Миссия — инженер.
Политехник Геннадий Паньшин об адронном коллайдере, силе знаний и международном опыте

Даже если вы никогда не интересовались наукой, все равно слышали о Большом адронном коллайдере (БАК) — самой крупной экспериментальной установке на границе Швейцарии и Франции.

Работать в проекте — мечта многих. Для этого необязательно быть физиком-ядерщиком или разбираться в сложнейших математических формулах. Конструкция настолько огромная, а «начинка» столь разнообразна, что в работе задействованы тысячи ученых и специалистов, в том числе инженеров.

Один из них — томич Геннадий Паньшин, старший преподаватель отделения автоматизации и робототехники ТПУ.

В проект ЦЕРНа (Европейской организации по ядерным исследованиям) Геннадий попал еще в 2016 году, когда Томский политех вступил в коллаборацию эксперимента LHCb — одного из четырех основных детекторов на Большом адронном коллайдере. Он считается самым маленьким экспериментом и выглядит как одноплечевой спектрометр, способный регистрировать треки частиц в диапазоне углов от 15 до 300 мрад. С одной из подсистем Геннадий и работал на проекте.

В рамках апгрейда БАК томичи должны были спроектировать систему позиционирования одного из детекторов — Scintillating Fibre (SciFi) Tracker. Работа осложнялась тем, что сам SciFi Tracker тогда существовал только на бумаге, но для него нужно было спроектировать сложную подвесную систему, рельсы и шасси (каретки). При этом система должна была занимать минимум места, чтобы каретки могли выдержать вес в несколько тонн, работать в условиях радиации и сильного магнитного поля без отклонений от точки нахождения.

— По мере изготовления детектора менялись и требования к креплениям, — рассказывает Геннадий Паньшин. — Сначала каркас детектора планировали сделать плоским, но из-за нехватки прочности усилили конструкцию специальным профилем, так что предложенный нами вариант системы уже не подходил. В процессе проектирования детектора концепт системы позиционирования претерпел изменения 12 раз, это называется параллельный инжиниринг. В итоге мы изготовили нужные крепления для SciFi Tracker, чтобы трековый детектор мог передвигаться по установке, причем с высокой точностью, иначе нельзя правильно отследить траекторию частиц при запуске пучка в коллайдере.

Задачей коллектива инженеров было реализовать то, что физики представляли лишь у себя в голове. То есть создание концепции будущей разработки и механизма ее внедрения легли на плечи «технарей».

— Ученые представляют некую картинку, которую хотят получить на практике. Они знают, что должен из себя представлять детектор, как его нужно расположить, что нужно задействовать оптоволокно, через которое пролетают частицы. Но реализовать все на практике так, чтобы это работало, — задача инженеров, — отмечает Геннадий.

Сейчас коллайдер полностью выключен и находится на апгрейде — в нем меняют оборудование и электронику для получения еще более точных данных и работы с еще более высокой энергией. В обычное время остановки БАК происходят лишь несколько раз в год и не больше чем на пару недель.

Чтобы все успеть за столь короткий срок, работы нужно идеально спланировать. Поэтому вся инфраструктура коллайдера есть в 3D-формате, говорит Геннадий Паньшин. Это сильно облегчает жизнь инженерам, которые перед спуском в шахту глубиной 100 метров могут просчитать свои действия на компьютере и спроектировать схему работ.

Зачастую именно инженерам выпадают самые нетривиальные задачи, у которых еще нет никакого решения. Политехник вспоминает об одном таком случае, с которым пришлось столкнуться при работе с адронным калориметром, основной задачей которого является измерение энергии частиц. Кстати, именно наша страна отвечает за это направление в международном проекте БАК.

— Нужно было заменить свинцовые фильтры, находящиеся в эпицентре повышенной радиации от пучка в адронном калориметре. Каждый из фильтров весил полторы тонны. Но особенность детектора в том, что это стена общим весом в несколько сотен тонн, которая изначально собиралась по кирпичикам снизу вверх. Кроме того, из-за новой инфраструктуры над детектором доступа у основного крана туда нет. Поэтому оказалось очень проблематично произвести демонтаж старых и монтаж новых фильтров. Пришлось придумать целую систему специальных креплений и лебедок и саму процедуру для безопасной работы на высоте шести метров вблизи дорогостоящих детекторов, накопивших за время своей работы радиацию.

Миссию инженера на Большом адронном коллайдере Геннадий описывает так:

— Представьте себе город, в котором есть большой завод, и к нему надо соорудить дороги. Моя задача инфраструктурная: как проложить их максимально удобно, сделать более быстрыми, построить их так, чтобы они могли использоваться и в дальнейшем, если завод закроется. Задачи могут быть самыми разными. А в условиях эксперимента на такой огромной и сверхтехнологичной установке как коллайдер — тем более.

Важна также безопасность людей — к примеру, участок эксперимента LHCb высотой около 50 метров: нельзя, чтобы кто-то упал или уронил инструменты на других. Не последнюю роль играет и стоимость оборудования. Для понимания: одна система подвода длиной один метр, чтобы соединить и подвести детектор в нужное место, стоит около трех тысяч евро. Чем более высокоточным должно быть оборудование, тем дороже детали. И сделать это процесс дешевле — тоже одна из задач инженеров, отмечает Геннадий.

— Почему наши инженеры так востребованы на Западе? Потому что мы пытаемся придумать простое, но эффективное. По факту это получается еще и дешево, — говорит Геннадий. — К примеру, зарубежным коллегам нужно было сделать балку — они взяли кусок алюминия, отфрезеровали и получили двутавр. А мы взяли готовый, пошлифовали, покрасили и все. Они потратили почти трое суток на станке, а мы только болгаркой отрезали и приварили. Наши техники тоже очень ценятся. Токаря-француза попроси отнести два мотка проводов, он скажет: это не моя работа, мне за это не платят. А наш ответит: хорошо, куда нести? Поэтому почти на всех экспериментах в цехах российские специалисты.

В ЦЕРН, по признанию Геннадия, он попал по воле случая. Окончив бакалавриат по теории управления, решил поступить в магистратуру на новое направление CALS-технологии (англ. Continuous Acquisition and Life cycle Support — непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла изделий). Заодно студент прошел курсы 3D-проектирования, которые и стали важным шагом к работе за рубежом. Именно такие специалисты тогда требовались в ЦЕРН. Первая командировка должна была продлиться 20 дней. Как и всем новичкам, Геннадию и его коллеге предложили пройти проверочное задание, с которым те успешно справились. Затем командировку продлили, пригласили в Амстердам на обмен опытом, и завертелось.

— ЦЕРН очень интересная площадка для обмена опытом, — говорит политехник. — В моем отделе инженеры из Франции, Италии, Польши, Нидерландов, США. И все заняты единым делом. Мы находимся на мультиязычной платформе, где нет бюрократических, политических и иных условностей. И в этой атмосфере рождаются оптимальные варианты. Полученный опыт мы пытаемся внедрить в образовательный процесс политеха. А еще это отличная возможность привлечь к проекту с мировым именем наших студентов. Поскольку мелких задачек очень много, мы постепенно делегируем их учащимся.

Работа преподавателя, говорит собеседник, сегодня особенно сложна. Студенты предпочитают зависать в соцсетях, а не корпеть над учебниками. Хотя порой нужно приложить чуть больше усилий, чтобы разобраться в предмете, и учиться будет гораздо проще.

— Я сам лишь на третьем курсе понял, что к чему, и мне стало легче усваивать информацию. Достаточно было просто подумать над тем, что мне говорили на парах, и почитать кое-какую литературу. Сегодня студенты — заядлые любители гугла, они могут быстро найти информацию, но у них нет времени и желания в нее вникать. Они могут вбить, сколько будет два плюс два, и получить ответ четыре. А почему четыре, а не восемь, им не важно. Но как только студент поймет это самое «почему», остальное будет легко и просто.

Простая зубрежка ради оценки ничего не даст для понимания предмета. Поэтому к каждому студенту нужен свой подход. Одним нравятся машины, и им приходится объяснять тему с примерами из автомобилестроения, другим становится понятнее с аналогиями из экономики или спорта. «Каждый поток студентов — это некий челлендж для меня, ко всем нужно искать свой подход», — признается ученый.

— Задача учебного заведения — научить учиться. Многие ребята на моих парах сразу начинают программировать, даже не подумав, и получаются «костыли». Если в такой программе попросить что-то изменить, все порушится. Я пытаюсь специально к этому подвести, чтобы студенты учились думать. Почему они потом так нравятся ЦЕРНу? Потому что быстро адаптируются. «О, этого я не знаю, пойду, почитаю». Когда я пришел в ЦЕРН, знаний под конкретную задачу у меня не было, но есть книжки, стандарты — там все написано.

Возможностей для развития в вузе предостаточно, считает политехник. На отделении, где работает Паньшин, даже есть лаборатория творчества, где установлена недорогая электроника с «алиэкспресса». Простых контроллеров достаточно, чтобы студенты могли опытным путем понять принцип управления данными. Но для этого нужно желание.

Сейчас Геннадий готовится к следующей командировке в Европу. Если раньше он ездил на пару месяцев в году, то теперь проводит там по полгода. Апгрейд Большого адронного коллайдера продолжается, на этот раз коллектив инженеров должен обеспечить безопасный доступ к гидравлическим коллекторам на своем участке эксперимента и поставить радиационные мониторы.

— Гидравлический коллектор нужно менять на высоте три метра, сейчас там технически нельзя находиться. Нужно придумать, как сделать безопасную опору и предупредить возможное падение инструмента на людей, — рассказывает Геннадий. — Вторая задача — инфраструктурная. Есть детектор и к нему от блока с электроникой нужно подвести коммуникации. Одних низковольтных проводов там 800. Всю эту процедуру нужно продумать. Чем точнее будут результаты в 3D, тем проще будет работать в шахте.

Также требуется поставить радиационные мониторы на защитной стене тоннеля с четырех сторон симметрично относительно пучка. Но стена не перпендикулярна пучку, да и собрана из разных блоков. Нужно разработать специальные крепления, чтобы обеспечить точность в 1 мм.

Обновление коллайдера начинают планировать сильно заранее, говорит инженер. Еще в 2016 году было известно, что в 2020–2021 годах эксперимент LHCb попадет под апгрейд. Следующий этап работ по замене «начинки» БАК запланирован на 2026 год. Вместе с апгрейдом усложняется и инфраструктура ускорителя. И тут без инженеров никак.

— В будущем планируют сделать ускоритель не на 27 километров длиной, а на 100. Вопрос: как выкопать туннель, чтобы через 100 километров он пришел в ту же точку? Вот тут и начинается инженерная мысль. Задача — какой бы недосягаемой идея ни казалась, мы должны попробовать к ней прийти.

Текст: Лиза Потомская

Фото: Серафима Кузина

Подписывайтесь на наш телеграм-канал «Томский Обзор».