Блог

Oct 03, 2023

Практика ведет к совершенству (детекторы частиц)

После завершения Глубоко подземный эксперимент с нейтрино, или ДЮНА, станет

После завершения Глубокий подземный эксперимент с нейтрино, или ДЮНА, станет самым масштабным в мире экспериментом с нейтрино, а установка гигантского дальнего детектора для ДЮНЫ в пещере в миле под землей будет напоминать крупнейшую в мире игру «Операция».

DUNE будет состоять из двух детекторов: ближнего детектора меньшего размера, который будет расположен в Национальной ускорительной лаборатории Ферми Министерства энергетики США в Иллинойсе; и более крупный дальний детектор, который будет расположен в подземном исследовательском центре Сэнфорда (SURF) в Южной Дакоте.

Дальний детектор спроектирован так, чтобы состоять из четырех модулей — два из которых находятся в стадии строительства, а два из которых еще планируются — каждый размером с почти шестиэтажное здание и длиной с футбольное поле. Один модуль будет состоять из 25 рядов детекторов нейтрино меньшего размера, называемых сборками анодных плоскостей — APA — одних из самых хрупких компонентов эксперимента.

Поскольку дальний детектор DUNE в SURF собирается в подземной пещере, у него не так много места для маневра. Техники, устанавливающие последний ряд APA, будут стоять у стены, и им будет достаточно всего пары метров для безопасной работы; как только они установят ножничный подъемник, между ним и APA останется достаточно места, чтобы человек мог пройти. После того, как они закончат, им придется протискиваться обратно, прихватив с собой все инструменты и инструменты, которые они принесли.

Чтобы закончить детектор, «мы работаем с запасом нескольких дюймов», — говорит Том Вибер, менеджер другой подземной лаборатории, NOvA Far Detector Facility в Эш-Ривер, штат Миннесота.

Вибер хорошо знает ограничения, поскольку он играет важную роль в подготовке к окончательной установке.

NOvA также представляет собой нейтринный эксперимент на больших расстояниях. Он состоит из дальнего детектора в Эш-Ривер и ближнего детектора в Фермилабе. Пучок нейтрино из Фермилаба проходит через оба детектора.

После того, как NOvA была собрана, на предприятии в Эш-Ривер было достаточно места для высоких пролетов, чтобы создать зону пробной сборки для DUNE; это единственное место, где есть два прототипа APA, с которыми технические специалисты могут попрактиковаться в работе.

Прототипирование — обязательный шаг в разработке экспериментов по физике крупных частиц. От тестирования компонентов для подтверждения их работоспособности в экспериментальных условиях до отработки транспортировки и сборки деталей — сотрудничество в области физики элементарных частиц делает все возможное, чтобы гарантировать, что эксперимент пройдет так, как ожидалось.

Во многих компонентах DUNE используются специально разработанные инструменты, которые Вибер и его команда изготавливают самостоятельно на основе проектных чертежей и списков материалов. Затем они тестируют инструменты на своем прототипе DUNE.

«У нас есть отличные инженеры, которые проектируют инструменты и приспособления таким образом, что нам просто нужно научиться безопасно их использовать», — говорит Вибер. «Может быть, они слишком тяжелые? Нужен ли нам еще один вспомогательный инструмент, чтобы облегчить установку или снятие? Какие вещи нужно надеть на ремешки, чтобы они не падали? невозможно пользоваться без трёх рук?"

Когда они сталкиваются с проблемой, команда Вибера информирует инженеров о проблеме и предлагает возможные решения. Затем проект пересматривается, и процесс начинается снова.

«Наверное, я могу посчитать по пальцам одной руки, сколько виджетов, инструментов и приспособлений первой версии не претерпели каких-либо модификаций после тестирования — некоторые из них были простыми, некоторые — полностью переработанными», — говорит Вибер.

«Все извлеченные уроки ценны», - говорит он. «Все, что было трудным, трудоемким, чем угодно, — это нужно записать. Потому что мы строим прототип, и если есть проблема… ее нужно задокументировать, чтобы, когда мы приступим к масштабированию этой штуки до килотонн, [ проблема] не усугубляется».

Установка Ash River достаточно универсальна, поэтому Вибер и его команда могут тестировать множество вещей одновременно. Например, они устанавливают два APA в разной ориентации, чтобы проверить длину кабеля. Одновременно они проверяют «изгиб» катодной плоскости — чтобы увидеть, выпрямится ли она после того, как удержится в форме полумесяца.