Проект ILC — Международный линейный коллайдер А Н

Проект ILC - Международный линейный коллайдер А. Н. Сисакян, Г. Д. Ширков • статус международного ускорительного проекта XXI века в области физики высоких энергий; • подготовка предложений по участию ОИЯИ в разработке узлов и систем ILC и по размещению ILC в районе г. Дубны. V Марковские чтения 10 мая 2007

«Ожидаемая физика» на ILC: - Открытия в области терраэлектонвольтных энергий (Хиггс-бозон и пр. ) - исследование темной энергии и темной материи - попытка подтверждения теории Великого объединения -…

Проект Линейного Коллайдера основан на двух технических достижениях, которые должны обеспечить поставленные физические задачи: • Энергия – в СЦМ 500 Гэ. В на 1 -м этапе • Светимость – необходимо достичь величины 10^34 В качестве основы ILC, также как XFEL и FLASH (DESY), приняты ускорительные элементы и технические решения TESLA.

Как получить высокую светимость • Чтобы увеличить вероятность прямых e+e- столкновений (светимость) для рождения новых частиц, размеры пучков в точке взаимодействия должны быть минимальными • Т. е. , размеры пучка ILC в точке взаимодействия (ТВ) (500 Гэ. В): 500 * 5 * 300000 нанометров (x y z) вертикальный Vertical size размер is smallest минимален 5 50 0 000 3

Новая схема ILC (после GDE в Ванкувере и Валенсии, 2006)

1 -й этап ILC : 500 Гэ. В 2 -й этап ILC : 1 Tэ. В - удлинение основного линака - сдвиг систем RTML

Распределение стоимости проекта по системам

Международная организация проекта ILC

Global Design Effort Michael Harrison (BNL) has replaced Gerald Dugan (Americas regional director, 01. 05. 2007)

Планируемая временная шкала

От документа BCD к RDR Baseline Configuration Document BCD: - подготовка с 2004 - редактирование закончено в декабре 2005 - утвержден на ILC GDE (Бангалоре, 03’ 06) и официально оопубликован Reference Design Report (RDR): - обсуждение на ILC GDE (Бангалоре) and Европейском GDE (DESY) – 2006; - первая сборка и редакция ILC GDE (Ванкувер, 08’ 06); - требование от GDE Directorate и FALC уменьшить стоимость на 30% к следующему совещанию GDE в Валенсии; - очень активная работа в различных группах проекта ILC и взаимодействие по изменению проекта (август-ноябрь 2006); - содержимое RDR утверждено в Валенсии; изменения принимаются до 01. 12. 06 - Редакторская группа должна закончить RDR в январе 2007; - GDE Пекин (февраль 2007) – официальная электронная версия (pdf & www ) - первый вариант RDR (апрель 2007) - официальная печатная версия к июлю 2007

От Ванкувера к Валенсии (2006) Основные этапы снижения затрат : Уменьшение диаметров туннелей до 4, 5 м (за исключением туннелей для DR – здесь увеличение от 4 до 4, 5 м) • Один детекторный зал вместо двух. • Два детектора (быстрозаменяемых). • Один туннель для накопительных колец DR, с расположением в центре. • Уменьшение количества шахт и подземных залов. • Уменьшение диаметра шахт (кроме IR и DR) • Уменьшение количества и площадей зданий Полное количество шахт Vancouver Valencia Общая длина туннелей 14 + 2 4 Savings 288’ 170 m 3 Vancouver 88. 9 km 2’ 410’ 913 m 3 181’ 429 m 3 Valencia 73. 1 km 1’ 643’ 895 m 3 37% 21 Savings Полное число подземных залов 32% Полное число зданий Vancouver 42 587’ 984 m 3 Vancouver 191 137’ 304 m 3 Valencia 35 466’ 429 m 3 Valencia 152 92’ 867 m 3 21% Savings 32%

50 км туннель

Европейский регион I - CERN

Европейский регион II - DESY

Азиатский регион ( КЕК ? ) Longitudinal Section

Американский регион (Фермилаб) Longitudinal Section

Схема туннеля ILC В основном, разработан для глубоко залегания (~100 м), диаметр 4 -5 м (либо оба по 4, 5 м, либо основной туннель – 4 м, служебный – 5 м) разделенные ~ 5 – 7. 5 м.

Хронология участия ОИЯИ в ILC ноябрь 2005 – Программный комитет по физике частиц – предложение (Германия) о размещении ILC в России, в районе ОИЯИ; декабрь 2005 – GDE, Frascatti – А. Н. Сисакян, первое предложение об участии ОИЯИ в ILC; январь 2006 – В ОИЯИ созданы рабочие группы по участию в проекте ILC; январь 2006 – Ученый Совет ОИЯИ рекомендует участие ОИЯИ в проектировании ILC и в качестве претендента на размещение ILC в районе г. Дубны; март 2006 – Комитет Полномочных Представителей ОИЯИ (председатель А. А. Фурсенко) одобряет рекомендации Ученого Совета; март 2006 – визит в Дубну Европейского директора GDE Б. Фостера; май 2006 – European GDE, DESY – Детальная информация от ОИЯИ как от претендента на размещение; август 2006 – GDE, Vancuver – Документация от ОИЯИ в BCD с заполненной заявкой по оценке сооружения ILC (Site Assessment Matrix), выполненная ГСПИ; ноябрь 2006 – GDE, Valencia – Документация от ОИЯИ в RDR (Work Breakdown Structure) со сметной стоимостью сооружения (ГСПИ, Москва) официально принята и Дубна (ОИЯИ) официально признана претендентом на размещение ILC; декабрь 2006 – решение о концентрации всех работ по электронным ускорителям в ОИЯИ (ILC, FLASH, X-FEL, TESLA, LEPTA) в рамках одной темы «Международный линейный коллайдер» , рук. А. Н. Сисакян, Г. Д. Ширков; декабрь 2006 – доклад в РАН (А. Н. Сисакян, Г. Д. Ширков); март 2007 - визит в ОИЯИ председателя ILCSC Shin-ichi Kurakawa март 2007 - поддержка предложения по размещению ILC в районе г. Дубны Губернатором Московской обл. Б. В. Громовым

А. Н. Сисакян и Б. Бариш, Фраскатти А. Вагнер на ЛИНАК-800 Б. Фостер в Дубне Круглый стол, Валенсия

Преимущества размещения в районе г. Дубна 1. Наличие ОИЯИ - международной межправительственной организации, крупнейшего физического центра с квалифицированным персоналом и развитой инфраструктурой, как базовой научной и организационной структуры, а также прототипа будущего международного научного центра. 2. Крайне малозаселенная территория, практически свободная от поселений, промышленности, рек и дорог. На площадке нет биологических заповедников, религиозных и исторических памятников. 3. Абсолютная сейсмическая устойчивость и геологическая стабильность района. 4. Равнинный рельеф местности и уникальные геологические условия, позволяющие разместить ILC на малой глубине (около 20 м). 5. Уникальная возможность решения вопроса о стоимости приобретения земли. Передача всего участка земли, необходимого для сооружения ILC, в бессрочное бесплатное пользование, как это сделано для ОИЯИ по Соглашению между ОИЯИ и Правительством РФ. 6. Наличие источников и сетей электроэнергии достаточной мощности (ЛЭП 500 к. В, Конаковская ГРЭС, Удомльская АЭС) в районе строительства ILC. 7. Развитая система всех видов транспорта и связи. 8. Наличие современной сетевой и информационно-вычислительной инфраструктуры, в том числе одного из крупнейших в Европе ЦКС “Дубна”. 9. Создание в Дубне в декабре 2005 г. Особой экономической зоны. 10. Поддержка руководством Московской области.

Российский Центр космической связи «Дубна» и начальная точка размещения ILC (на заднем плане)

Предполагаемая трасса строительства ILC на территории Московской области.

Линейный ускоритель ILC предполагается разместить в суглинистых моренных грунтах на глубине 20 м (на отметке – 100, 00 м). Ниже туннеля водонепроницаемые грунты, предотвращающие прорыв нижележащих подземных вод. Это позволяет сооружать туннели и экспериментальные залы ускорительного комплекса с помощью проходческих щитов с одновременным креплением стен тюбинговыми конструкциями или опалубочным бетонированием, а также открытым способом. Типовые проходческие щиты в суглинистых моренных грунтах обеспечивают предусматриваемую проектом ускорителя суточную скорость проходки (для прокладки всех туннелей, по оценкам ГСПИ, необходимо 2, 5 года).

Документы по сметной стоимости июль 2006 (Vancuver GDE): ОИЯИ подготовил и представил необходимые документы по расчетам сметной Стоимости инженерной инфраструктуры (Site Assessment Matrix). Официальные документы, разработанные ГСПИ (Москва) с оценками по : • стоимости инженерных сооружений • стоимости и срокам сооружения туннелей • затратам на энергетику • эксплуатационным расходам • трудовым затратам Общая стоимость по сводному сметному расчету в ценах 1 квартала 2006 г. строительно-монтажных работ, подземных и надземных объектов основного строительства в случае размещения ускорителя в районе Дубны составляет порядка 2, 3 миллиарда долларов США; в том числе стоимость сооружения туннелей собственно линейного ускорителя и всех его технологических систем и шахт порядка 1 миллиарда долларов США. Стоимость объектов энергоснабжения, которые необходимо возвести для обеспечения получения электроэнергии от источников электроснабжения по льготным тарифам, составляет 170 миллионов долларов США. ноябрь 2006 (Valencia GDE): ОИЯИ подготовил и представил необходимые документы как сайт-претендент в Документ RDR (Work Breakdown Structure - WBS) – в требуемом формате с деталями по Всем подсистемам. Этот документ также подготовлен ГСПИ и принят специалистами Design Cost Board of GDE.

Ускорительная тема ОИЯИ Международный линейный коллайдер: ускорительная физика и техника Руководители темы: Сисакян А. Н. , Ширков Г. Д. Участвующие страны и международные организации: Белоруссия, Германия, Италия, Россия, США, Япония, Украина, Греция. Изучаемая проблема и основная цель исследований: Подготовка предложений по участию ОИЯИ в создании международного линейного коллайдера ILC Ожидаемые результаты по завершению этапов темы или проектов: Проведение научно-исследовательских работ и опытно-конструкторских разработок (НИРи. ОКР) по физике и технике ускорителей, прецизионной лазерной метрологии и выработка предложений в проект участия ОИЯИ в международной коллаборации по сооружению ILC.

Авторы: ОИЯИ Н. Н. Агапов, Н. И. Балалыкин, Ю. А. Будагов, С. Б. Ворожцов, Ю. Н. Денисов, Л. Н. Зайцев, В. В. Кобец, Ю. В. Коротаев, И. Н. Мешков, В. Ф. Минашкин, Н. А. Морозов, Б. Сабиров, А. О. Сидорин, А. И. Сидоров, А. Н. Сисакян, А. В. Смирнов, Е. М. Сыресин, Н. А. Токарева, Г. В. Трубников, Ю. А. Усов, С. И. Тютюнников, Ю. П. Филиппов, Д. И. Хубуа, Г. Д. Ширков, Г. А. Шелков Планируемые организации для совместных работ: ИЯФ СО РАН (Новосибирск, Россия) ИПФ РАН (Н. Новгород, Россия) ГСПИ (Москва, Россия) РНЦ КИ (Москва, Россия) DESY (Цойтен, Гамбург, Германия) KEK (Цукуба, Япония) INFN (Италия) FNAL (США) Athenes University (Греция) Г. Н. Кулипанов А. М. Сергеев Н. И. Делов М. В. Ковальчук U. Gensh, A. Wagner, D. Trienes K. Yakoya, J. Urakawa G. Bellettini, F. Bedeschi, S. Guiducci R. Kephard, S. Nagaitsev, N. Solyak N. Zhiokaris

Ожидаемые результаты: 1. Ввести в действие прототип инжектора электронов на основе электронной пушки с фотокатодом, работающей в режиме ВЧ ускорения или под постоянным потенциалом, получить первые результаты экспериментальных исследований свойств фотокатодов, разработать и реализовать лазерную систему управления пушкой; 2. Ввести в действие тестовый стенд с электронным пучком на основе ЛИНАК 800, принять участие в конструировании и разработке прототипа лазера на свободных электронах на базе ЛИНАК-800 и фотоинжектора; 3. Завершить НИРи. ОКР и создать полномасштабный проект криомодулей 4 -го поколения. Подготовка в ОИЯИ производственной базы для диагностики и криогенного обеспечения прототипов и изделий массового производства; 4. Провести расчеты по выбору параметров электромагнитных элементов для Damping Rings (DR), определить технические предложения на конструирование, сконструировать, изготовить, испытать прототипы отдельных элементов оптической структуры DR. 5. Подготовить проект аппаратно-программного комплекса для исследования радиационной стойкости сверхпроводящих материалов; 6. Завершить техническое задание на рабочий вариант лазерного метрологического комплекса (ЛМК). Завершить техническое задание на проектирование и изготовление полномасштабного прецизионного ЛМК. 7. Завершить НИРи. ОКР и разработать инженерный проект сооружения ускорительного комплекса в окрестностях г. Дубны, включая проведение геолого-разведочных работ и геодезических исследований.

Площадка ЛВЭ Машинный зал # 2: возможное расположение стенда для экспериментов с криомодулями. Большая площадь, электричество, вода, близость систем ожижения гелия и других криогенных систем

Площадка ЛЯП здание 118 ЛИНАК-800. Стенд для тестирования ускорительных ВЧ секций и криомодулей. Средства диагностики электронного пучка (вода, электричество, …) ЛИНАК-800 – первый электронный пучок 27. 04. 2006

Площадка ЛЯП Здание 108 (проект ЛЕПТА) 2 экспериментальных зала (вода, электричество Стенд «Фотоинжектор»

2006 Проведение НИРи. ОКР по физике и технике ускорителей, прецизионной лазерной метрологии, созданию ЛСЭ, инженерной инфраструктуре и выработка предложений в проект участия ОИЯИ в международной коллаборации по сооружению ILC. Состав участников – 59 чел. Всего в 2006 около 500 k$ (включая оплату труда, командировки, НИРи. ОКР) 2007 1. Разработка прототипа фотоинжектора ILC 2. Экспериментальный стенд с электронным пучком на базе ЛИНАК-800 3. Разработка источников питания для ВЧ систем 4. Метрологический лазерный комплекс 5. Участие в разработке криомодулей 4 -го поколения и тестах 6. Расчеты электромагнитных полей особо сложной конфигурации 8. Разработка инженерного проекта сооружения ILC 9. Развитие метода электронного охлаждения. Проект ЛЕПТА 10. Участие в проекте CLIC 11. Участие в проекте FLASH 12. Разработка систем диагностики, встроенные приборы 13. Разработка магнитов для демпинговых колец и места встречи 14. Диагностические приборы для больших криогенных систем Состав участников – 97 человек Всего в 2007 до 900 k$ (включая оплату труда, командировки, НИРи. ОКР)

Прототип фотоинжектора Обмен визитами и создание коллабораций: 1. KEK (Цукуба, Япония). Визиты: июнь 2006 (И. Мешков, Г. Трубников) – подписан Mo. U, октябрь-ноябрь – Ю. Коротаев, И. Крячко для экспериментов на стенде ВЧ фотопушка (участие в конструировании, сборке, тестах элементов инжектора, изучение различных режимов работы пушки). Коллаборация по разработке и созданию новой лазерной системы для KEK “ILC drive beam”. 2. ИЯФ им. Будкера. Договоренности по возможному совместному участию в создании стенда по подготовке и тестированию фотокатода (П. Логачев) 3. Институт Прикладной Физики (Нижний Новгород). Несколько визитов в 2006 г. Коллаборация по созданию лазерной системы для фотоинжектора КЕК и стенда в ОИЯИ. 4. DESY (Цойтен и Гамбург), визит Г. Д. Ширкова и Г. В. Трубникова (дек. 2006) – координация работ по X-FEL, FLASH и ILC. 5. Визит делегации КЕК во главе с Shin-ichi Kurakawa (март 2007), подписан протокол о намерениях по совместному созданию лазерной системы для фотоинжектора STF drive beam – для тестирования криомодулей

KEK

Под руководством Ю. А. Будагова (ОИЯИ) во ВНИИЭФ (Саров) поставлена и успешно решена задача по созданию биметаллической трубы (материалы российского производства: нержавеющая сталь 12 Х 18 Н 10 Т + титан VT 1 -0) методом взрывной сварки. Труба используется как переходной соединительный погружной элемент в конструкции криомодуля 4 -го поколения для ILC. Решены следующие задачи: - развитие пилотного технологического процесса изготовления биметаллических образцов методом взрывной сварки; - исследование микроструктуры сварного шва, полученного таким методом; - тесты на герметичность при комнатной температуре и при температуре ожижения азота SUS Ti

Проектирование криомодулей 4 -го поколения • Международные совместные усилия 3 континентов • Проектирование и тест прототипов

Коллаборация с INFN. Сотрудники ОИЯИ работают совместно с конструкторами в INFN (Pisa). Основная задача – освоение программного обеспечения и стандартов проектирования криомодулей (ANSYS, I-DEAS). В 2006 г. созданы рабочие чертежи отдельных элементов криомодулей (крепления, изолирующие подставки, и др. ) и приняты на заводе-изготовителе ZENON (Milan). 2007 год – продолжение сотрудничество, участие нескольких конструкторов в проектировании (INFN) и в сборке тестовых криомодулей (TTF, DESY, Гамбург).

Стенд с электронным пучком на ЛИНАК-800 Получен первый пучок. Пучок с энергией 20 Мэ. В планируется получить в 2007 г. Многочисленные предложения от пользователей по прикладным исследованиям (в том числе изучение радиационной стойкости элементов детекторов, и др) Лазерная метрология В ОИЯИ разработан метрологический лазерный комплекс, опробированный в ЦЕРНе. Достигнутая точность измерения положения лазерного луча на базе 10 м – около 0, 5 микрон. Планируется развитие такого стенда в ОИЯИ (в здании 118, ЛИНАК-800) – база для изучения – около 500 м. Инженерная инфраструктура Очень эффективное сотрудничество с ГСПИ (Москва). Вся официальная документация, представленная в GDE разработана ими. Работа активно продолжается.

Сотрудничество с ГСПИ в 2007 г. (лето-осень) Заключается договор (с участием правительства Московской области) на выполнение подготовительных работ по подготовке исходных данных для разработки проекта ускорителя: -Проведение маршрутных изысканий с описанием характеристик предложенной трассы размещения ускорителя и связанной с ним инфраструктуры. - Уточнение характера поверхностных структур, реальной заселенности, топографических особенностей (в т. ч. глубины пересекаемых рек и других водоемов), фактической принадлежности и хозяйственного использования лесных и земельных массивов, попадающих в зону отчуждения ускорителя. - Проверка реального состояния автодорожной сети в районе предполагаемого строительства, возможности её использования на этапе подготовительных работ и в процессе сооружения и эксплуатации ускорительного комплекса. - Проведение бурения нескольких контрольных разведочных скважин для подтверждения предполагаемой структуры грунтов по выбранной трассе размещения ускорителя.

KEK http: //www. jinr. ru/sarantsev 07