«Русский коллайдер»: зачем в Подмосковье в 80-е прорыли 21-километровый подземный кольцевой тоннель

В начале июля 2022 года в Швейцарии был перезапущен модернизированный Большой адронный коллайдер (БАК). Уже много лет в научном мире он прочно удерживает пальму первенства, во много раз превосходя по своим возможностям другие ускорители частиц. Между тем, в 80-х годах прошлого века, ещё до создания БАК, в подмосковном Протвино начали реализовывать сопоставимый по масштабам проект самого мощного протонного ускорителя в мире — Ускорительно-накопительного комплекса (УНК). Однако судьба «русского коллайдера» оказалась печальной. После распада СССР строительство ещё несколько лет продолжалось, но в конце 90-х из-за хронического безденежья от проекта окончательно отказались. На память о нём остался лишь прорытый под землёй кольцевой тоннель длиной в 21 километр. В рамках проекта «Незабытые истории» о судьбе УНК RT поговорил с физиком из Протвино Геннадием Дерновым.

— Геннадий Николаевич, прежде чем поговорить о печальной судьбе ускорительно-накопительного комплекса, расскажите когда и как появилась идея его создания?

— Она вытекала из логики своеобразного соревнования физиков наиболее развитых стран в создании всё более мощных ускорителей заряженных частиц, позволявших проникать всё глубже в строение и свойства внутриатомного мира — микрокосмоса с его загадками и открытиями.

Вообще это интересный парадокс физической науки — чем на меньшие расстояния вглубь атома проникнуть — тем большие по размеру приборы приходится создавать, вплоть до самых грандиозных. Но цель — овладение энергией атома — того стоит.

Так вот, во второй половине XX века вперёд вырвались советские физики благодаря созданию ускорителя У-70 — протонного синхротрона на обычных магнитах с максимальной энергией 70 гигаэлектронвольт (ГэВ), с длиной орбиты частиц полтора километра. Он был построен в Протвино за семь лет приповерхностно, то есть без тоннеля, и запущен в октябре 1967 года.

— Видимо, к 50-летию советской власти?

— Да. На протяжении последующих пяти лет он оставался крупнейшим по энергии ускорителем в мире пока в 1972 году в США в тоннеле длиной более 6 км не был запущен в 6 раз более мощный протонный синхротрон. Аналогичная машина чуть позже была построена и Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве.

Наиболее сложные задачи фундаментальной физики  в проведённых экспериментах решить не удавалось, и в Европе задумались над ещё более масштабным проектом, который в итоге вылился в строительство в 1983-1988 годах большого электрон-позитронного коллайдера (LEP), для которого был вырыт 27-километровый тоннель, в котором было смонтировано два ускорительных тракта во встречных направлениях. Это позволяло осуществлять столкновения частиц, что удваивало эффект наблюдений — отсюда и сам термин «коллайдер», от английского collide (сталкивать).

Вот к этому времени и в СССР начал реализовываться проект УНК, позже обозначаемого в прессе «русским коллайдером», хотя до создания собственно ускорителя в прорытом за 10 лет 21-километровом кольцевом тоннеле дело, к сожалению, так и не дошло.

— В чём его было отличие от LEP?

— Отличие от женевского LEP состояло в том, что в УНК подразумевалось ускорять не электроны, а в 2000 раз более тяжелые протоны от действующего ускорителя У-70, что даёт гораздо более сильные физические эффекты при соударениях.

Именно поэтому в тоннеле LEP физиками ЦЕРНа в начале 90-х было решено заменить всю ускорительную часть на использование адронов, так по-другому называют протоны, и эта работа привела к запуску в 2008 году LHC — Большого адронного коллайдера, до сих пор крупнейшего в мире (БАК).

И только здесь была достигнута одна из научных целей — открыт так называемый «бозон Хиггса», подтвердивший справедливость общепринятой теории строения материи.

Но научный поиск требует движения дальше, и теперь в ЦЕРНе уже приступают к проекту нового коллайдера FCC в новом, уже 100-километровом тоннеле. Вот такова картина хода событий в познании физических основ нашего мира, в которой проект УНК, пусть даже неосуществлённый, был одной из ступенек…  

— Как я понимаю, основная заслуга в продвижении идеи строительства УНК принадлежала известному учёному, академику Анатолию Логунову?

— Во многом да, но он был не один. Его роль в «проталкивании» проекта УНК  бесспорна, тем более что Анатолий Алексеевич был вице-президентом Академии наук, членом ЦК КПСС. Да и почти всё физическое сообщество страны было заинтересовано в том, чтобы вернуть пальму первенства, как было в первые годы после запуска У-70. На нём ведь было сделано несколько крупных открытий — к примеру, впервые зарегистрировать созданные в столкновении на мишени античастиц. 

Но решение ряда физических фундаментальных проблем в картине микромира требовало более высоких энергий, и точно так же в создании проекта УНК и работе по его строительству участвовали многие научные институты страны и — без преувеличения — сотни предприятий.

Поэтому работа над УНК с проектной энергией пучка в 3000 ГэВ постепенно шла и уже в начале 80-х годов всё начало реализовываться. По решению правительства строительные работы начались в 1983 году.

Уже тогда было ясно, что задача будет решаться с использованием западных технологий. В туннелях нужны были не только обычные «тёплые» магниты, которые при комнатной температуре работают. При таком размере кольца с их помощью ускорить протоны можно только до 600 ГэВ, что в пять раз меньше проектной мощности.

Поэтому в проект УНК были заложены ещё два кольца с  электромагнитами со сверхпроводящей обмоткой. У нас их тогда не делали, но со временем смогли решить эту проблему. В городе Усть-Каменногорск, сейчас он уже в Казахстане, на металлургическом заводе построили специальные линии, которые делали сам проводник, проволочки, которые скручивались в жгуты сверхпроводящего кабеля. Сборку этих магнитов наладили у нас в опытно-производственном институте. Общее число магнитных дипольных блоков в каждом кольце должно было составить порядка 2500 штук, каждый весом около 10 тонн.

— Как должен был работать УНК?

— По проекту должно было быть построено два одинаковых по размеру сверхпроводящих кольцевых ускорителя, в которых протоны разгоняются во встречных направлениях. Первое кольцо с  обычными «тёплыми» магнитами должно было принять пучок протонов через инжекционный канал из действующего ускорителя У-70 и поднять его энергию до промежуточного значения в 400 — 600 ГэВ. А далее второе кольцо с помощью сверхпроводящих магнитов должно было доводить её до конечной величины в 3000 ГэВ.

С такой энергией значительно увеличился бы эффект взаимодействия частиц, ещё более интересная физика открылась бы. Ещё одно такое же сверхпроводящее кольцо ускоряло бы протоны во встречном направлении, что обеспечивало бы энергию соударений 6 000 ГэВ и оправдывало бы термин «русский коллайдер».

— А для чего вообще нужны магниты в коллайдере, почему они так важны?

— Тоннель для коллайдера выполнен в форме кольца, чтобы пучки протонов в процессе ускорения могли поворачивать по кольцевой траектории, а не вылетали на стенки вакуумной камеры, и нужны поворачивающие дипольные магниты. Законы физики, открытые много лет назад Фарадеем и Максвеллом, работают при любых энергиях.

В общем, открывавшиеся перспективы тогда очаровывали наших физиков, и работы в конце 80-х у нас развернулись полным ходом. Для ускорения проходки тоннеля  закупили два канадских проходческих комбайна фирмы LOVAT, которые одновременно не только бурили тоннели диаметром 5,5 м (это как одноколейная линия метро), но и сразу оставляли за собой бетонную облицовку с металлической обшивкой изнутри.

Строительство кольца проходило на глубине от 20 до 60 м и почти не затрагивало территорию, находившуюся на поверхности земли, поскольку было сделано два десятка вертикальных шахт для обеспечения проходки.

— А какая изначально сумма закладывалась на строительство УНК?

— Весь проект оценивался примерно в миллиард ещё советских рублей, доллар во времена СССР стоил 60 копеек.

— Когда по плану комплекс должен был быть запущен в эксплуатацию?

— По проекту должны были запустить в середине 90-х годов — имея ввиду 2 ускорительных канала, третий добавить немногим позже — тогда это получился бы самый мощный коллайдер в мире на несколько лет, до ввода LHC в Женеве.

Но в то время обстановка в стране после событий 1991 года была непростая. Не только экономическая, но и политическая. Бюджет страны попал в руки парламентариев, они задавали тон при определении расходных статей. Там и у нас были лоббисты, которые поддерживали фундаментальную науку, считавшие, что с проектом УНК нужно продвигаться, бороться за пальму первенства. Были и противники затрат на фундаментальную науку, хотя в процентном отношении ко всему бюджету они и так хронически отставали от аналогичных затрат в развитых странах.  

Американцы тем временем приступили к осуществлению своего самого амбициозного суперпроекта SSC — протонного коллайдера в тоннеле длиной 87 км, то есть более чем втрое «переплюнуть» тот же европейский проект LHC. Прошли около 5 км в штате Техас, затраты стали уже стали исчисляться в миллиардах долларов, но в 1994 год проект был закрыт.

Конгрессмены США посчитали, что даже для них он получается слишком дорогой, и лучше подключиться к проекту LHC. Мы остались один на один со своими УНК, на который в 90-х годах средств едва хватало, чтобы закончить проходку тоннеля и выплачивать зарплату строителям.

— Когда тоннель УНК был достроен?

— Кольцо замкнулось в декабре 1994 года. Я как раз присутствовал на торжественной сбойке тоннеля, когда перемычка встречных проходок была пробита. Геодезисты и прочие специалисты не ошиблись, кольцо идеально замкнулось, можно было приступать к работам уже в самом тоннеле. Но средств на это хронически не хватало, даже утверждённые бюджетом цифры не выполнялись, так что перспективы становились всё более туманными. Тем более у проекта УНК были и серьёзные противники, например антагонистом был известный академик Евгений Велихов, руководитель Курчатовского института.

— А почему он был против?

— Мне представляется, что особенность «курчатовцев» состоит в том, что они всегда считали себя лидером отечественной физики. Может быть во времена самого Игоря Васильевича Курчатова и «атомного проекта» это так и было. Кстати, именно он в 50-х годах настоял на необходимости строительства самого мощного в мире протонного ускорителя, а сам проект У-70 был подготовлен в Институте теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ).

Возвращаясь к УНК, представлялось также какое-то противоборство личностей двух академиков, Логунова и Велихова, у каждого были свои научные интересы и задачи. А бюджет-то один…

Дошло даже до того, что Велихов в  интервью «Российской газете» в начале 1999 года заявил, имея ввиду УНК, следующее: «Ещё 15 лет назад стало ясно, что Серпуховский ускоритель мы никогда не построим, тем не менее постоянно вбухивали туда огромные средства, отрывая их от действительно необходимых перспективных работ».

И вот, к сожалению, он оказался прав в части прекращения работ по проекту УНК, поскольку именно в пост-дефолтном 1999 году в конце концов пришло общее понимание о необходимости закрытия проекта и консервации тоннеля.

Хотя многие сожалеют — даже при тощем финансировании за несколько лет мы вполне могли хотя бы тёплые магниты поставить в этом тоннеле и поднять энергию У-70 почти в 10 раз — с 70 до 600 ГэВ. Почти все необходимые магниты были уже изготовлены и к концу 90-х годов завезены в институт.

— Где они сейчас?

— Они до сих пор лежат там невостребованные. Только парочку диполей пробным образом установили в тоннеле на штатном месте.

— А сколько сейчас средств может понадобиться, что доделать это кольцо и всё-таки запустить первую очередь?

— Если считать от стоимости всего УНК, это относительно небольшие деньги, в нынешних ценах на монтаж «тёплых» магнитов нужно что-то 200-300 млн нынешних рублей. Но дело в том, что за прошедшие годы оказалась серьёзно разрушена и другая инфраструктура объекта — дороги, шахтные стволы, которые служат для связи с поверхностью и всё прочее. Так что суммарные затраты уже будут совсем другими, это миллиарды рублей. А главное — серьёзные научные задачи на энергиях первой очереди УНК уже практически решены в ускорительных центрах Европы и США.

— Вы упомянули, что у советских учёных помимо чисто научных задач при задумке УНК было и стремление обогнать конкурентов, удерживать пальму первенства в мировой науке. Но что всё-таки было первостепенным?

— Линия руководства заключалась в том, чтобы поддержать выход на передовые позиции: советское должно быть лучшим в мире. Это линия чётко отслеживалась до тех пор, пока существовал Cоветский Союз. После этого пришло понимание, что лучшими мы уже не можем быть, поэтому хорошо бы иметь достойные машины.

К сожалению, сейчас энергия ускорителя У-70 мало кого интересует, ну диссертации на нем ещё можно клепать, как говорится.

Хотя он и спустя 55 лет после запуска остаётся самым мощным ускорителем в бывшем СССР.

Но глобально осваиваем уже пройденный маршрут, производятся дополнительные исследования характеристик, в таблицу заносятся какие-то новые коэффициенты взаимодействия, но это не сулит серьёзных открытий.

— Можно ли сказать, что если бы всё было нормально с нашей страной, достроили бы УНК, то он имел бы все шансы «отменить» Большой адронный коллайдер и стать центром притяжения мировой физической науки, каким сейчас является ЦЕРН?

— Боюсь что нет, потому что в ЦЕРНе самые современные научные исследования, ну, интернет же ЦЕРН придумали для обмена данными.

— Судя по публикациям в СМИ середины 90-х годов тогда ещё у многих теплилась надежда, что всерьёз забуксовавший проект УНК удастся довести до конца. Была реальная возможность это сделать?

— По личному указанию академика Логунова я тогда занимался, так сказать, PR-кампанией этого проекта. Ездил в Госдуму, встречался с депутатами, у меня к тому времени уже укоренились убеждения о том, что надо достроить хотя бы то, что уже в общем-то у нас уже было в руках. То есть поставить тёплые магниты, сделать протонный ускорители на 600 ГэВ, который свою делянку в мировом экспериментальном поле получил бы. Но даже эту маленькую часть общей задачи, до которой было совсем немного, противники проекта реализовать не дали. Оппоненты наши, как я уже говорил, в основном представляли Курчатовский институт, и в конце концов в этой схватке им удалось победить.

— В 1994 году в федеральном бюджете отдельной строкой было предусмотрено 96 млрд рублей на строительство УНК. Читал, что реальные поступления составили менее половины от этой суммы. Почему не все деньги доходили?

— Тоже, что и сегодня периодически происходит — украли. Конечно, не мы в ИФВЭ. Просто правительство постоянно, исходя из каких-то своих установок, корректировало те или иные расходы. То, что было намечено, отменялось, заменялось обещаниями возместить как-то, либо не обещали даже ничего.

У нас даже были марши протестов, шли до Москвы пешком. На площади у здания правительства РФ учёные митинги проводили. Туда приходили биофизики и от нас тоже были физики, потому что наука у нас тогда совсем на обочине государственного интереса находилась.

— Сейчас, во всяком случае со стороны, кажется, что ситуация с государственным финансированием науки изменилась к лучшему.

— Хотя у нас промежуток с 2022 по 2031 год и объявлен десятилетием науки и технологий, но для многих людей из научной среды в части зарплат это звучит как-то даже издевательски. У нас повсеместно создана мощная административная прослойка, на которую уходит очень много денег. Для примера — в протвинском ИФВЭ научные сотрудники, защитившие диссертации физики, получают на порядок меньше, чем ряд работников высшего административного плана и других людей, которые непосредственно к научной деятельности отношения не имеют.

— Встречалось мнение в тех же СМИ, что достраивать тоннель УНК было во многом вынужденной необходимостью — в случае если бы проект забросили сразу после развала СССР, ещё до окончания полного завершения кольца, то могли быть какие-то серьёзные экологические последствия?

— Действительно, огромная полость в земле в водоносных горизонтах — это небезопасно. Неизвестно, как поведут себя целые слои грунтов, не провалится земля туда. Хотя она небольшая, но все же. Но это скорее попытка получить поддержку в финансовом смысле. После того, как кольцо достроено, полностью забетонировано с отдельными прорехами в северной его части и почти полностью металлом изнутри покрыто, опять же в северной части не выставлено, надо доработать. Там постоянно текут грунтовые воды.

И поэтому та сумма, которая выделяется на обслуживание УНК до сих пор, это порядка 30 млн рублей в год, в основном идёт на откачку грунтовых вод. Там всё время работают насосы. Всё-таки затопление такого объекта является куда более опасным, чем пребывание в нынешнем виде.

— А что будет, если УНК всё-таки затопит?

— Никто точно не знает, но точно ничего хорошего.

—  Для прокладки подземного тоннеля УНК были куплены дорогостоящие канадские комплексы LOVAT. Что с ними стало после остановки строительства?

— Их было минимум два. Один из них разобрали и перенесли на Московское метро, где он и сейчас используется, насколько знаю. Другой вроде бы так и остался под землёй. У меня точных сведений нет, какие-то специалисты говорят, что его вытаскивали вроде, но подтверждений я не находил.

— Можно ли назвать УНК самым крупным проектом советской науки?

— В СССР были более крупные проекты оборонного значения. Где-то на севере есть подземное сооружение более грандиозное, чем УНК. Там огромные тоннели вырыты, видимо для подлодок.

— Встречал выражение применительно к УНК — «памятник советской науки». Вы согласны с этим? 

— Ну, это не совсем правильно. Памятник — это когда есть душевная нужда прийти и поклониться. Судьба проекта УНК, как и всякая «незавершёнка» — это свидетельство чьих-то ошибок.

— По поводу окончательной консервации объекта. Вы упомянули, что в конце 90-х появилось общее понимание, что реализовать его не удастся. Но когда именно вот эта неопределённость судьбы объекта вылилась в чётко принятое чиновничье решение?

— В 1998 году министром науки и технологий недолго был Владимир Булгак, насколько я знаю, он и подписал, хотя сам я документа этого не видел. Но произошедший тогда в августе дефолт очень сильно ударил по экономике и по сути, окончательно похоронил УНК.

— Подземное кольцо так или иначе есть, научных перспектив у него, как выясняется уже нет, но можно ли его как-то использовать иначе?

— Первое — это тоннель надо окончательно достроить, там всё ещё есть опасность его затопления.

— Какой участок не защищён?

— 6-7 километров в северной части подвержены проникновению воды, поскольку ещё при проведении работ по доводке облицовки тоннеля изнутри остались места с небольшими протечками грунтовых вод. Поначалу поставили временную откачку поступающей воды — на поверхность выведен небольшой ручеёк, впадающий в естественный водоём, — да так и осталось. Средства на откачку воды, на устранение «залазов» в тоннель любопытствующих диггеров, на охрану и электропитание  шахтных надстроек – всё это выливается в пару-тройку десятков миллионов рублей в год.

— Возможно ли такой гигантский объект как-то использовать в дальнейшем, пусть и не по прямому назначению?

— Навскидку можно назвать три варианта. Во-первых, если тоннель будет хорошо герметизирован, там можно железнодорожные испытания проводить, как никак — 21 км рельсового пути и никаких помех. В Минтрансе как-то выражали заинтересованность на этот счёт, но опять же «денег нет, держитесь».

Во-вторых, тоннель можно использовать как индукционный накопитель электрической энергии, который можно задействовать в случае каких-то ЧП.

— Нечто вроде запасного аккумулятора в масштабах региона?

— Да. Вспомните 2005 год, когда из-за пожара на подстанции Чагино половина Подмосковья осталась без электричества. Таких бы последствий не было, если бы имелся такой накопитель, который может оперативно пополнять крупные электросети.

— Насколько это реально?

— Конкретный проект ИФВЭ по созданию такого накопителя на 2-м инновационном форуме в 2007 году даже был представлен возглавлявшему тогда Росатом Сергею Кириенко. Думаю, он помнит…

— Каков третий вариант?

— Выращивание шампиньонов.

— После железнодорожного полигона и гигантской батарейки звучит не так грандиозно.

 — Эти подземные пространства для этого отлично подходят. Температура там круглый год держится постоянная в районе 18 градусов тепла, электричество есть.

— Руководство ИФВЭ пыталось что-то из этих вариантов реализовать на практике?

— Насколько я знаю, никаких поползновений со стороны руководства в этом плане нет. Они сидят тише воды ниже травы, сайт института сейчас жалкое подобие прежнего. Когда-то он был лучшим среди сайтов российских научных институтов. В целом ситуация не очень радужная: научное сообщество затихло — нет никакой полемики, обсуждения проектов каких-то, в наукограде Протвино практически перестал работать дом учёных в собственном смысле этого термина.

— Как я понимаю, кроме самого 21-километрового тоннеля успели также построить несколько ответвлений и какие-то дополнительные подземные помещения?

— Да, они для кабельного хозяйства, есть ответвления для перспективных каналов. Размах был широкий. В качестве расширения тоннеля на 50-метровой глубине был сделан один большой экспериментальный зал специально под российско-американский физический эксперимент «Нептун». Его объём составил около 10 тыс. кубометров. Когда работы в нём были окончены, шахтёры сыграли там в футбол с физиками.

— С учётом нынешней ситуации, в том числе и политической, туманными перспективами нашего будущего научного сотрудничества с Западом, есть ли какой-то смысл проект УНК как-то реанимировать по его прямому назначению?

— Сейчас, наверное, ни один физик не скажет, что в этом есть необходимость. До сих пор все наши физики «заряжены» на обработку данных, полученных в ходе экспериментов в БАК. Наши учёные по договорам получали доступ к большим массивам данных и часть их до сих пор находится в обработке. Думается, когда закончат с этими материалами, то будут, возможно, дальше участвовать уже в новых проектах ЦЕРНа.

— Такой грандиозный подземный объект как УНК после остановки работ и консервации привлекал немало разного рода сталкеров, диггеров и прочих искателей приключений. Насколько легко туда было проникнуть и как обстоит дело сейчас?

— Да, было слишком много точек входа на объект. Там же на всём протяжении кольца было несколько шахтных станций, через которые можно было спускаться в тоннель с поверхности, некоторые даже были оборудованы лифтами. Но в принципе и без них для диггеров это не такая проблема — спуститься на 40-60 метров. Когда такие посетители совсем уж зачастили, было принято решение закрыть и заварить лишние двери. Тем более, были и случаи хищений оборудования из некоторых наземных сооружений проекта УНК. В общем, эту проблему, можно сказать, решили.

— А что видели те, кто спускался в УНК? Там же один сплошной тёмный тоннель?

— Освещение как таковое там есть. Я с 2008 года в тоннеле не был и не знаю, как сейчас обстоят дела, но раньше с разрешения директора института его можно было включить во время экскурсий.