В 2003-2015 годах ООО «Нева-Магнит» по договору с Объединенным Институтом Ядерной Физики (г. Дубна) принимало участие в международном проекте FAIR (Darmstadt, Germany).
В рамках этого проекта создается накопительное кольцо HESR (High Energy Storage Ring) для антипротонов на энергию до 15 ГэВ/с. В планируемых экспериментах по изучению структуры адронов и спектроскопии гиперядерных столкновений предполагается использование многоцелевого детектора, разрабатываемого международной коллаборацией PANDA (Proton Antiproton Detector Array).
Основным элементом данного детектора является сверхпроводящий соленоид, который характеризуется теплым отверстием диаметром 1,9 m, величиной поля в рабочей области 2 Т и запасенной энергией 21 МДж. Так как PANDA является экспериментом с фиксированным положением мишени, основной технической задачей при создании магнита являлось размещение вертикальной теплой трубы мишени в точке взаимодействия, расположенной на 1/3 длины сверхпроводящей катушки соленоида.
В области, занятой центральным трекером, существуют жесткие требования к однородности магнитного поля. Абсолютная величина поля не должна изменяться более чем на 2% от номинального поля 2 T по всей области трекера. Кроме того, радиальная составляющая магнитного поля Br должна быть столь малой, что любой интеграл вдоль оси z по направлению к плоскости считывания трекера, расположенной на расстоянии z = -400 мм, был бы меньше 2 мм.
Магнит PANDA состоит из криостата со сверхпроводящей обмоткой и магнитопровода. Магнитопровод магнита, в свою очередь, включает в себя следующие основные узлы:
• «бочку» магнитопровода, образованную восьмью модулями (балками)
• две торцевые крышки (двери), каждая из которых состоит из двух створок
• две пространственные фермы обвязки
• две балки платформы магнита
В апертуре криостата размещены внутренние детекторы, создающие весовую нагрузку на внутренней обечайке криостата, передаваемую далее на узлы его крепления на наклонных балках магнитопровода. В зазорах между листами балок бочки и одной из дверей магнитопровода устанавливаются панели мюонных детекторов. Общая масса собранного магнита составляет 340 ton. Собранный детектор рассчитан на перемещение по рельсовому пути со сборочной площадки в рабочее положение на пучке ускорителя и, при необходимости, обратно, в парковую позицию, для технического обслуживания.
Сверхпроводящая катушка соленоида намотана NbTi кабелем в матрице из алюминия чистотой 99.998% и RRR>1000. Холодная масса криостата со сверхпроводящей обмоткой окружена термическим экраном и подвешена на тягах, изготовленных из материала с низкой теплопроводностью.
Контрольный дьюар расположен на верхней платформе магнита. Он является функциональным узлом криогенной системы и предназначен для поддержания требуемых параметров жидкого и газообразного гелия (скорость потока, давление, температура) в различных режимах работы магнита и обеспечения охлаждения токовводов.
Соединительные трубопроводы и токовые шинопроводы от контрольного дьюара к криостату проходят через соединительный патрубок, расположенный в пазу на заднем конце верхней балки магнитопровода. В нижней части соединительного патрубка расположена интерфейсная коробка, предназначенная для соединений криогенных трубопроводов и токовых шин от криостата и контрольного дьюара.
Метод охлаждения, выбранный для сверхпроводящей катушки PANDA, основан на естественной конвекции потока жидкого гелия. Это саморегулируемая система циркуляции теплового потока. Жидкий гелий из нижней части сосуда в контрольном дьюаре подается сначала в коллектор в нижней части опорного цилиндра. Затем нагретый в трубах теплообменника на поверхности опорного цилиндра (типа «rib cage») двухфазный гелий из верхнего коллектора возвращается в верхнюю часть сосуда контрольного дьюара, откуда пар уходит в линию обратного потока рефрижератора.
Тепловые экраны соленоида охлаждаются газообразным гелием, который проходит через трубы теплообменника серпантинного типа. Поток гелия покидает ожижитель при температуре 40 K и возвращается туда после тепловых экранов при температуре 80 K.
Холодная масса криостата подвешена на четырех вертикальных стержнях. Восемь горизонтальных стержней радиальной подвески фиксируют холодную массу от смещения под действием децентрирующих магнитных сил и сейсмических нагрузок в поперечном направлении.
Восемь аксиальных стержней подвески удерживают холодную массу от смещений под действием децентрирующих магнитных сил, как в направлении криогенного ввода, так и в противоположном направлении, а также от сейсмических нагрузок, действующих в осевом направлении. Все тяги изготовлены из высокопрочного сплава Inconel 718.
Чтобы уменьшить изгибные напряжения в стержнях, когда они работают в холодном состоянии, они должны быть предварительно изогнуты в теплом состоянии. Это целесообразно сделать для горизонтальных стержней радиальной подвески после установки холодной массы внутри криостата. Процедура предварительного изгиба будет выполняться путем вращения эксцентриков в оголовках стержней подвески.
В 2016 году согласно договору с ОИЯИ закончена разработка Технического проекта магнита «PANDA» (магнитопровод, криостат, система охлаждения). Документация передана изготовителю магнита PANDA - Институту Ядерной Физики СО РАН.