ДЦ-280 монтируется, АККУЛИНА-2 работает как швейцарские часы — программный комитет ОИЯИ  по ядерной физике


https://www.youtube.com/jinrtv

Фабрика сверхтяжелых элементов, которая строится в Лаборатории ядерных реакций  Объединенного института ядерных исследований с целью  синтеза новых химических элементов с атомными номерами 119 и выше, находится в стадии, когда идет сборка нового ускорителя и уже проводятся магнитные измерения в большом магните. Все оборудование, которое окружает циклотрон ДЦ-280, проходит стадии тестирования и запуска. Планируется в конце 2017 года  собрать  полностью весь ускоритель вместе с каналами вывода и начать  пуско-наладочные работы,  чтобы в следующем году запустить ускоритель и получить первый пучок.

Игорь Калагин,   начальник научно-технологического  отдела ускорителей ЛЯР ОИЯИ: «Мы смонтировали уже основу высоковольтной платформы. Сейчас начинается  монтаж элементов на этой платформе. Здесь установлены элементы  — фокусирующий соленоид и электростатический дефлектор для подвода пучка уже в центр ускорителя.  Мы сейчас элементы все юстируем (выравниваем) и дальше будем  собирать вакуумный объем. После этого можно будет поставить ЭЦР-источник,  который будет производить ионы и получать первые пучки  низкой энергии».

Позади — большая работа по сооружению фабрики и монтажу оборудования. Для нового ускорителя был построен  экспериментальный корпус. В сентябре 2016 года началась сборка дубненского циклотрона (ДЦ) 280. Уже в декабре  был закончен монтаж  магнита, выполнены работы по подготовке  системы магнитных измерений.  Полностью закончен монтаж системы водяного охлаждения, прошел стендовые испытания ионный источник.

На 46-й сессии Программно-консультативного комитета  по ядерной физике основное внимание  уделялось Фабрике  сверхтяжелых элементов – были доклады  о новом циклотроне,   об ионном источнике,  о сепараторе, мишенном и  детектирующем  блоках.

Андрей Попеко, заместитель директора Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ: «Создание фабрики сверхтяжелых элементов подходит к завершающей стадии, и как раз Программный комитет начинает дискутировать по разным системам. Обсуждаются возможные проблемы, достижения, что предстоит сделать.  Был доклад  по самому ускорителю, еще будет доклад по источнику ионов – это все ключевые элементы.  И, наконец, задача, которую предстоит решать впервые — это способность работать с пучками очень высокой интенсивности. Здесь своя специфика, потому что пучки очень сильно нагревают мишень. Даже слабенькие пучки могут нагревать  мишень до полутора тысяч градусов за несколько долей секунды, поэтому это все надо предусматривать в технических решениях. Нагревание мишеней — это не единственная проблема.  Поскольку эта работа с трансурановыми элементами,  надо их где-то достать. Производителей таких элементов всего два в мире – это Ок-Риджская лаборатория (США) и Димитровград. Дальше нужно иметь химические продукты  приготовления этих мишеней, наблюдение за их сохранностью в процессе эксперимента, радиационная безопасность. Все это очень высокорадиоактивные материалы.  И, наконец,  сепараторы  —  те установки, которые приводят к детекторам то,  что нужно, по возможности убирая все мешающее. Если не убрать пучок, то детектор тоже сгорит очень быстро. И дальше — детектор  — это хорошо сейчас развитая техника, я не думаю, что здесь будут проблемы. Новые разработки – это применение цифровой  электроники для более  надежного распознавания  сигналов, поскольку это позволяет описывать, анализировать форму сигнала. Всем этим мы сейчас и занимаемся».

Ускорительный комплекс на базе нового циклотрона ДЦ-280 с интенсивностью пучков тяжелых ионов, на порядок превышающей достигнутый на сегодня уровень, очень нужен физикам. Задача ускорителя – ускорять ионы  и доставлять пучки в экспериментальный зал, где будут стоять установки, на которых и будет проводиться синтез.  Сверху на магните  будет  установлен  ионный источник. Через магнит первичный пучок   пройдет в центр ускоряющей камеры, дальше  будет осуществляться ускорение.

Игорь Калагин,   начальник научно-технологического  отдела ускорителей ЛЯР ОИЯИ: «Источник  — по принципу электронно-циклотронного резонанса (сейчас очень широко применяется в мире). Этот источник способен давать очень высокие интенсивности ионов нужных нам элементов — практически всей Таблицы Менделеева».

Работать ускоритель будет в непрерывном режиме, то есть пучок из него непрерывно будет выходить. Скорость ионов  после ускорения  в 10 раз  меньше скорости света. Эти ионы потом попадают в мишень и производят реакции, которые запланировали  физики.

Тонкая мишень (мишенные материалы — из  трансурановых элементов) наносится  на тонкую, микронную, титановую фольгу, облучается пучком. При взаимодействии частицы пучка с ядром мишени они могут сливаться, образовывая уже составное ядро. Оно вылетает из мишени и попадает в сепарирующее устройство. Там, благодаря наличию магнитных полей, электрических полей, удается отделить эти продукты ядерных реакций от всех мешающих, и доставить  в детектор. В детекторе происходит анализ того, то получилось.

Игорь Калагин,   начальник научно-технологического  отдела ускорителей ЛЯР ОИЯИ: «В последние годы весь синтез, который  был успешно проведен, включая элемент оганесон, был сделан с использованием кальция 48. Это очень редкий изотоп, дорогостоящий, поэтому использовался ЭЦР-источник, чтобы мы минимально расходовали это вещество.  Сейчас уже научный интерес Лаборатории лежит в областях использования титана, например 50-го, хрома. Мы должны сделать новую технологию получения этих веществ с высокой эффективностью, чтобы тратить как можно меньше и получить интенсивности, достаточные для того, чтобы провести эксперименты быстро и получить много элементов новых. Поэтому мы с помощью этого  циклотрона пытаемся увеличить интенсивность эксперимента. Задача была поставлена  академиком Оганесяном  более семи лет назад и вот сейчас таким образом нами решается».

Все последние элементы Таблицы Менделеева были синтезированы на ускорителе У-400, где можно было получить одно событие в месяц. Но необходимо не только получать сверхтяжелые элементы, но и детально изучать ядерно-физические и химические свойства  ранее синтезированных сверхтяжелых элементов, А чтобы изучать свойства, нужно раз в сто увеличить количество этих ядер, это значит – увеличить интенсивность ускорителя в десять раз.

Игорь Калагин,   начальник научно-технологического  отдела ускорителей ЛЯР ОИЯИ: «Сейчас проблема в том, что у нас есть большие ускорители, но их интенсивности не хватает для того, чтобы работать с пучками, где очень редкие изотопы.  Физики сейчас просят, чтобы пучки этих протонов были как можно  более интенсивные, так как у них сечения реакций низкие, и необходимо набирать хорошую статистику по каждому событию. И вот для этого требуется очень высокие интенсивности.  Этот ускоритель новый способен  эти интенсивности обеспечить».

Проект  DRIBs-III  — ускорительный комплекс пучков ионов стабильных и радиоактивных нуклидов. Этот проект включает в себя не только эксперименты по синтезу новых сверхтяжелых элементов, но и так называемую легкую экзотику — проведение исследований по изучению структуры легких экзотических ядер.  Для этих целей в Лаборатории ядерных реакций в марте 2017 года осуществлен пуск нового фрагмент-сепаратора ACCULINNA-2.

Андрей Фомичев, начальник  сектора №6 Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ: «Сегодня на ПАКе будут представлены результаты первого теста этой установки, которая строилась на протяжении шести лет.  Приятно то, что ожидаемые параметры этой установки  очень хорошо  подтвердились. Мы получили радиоактивные пучки нужного качества и сейчас готовим программу исследований  с этими пучками. Видимо уже в этом году, в конце года, первые эксперименты начнутся и продолжатся в следующем году. Установка построена в содружестве с нашими коллаборантами (французская фирма SigmaPhi). Мы  достигли хороших параметров, хороших результатов, и надеемся, что эта коллаборация будет расширяться, и мы действительно будем получать результаты мирового уровня. Например, речь идет об амбициозной программе исследований по поиску экстремально нейтроноизбыточного ядра водорода 7.  Мы являемся соавторами  ряда работ по этой теме, знаем детали этого эксперимента. И сейчас с полной ответственностью готовимся на новом уровне получить эти результаты. Также у нас есть программа исследований нейтронодефицитных ядер.  Здесь надо отметить наших коллег из Варшавского университета  с их уникальной методикой (оптическая времяпролетная камера),  получен ряд важных результатов с этой методикой.  И мы надеемся, что этот метод также будет дальше развиваться. Следующая коллаборация – это Германия — одна из самых мощных коллабораций GSI. Мы вовлечены в проект FAIR. Методики, которые  там  используются, и у нас –  очень близкие. Часть оборудования уже привезли, оно тестируется, так что перспективы очень широкие. Это установка не одного дня. Мы надеемся, что на базе ACCULINNA-2, этого фрагмент-сепаратора, будет построен комплекс накопительных колец. Это сейчас бурно обсуждается. В течение этой 7-летки мы должны сделать технический проект. И, наверное, это будет  тоже один из мега-сайенс проектов, как NICA. Так что такие большие у нас  перспективные планы».

В ходе пуска фрагмент-сепаратора были экспериментально подтверждены проектные параметры установки. Источником первичных пучков большой интенсивности для  ACCULINNA-2 является ускоритель У-400М. «Экзотические состояния вещества, которые существуют в космосе, мы  пытаемся в Лаборатории получить и изучить», — говорят ученые.

Андрей Фомичев, начальник  сектора №6 Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ: «Наша установка состоит из  многих магнитных элементов, в сумме их 39, протяженность всей установки 53 метра.  Это ионная оптика, она работает очень чувствительно  к каждому из этих элементов, и нам нужно было получить параметры  вторичных пучков, их интенсивность, очистку, особенно профиль пучка, размер пучка во всех ключевых локальных плоскостях. Именно это в соответствии с расчетом у нас и подтвердилось. Мы получили нужного качества несколько  радиоактивных пучков, таких как гелий 6, гелий 8, литий 11, литий 9, бериллий 12, бериллий 14 – нейтроноизбыточные ядра и протоноизбыточные ядра. Очень важно – этот прибор работает как швейцарские часы. (Отклонение магнитного поля на 1-2% приводит к  катастрофическому  отклонению параметра). Так что здесь полная радость от того, что расчет очень хорошо воспроизводится на практике. Такой главный эмоциональный фактор всего коллектива, поскольку коллектив большой. И это было особенно приятно».

Итак, возрастает количество базовых установок в Лаборатории ядерных  реакций. ДЦ -280 — для нового научного комплекса по синтезу и изучению свойств новых элементов в области острова стабильности — фабрики сверхтяжелых элементов. ACCULINNA-2 — для исследований в области легких экзотических ядер вблизи границ нуклонной стабильности. Примечательно, что везде присутствует слово стабильность. И это очень важно, и при изготовлении новых установок, и при использовании, и при получении результатов, которыми на весь мир славится Лаборатория ядерных реакций. Имени Г.Н. Флерова.

Редактор портала: Инна ОРЛОВА
Видеограф: Евгений ГОРЯЧКИН

http://www.jinr.ru

http://www1.jinr.ru/News/Jinrnews_rus.html