Весьма сложным было сооружение крупнейшего в мире кольцевого ускорителя протонов — синхрофазотрона на энергию 50—60 Гэв. Требовалось, во-первых, строить этот грандиозный научно-исследовательский комплекс в глубине страны; во-вторых, опоры кольцевого магнита практически не должны были давать осадку (ученые допускали осадку всего лишь в 0,2 мм при весе магнита около 20 тыс. т). Это требование предопределило расположение всего сооружения — а диаметр его равнялся 472 м — на прочных скальных коренных породах.
Все наши попытки подобрать площадку в районах Урала или Сибири (не говоря уже о Средней Азии) оказались безуспешными, потому что выходы коренных скальных пород оказывались в сейсмических районах (как правило, не менее 4 баллов). А это недопустимо для объекта, требующего точнейшей постоянной фиксации оси вакуумной камеры. В конце концов сложилось убеждение, что площадку надо искать не в скальных, а в районах, сложенных осадочными каменными породами, и прежде всего прочными известняками. После внимательного изучения геологической карты и сравнения ряда вариантов выбрали приокские районы, в частности окрестности Серпухова. Правда, мы не выполняли первое условие — подальше от Москвы. Но определяющим было все-таки второе — безосадочность опор.
После внимательного рассмотрения правительством всех материалов в 1958 г. был принят Серпуховский вариант. Строительство возглавил Михаил Михайлович Царевский, которого в дальнейшем (из-за болезни М. М. Царевского) заменил Станислав Филиппович Мальцев.
Одновременно с подготовительными работами — строительство железной и автомобильной дорог, производственных предприятий — мы развернули широкие геологические исследования для уточнения наивыгоднейшего положения синхрофазотрона, так как знали, что в этом районе, как, впрочем, и во всех зонах известняковых отложений, имеются поверхностные карстовые отложения. В результате удалось разместить все магнитное кольцо и его опоры на местности с минимальным числом карстовых воронок и трещин.
Правда, полностью избежать их не удалось. Закарстованность известняков была весьма неравномерной как по площади, так и в вертикальном разрезе. На площади в 4 кв. км было зафиксировано 55 карстовых воронок. Выбор первоначального местоположения кольца ускорителя производился в основном в зависимости от поверхностных форм карста: кольцо было расположено вне таких карстовых воронок. Однако при выборе проектного (окончательного) местоположения кольца ускорителя были учтены и подземные формы карста — ослабленные трещиноватые зоны в толще известняков.
Большинство таких крупных трещиноватых зон (10 из 14) было сосредоточено в южной половине кольца (см. схему). В северной же половине кольца преобладали в основном мелкие и средние трещиноватые зоны длиной от 5 до 20—25 м, шириной 5—15 м. Степень разрушенности известняков в этих зонах была вдвое меньше.
На основании карты трещиноватых зон центр кольцевого фундамента переместили к северо-западу на 28,7 м. Такое смещение позволяло более рационально расположить кольцевой фундамент основного сооружения. Всего на участки трещиноватых зон приходится 140 м, что составляет лишь 9,4% всей длины кольца.
Схема расположения оси фундамента кольцевого зала по отношению к карстовым явлениям на площадке ускорителя
Следует заметить, что проведенные геофизические исследования в связи с уточнением положения Серпуховского ускорителя являются совершенно уникальными по своей глубине и тщательности.
Закарстованные участки в основании кольцевого и экспериментального залов ускорителя не представляли собой свободных пустот в грунте, а, как правило, были заполнены теми или иными видами разборных пород. Поэтому вначале предполагалось укреплять эти участки путем их цементации. Однако при тщательной проработке связанных с этим гидрогеологических вопросов обратили внимание на то, что сама по себе цементация в конкретных условиях данной площадки вела лишь к омоноличиванию небольшого объема породы, но не улучшала практически прочность основания. Кроме того, искусственное омоноличивание сопровождалось и некоторыми отрицательными явлениями: появлялась физическая неоднородность основания, ухудшалась возможность дренажа вод по трещинам, нарушался природный температурный и гидрогеологический режим и т. д.
В результате тщательного анализа, сопровождавшегося большими натурными исследованиями, было признано целесообразным не нарушать существующего природного равновесия основания и посадить фундаменты ускорителя без ранее намечавшейся цементации трещиноватых зон известняков. Впоследствии опыт эксплуатации ускорителя подтвердил безусловную правильность такого решения.