Сегодня ездил в Лабораторию Ферми в Ботавии (Fermilab) - в западных пригородах Чикаго. Это крупнейший на сегодняшний день циклотрон на котором изучаются элементарные частицы. Диаметер большого кольца циклотрона - около 1 км, достигнутые энергии протонов и антипротонов - 1 тераэлестронвольт! В следующем году будет пущен циклотрон в ЦЕРНе (Европа), который будет превосходить американский по многим параметрам, но пока этот циклотрон остаётся самым крупным. Наиболее крупные научные темы в настоящий момент находящиеся в разработке связаны с изучением нейтрино, которые регистрируются как на территории фермилаб, так и в нескольких сотнях километрах от циклотрона - в Минессотте. Сама лаборатория занимает весьма общирную зону, но несмотря на обильное количество охранников и полиции, сама лаборатория в отличие от Дубны или Серпухова не является ни секретной ни очень закрытой. Нам повезло - один из моих знакомых работает в лаборатории, он нас провёл практически по всем открытым помещениям, там было разрешено и фотографировать.  


Въезд на территорию лаборатории.


Главный корпус лаборатории


Страны участвующие в проекте. В лаборатории постоянно работают более 50 иммигрантов из бСССР, и многочисленные коммандировочные, аспиранты и т.д.


Я (крайний слева), на фоне центрального входа


Центральный хол лаборатории - обширный зимний сад


В местном кафетерии в центральном холе есть даже специальный "русский стол"


Аналог маятника Фуко в центральном холе, хотя длинна маятника значительно больше питерского...


Это не то что вы подумали, это скульптура Эйнштейна


Макет трубы ускорителя


Вспомогательные системы для поддержания циклотрона


Рисунок показывающий как строился циклотрон


Центр управления циклотроном, нас туда не пустили, а сфотографировать было очень трудно - стёкла экранированны сеткой



Это сегмент циклотрона (реальный) - магнитное поле создаётся сверхпроводящими магнитами, рабочая температура - 4 кельвина, обмотки - сплав циркония и титана, ток в обмотках - несколько килоампер, внутри - большое ответстие - это труба по которой двигаются частицы, есть многочисленные мелкие отверстия через которые циркулирует жидкий гелий, вся система снаружи омывается жидким азотом. Каркас металический из особых материалов, так как при огромных токах создаётся магнитное поле которое с довольно значительной силой стремится разорвать трубу.



Дисскуссионный  зал, такие залы есть на каждом этаже - 16ти этажного здания


Макет циклотрона в холле


Это вид с 15го этажа, на самом деле под землёй находится многокилометровая прямая часть циклотрона с датчиками, озёра вокруг это резервуары воды для охлаждения циклотрона. Внизу - на клумбе кустами высажена эмблема фермилаб.


Вид с 15го этажа внутрь хола здания


Фотография участников запуска циклотрона


Схема разгона частиц на циклотроне

Макет циклотрона в натуральную величину - приколько сделано, сегмент длинной около 4-5 метров помещён между двумя зеркалами создаёт впечатление об огромной длине, какая собственно и есть реально, разве что всё это закопано в землю...


Фотография камеры излучающей частицы. Реальную камеру я видел, но она за стеклом, экранированным сеткой, да ещё и в подвале на отдалении и внизу - сфотографировать практически невозможно, а во время эксперимента посторонних естественно туда не пускают.


Схема работы


Главное кольцо циклотрона под землёй, канал - вода для охлаждения, народ в ней рыбу ловит, сооружения вдоль - разные подстанции, датчики и т.п. Внутри кольца - девственно нетронутая природа, эти земли никогда не перепахивались и никогда никак не использовались человеком.


То что меня поразило - этот цилиндр - то из чего делаются сверхпроводящие обмотки - цилиндр медный (где-то 25 см. в диаметре), внутри видны жилы - каждая жила около 4 мм в диаметре - снаружи завальцована в медную трубку, внутри - сверхпроводящий сплав цирконий-титан. Этот цилиндр вытягивают специальным устройством в проволоку диаметром эти же 4 мм! Из этих проволок набирают очередной такой же цилиндр и всё повторяют многократно. В итоге получается проволока примерно 0.5 мм в диаметре состоящая из меди в которой находятся сверхпроводящие сверхтонкие жилы цирконий-титанового сплава. Из этой проволоки вьётся кабель прямоугольный в сечении - примерно 1 см х 1 мм, этим кабелем и мотаются обмотки магнитов. 


Вид из главного корпуса на въезд на территорию лаборатории


Море гусей на территории - вода в прудах не замерзает круглый год, так как вода охлаждает циклотрон, и гуси облюбовали эти места, их никто не трогает




Это микро-деревня на 2 десятка домиков, которые используют для командировочных и тех сотрудников которым негде жить - например только приехавшие иммигранты. Самое безопастное место для житья - въезд закрытый, только свои, там есть даже штук 20 машин которые  брошены предыдущими жильцами, и настоящие жильцы могут ими пользоваться для своих нужд, до корпусов лаборатории отсюда где-то киломерт, там есть и дет сад, и спортивные площадки, и бассейн  и т.п. 




На территории лаборатории есть бизоновая ферма. 


Здесь обитают бизоны, на отдалении - бозоны.


Один из аггрегатов управления


Фотография с воздуха


Все кто запускал циклотрон


Макет


Кольцо циклотрона






В центре озера - охладительные аггрегаты

Пузырьковая камера - камера наполненная жидким водородом для регистрации частиц. При попадании частиц высоких энергий могла быть опастной, поэтому от них сейчас уже отказались, частицы регистрируют специальными датчиками с микропроволочками по наведенным полям. Корпус позади - как раз один из основных датчиков частиц, а камера просто выставлена наружу как музейный экспонат.


Бывший директор лаборатории имел хобби - он был дипломированным не только физиком, но и архитектором, оставил после себя многочисленные архитектурные украшательства, возле одного из них я и сфотографировался.


Это цех где и делают сам циклотрон. Сейчас там огромный заказ - производятся и разрабатываются детали для нового циклотрона в ЦЕРНе. Там работает чуть больше полусотни человек. Каждая деталь должна быть сделана со 100% надёжностью, заменить её в циклотроне будет нельзя, всё это штучное производство, одновременно самая передовая лаборатория по разработке новых технологий.


Почти готовый кусок циклотрона. Подозреваю что стоимость этой железяки существенно превосходит стоимость аналогичного бруска золота.


Работник лаборатории показывает мне технологию изготовления новейших сверхпроводимых материалов.


Вот так выглядит обмотка магнита. 


Это тоже обмотка магнита. Их новейшая разработка - сплав на основе циркония и олова, делается так как я описывал вначале, но ещё сложнее, после того как получена уже готовый жгут из медной проволки с ввальцованными микроволокнами оловянно-циркониевого сплава надо сделать обмотку, а потом поместить всю деталь в печь и при температуре 700 градусов отжигать в течение недели - за это время сплав перекристализуется в требуемую кристаллическую решётку. После этого смотать проволку уже нельзя - она крошится, поэтому заливают всё эпоксидными смолами. Такие технологии используются для строительства циклотрона в ЦЕРНе, что позволяет поднять температуру аж до 18 кельвинов и при этом получать на несколько килоамперов бОльшие токи чем сейчас в фермилаб на магнитах из циркония-титана.


Один из станков


ЧПУ станка


Магнит в процессе намотки


Огромный челнок для намотки сверхпроводящим кабелем многометровых сердечников


Муфельная печь для отжига сверхпроводящих магнитов

КЛАСС!!!

СУПЕР!

Класс!!! Вот сидишь тут постоянно на одном месте и даже не подозреваешь, что где-то в мире такое есть! спасибо за "фотоотчет".

а "Пузырьковая камера " чем то напоминает карабль из фильма "кин дза дза" 

Здорово!

Круто! 

Почему-то вспомнился HL1/2. Где на фотках музей Гордона Фримена, с монтировкой ?   

ну да, класс... 
а кому-то все эти данные всех этих межкварковых рандеву обрабатывать.... и много компутеров по всему миру этим занимается...  

Красиво, однако 

Вит, спасибо за интересные фотки!

Наверное, единственная практическая польза - придумана технология создания сверхпроводящих жил из 25-сантиметровых цилиндров 

Шутка шуткой, но какова реальная польза от этих сооружений для науки?

Сама возможность сидеть на этом форум и просматривать фотографии Фермилаб уже заслуга Фермилаб (частично) 

Здорово, очень интересно, спасибо.



Может быть управление ядерными реакциями или синтез каких-то новых элементов. 
Короче для науки это может быть и полезно, а вот для всех нас это просто железяка...

PS Интересно, когда Россия сможет себе такое позволить?

исследования подтверждающие или опровергающие какие-либо теории физики - вот суть.
если ученые правильно ставят опыты, и правильные придумывают теории, то это доказывает, что мы лучше понимаем мир вокруг себя, и можем усовершенствоваться лучше и больше - новые и быстрые технологии напр. изготовления компутеров и т.д.

Кроме этого во время опытов создаётся немеренное кол-во   данных, и при попытках данные эти собрать и анализировать появляются открытия прикладные, отлаживается работа GRIDa.

Кроме того - эта лаборатория - научная, а как это хорошо, когда правительство выбрасывает деньги на науку - вместо оружия напр.


В принципе это очень дорогое удовольствие. Россия участвует в исследованиях в CERN. 
Вопрос  не когда она себе сможет это позволить ( можно и сейчас... ), а насколько это важно и нужно

А кто определит нужно ли это? Народ? Так ему это нахрен ненужно, да и никто народ спрашивать не будет... Фанатичные учёные? Ну их мнение не будет учитывать интересы других звеньев... Государство? Оно конечно может определить, но для реализации придётся отрезать большой куш из бюджета... 
Ну и в конце-концов дело даже не в этом, деньги на строительство мы найдём, выкачаем больше газа в этом году, не проблема, но что дальше? Вы посмотрите как развита инфраструктура этой лаборатории, на каком уровне поддерживаются все звенья, это я понял посмотрев фотографии и убедился в этом почитав информацию о лаборатории в сети. Всё это воможно только, если общество в целом будет развито. Не может позволить себе Россия такого. 

это вопрос экономической целесообразности: допустим решила Россия надавить на практическую ядерную физику. 
Посчитала: что дороже - платить в европейские фонды и посылать учёных ( хотя сегодня с интернетом это не обязательно ) в лабораторию, или построить лет за 5-10 свою лабораторию, и её сдавать иностранным учёным... посчитают сравнят. если найдётся целесообразность - реализуют. а если нет - то нет. А "куш" всем лучше на видимые научные исследования выложить чем тихо втихаря его разворовывать. а себестоимость уверен в России будет ниже на порядки, и не из-за низкого качества. 


тебя послушать - страну сдавать надо на склад. выплёскивать свои недовольства каждый ворчун может. А какие у вас предложения на развитие вашей страны ? разработать новую модель Калашникова ? Продавать незаконно радиоактивное сырьё разным радиоактивным государствам ? поднять тарифы на взятки ? 
я в экономике ( а особенно в терминах ) не силён, но и коню понятно - если хочешь развиваться, тебе придётся раскошелиться и заплатить. а если не будешь развиваться, потом технологии, которые открыли без тебя и твоей помощи тебе втридорога продавать будут. Кроме того развитие обязывает уровень образования, а он тянет за собой вверх культурный уровень людей. 




для того, чтобы бюджет 

Я лишь говорю о том, что при нынешнем состоянии нет смысла в таких серьёзных проектах, ибо развалят, таков нынешний уровень нравственности нашего общества, я не знаю как поднять страну, я как и Вы не понимаю в политике почти ничего, и недовольства свои я не выплёскиваю, я лишь констатирую факты, а свою оценку я считаю довольно объективной, ибо вырос и живу здесь, не где-нибудь в столице, а далеко в Сибири и по нужде мне приходилось бывать в здешних научных институтах, честно удивляюсь до сих пор как России удаётся держаться на уровне в научных исследованиях. В прицнипе те, кто считают в России в этом плане всё в порядке просто либо с этим не сталкивались, либо живут в розовых очках. Ладно в общем, не об этом речь, я рад, что эта лаборатория работает на международном уровне. 

Не будем говорить о глобальных теориях стоения вселенной и структурах элементарных частиц... вот самое простое, что лежит на поверхности: для разработки этого циклотрона огромная лаборатория занимается разработкой сверхпроводников которые бы работали при высоких температурах и выдерживали большие токи... Сегодня это ~20 кельвинов... А завтра вдруг найдут что-то работающее при 300 кельвинах и выдерживающее тысячи ампер - это будет технологичская революция  почище изобретения полупроводимости или радиопередачи сигналов... 


С фундаментальной наукой никогда нельзя заранее знать когда и как она применится... Первый опыт по передаче сигналов по проводам Белл сопроводил комментарием о том что скорее всего это вообще никогда не будет нужно, открытие радиоволн и даже изобретение радиоприёмника вызвало отклик финансистов и политиков - никому не нужная трата времени и денег на эксперименты, так как какой же идиот будет бесплатно транслировать радио... Космос осваивали чтоб "пиписьками померяться" с наиболее вероятным противником,  а сейчас это коммуникации, телевидени, интернет, погода, GPS, картография и т.д. космос из дорогой игрушки превратился в крутой источник доходов и неотъемлимую часть нашей жизни... Компьютер делалит для науки, для моделирования и сложных рассчётов, могло ли даже в мечтах в 50-60х годах кому-то прийти в голову что компьютер заменит газеты, люди будут по нему смотреть видео и слушать музыку, заниматься виртуальным сексом или болтать через океаны? 




Россия это могла позволить в гораздо более тяжкие времена - в СССР была и Дубна и Серпухов... когда в магазинах не было колбасы и сыра, на ускорители деньги были... И сейчас будут, если некто наверху поймёт что без фундаментальной науки технологий хватит на 10-20 лет, а потом страна станет бесповоротно превращаться в аграрно-сырьевой придаток других стран, которые осознают важность вкладывания денег в фундаментальную науку, не приносящую никакой сиюминутной выгоды, но создающую фундамент технологий будущего, того чем мы будем жить через 20-30-50 лет.

Как тесен мир! На прошлой неделе к нам приезжали родственники из США. Так вот брат жены оказывается работает на этом циклотроне (он профессор по физике). Гранты у них там исчисляются миллионами долларов. Очень дорого ставить эксперименты на этом циклороне.

Как кстати! Спасибо, Вит, за фотки