить модернизацию существующих объектов, в этом проекте было принято решение часть функций перенести на воздвигнутый над коллайдером «мост». Кожух установки полностью защищает от опасного для здоровья человека ионного излучения, поэтому мы можем расположить физиков-теоретиков прямо над установкой. По аналогии с техническими помещениями, который обслуживают ускоритель, «мост» также собирается из модулей, но уже чуть другой конфигурации. Его модуль – 6х6 метров в плане и 3,2 метра высотой. Большую часть помещений «моста» составляют офисы, но здесь также присутствуют для удобства библиотека с медиатекой, зал для конференции и небольшой лекторий, столовая, буфет, а также комнаты отдыха, в некоторых из них есть спальные места. Также в мостовой части присутствует оранжерея – зимний сад, часть растений из которого

в летнее время выносятся на открытые террасы.

Поперечный разрез

Синхрофазотрон 1957 - 2002гг. Нуклотрон 1992 по н.в.

Нуклотрон 1992 по н.в. NICA 2025-2050 гг.Ярмо бывшего магнита отслужившего свой век синхрофазотрона - бустерное кольцо будущей установки

Фундаментальная наука быстро развивается вперед. В Советском Союзе ей отводилось значительно больше места чем в постсоветском пространстве. В 1956 году в Подмосковье был воздвигнут целый город, посвященный ядерной физике – город Дубна, а на его территории расположены две площадки, территориально занимающие около 20% от всего города – Объединенный Институт Ядерных Исследований (ОИЯИ).

На площадке ЛФВЭ в 1957 году под руководством В. И. Векслера был сооружен синхрофазотрон - слабофокусирующий протонный ускоритель, ставший впоследствии символом города. Прослужив более сорока лет, синхрофазотрон окончательно прекратил свою работу в 2002 году и демонтируется. В здании же бывшего синхрофазотрона в цокольном этаже в период 1987 – 1992 гг. была помещена другая базовая установка ОИЯИ, предназначенная для получения пучков многозарядных ионов – нуклотрон, представляющий собой сильнофокусирующий синхротрон.

Нуклотрон с 1992 г Модернизированная установкаNICAII 2050-2075 гг.Модули удаляются или прибавляются в зависимости от нужд

Музей-парк NICA 2075 - гг. Все, что не нужно демонтируется, остается коллайдерное кольцо и “мост”

С 2009 года ведутся разработки по реализации проекта NICA – коллайдера тяжелых ионов. Это сравнительно небольшая установка (10-15 тыс. кв. м.). Его предускорителем будет являться существующий нуклотрон. Также в ярмо бывшего магнита синхрофазотрона будет помещено бустерное кольцо – вспомогательное устройство для увеличения силы и скорости действия

основного ускорителя.

Сама эта установка прослужит 30-40 лет и морально устареет – физика уже пойдет к этому времени далеко вперед. Возможно, ученые с инженерами смогут как-то модернизировать коллайдер, и он прослужит, возможно, еще какое-то время. Проектом предполагается возможное превращение всего пространства коллайдера в парковую прогулочную зону, которая будет, по сути, являться музеем под открытыми небом, в котором для всеобщего обозрения будут помещены отслужившие свой век детекторы и несколько

модулей.

ДИПЛОМЧубарян Гаяне

Контакты:тел.: +79858720641gchubaryan89@gmail.com