Циклотроны ОИЯИ – Европейская конференция по физике и технологиям циклических ускорителей в Дубне


https://www.youtube.com/jinrtv

В Объединенном институте ядерных исследований создается первая в мире Фабрика сверхтяжелых элементов. В Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н. Флерова  завершились работы по созданию циклотронного комплекса ДЦ-280  — для проведения экспериментов по синтезу  сверхтяжелых элементов и изучению их химических свойств.  Запуск нового дубненского циклотрона намечен  на ноябрь 2018 года.  

А в сентябре в Объединенном институте ядерных исследований прошла Европейская конференция, посвященная физике и технологии циклотронов, прогрессу в развитии циклических ускорителей. Она привлекла внимание ведущих специалистов в этой области из Франции, Германии, Италии, Бельгии, Финляндии, Польши и других стран, причем не только европейских, но и  из Канады, Ирана, Казахстана. Они побывали в Лаборатории ядерных реакций, где новый циклотрон ДЦ-280 даст  возможность ученым синтезировать новые сверхтяжелые элементы. А первые эксперименты здесь будут проводиться по синтезу114-го элемента «Флеровия» и 115-го  «Московия».

Юрий Оганесян. Академик РАН, научный руководитель Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н. Флерова: «В ноябре будет первый пуск, мы надеемся, что уже в январе он выйдет на проектную мощность. Мы хотим поставить два эксперимента. Первый начнется в апреле будущего года и будет идти 50 дней. Это будут физические  свойства  сверхтяжелых элементов – одного из них, который нам хорошо известен, а вот теперь он должен получаться в 100 раз больше. А потом будет второй сверхтяжелый элемент, для которого делалась химия. Там было четыре события, сейчас должно быть 500.  Эти два эксперимента покажут, что такое Фабрика сверхтяжелых экспериментов.  Если это на самом деле будет, а мы очень надеемся, что это будет, то тогда мы можем пойти в далекое путешествие в очень редкие земли, которые нам были недоступны. А то, что уже было нам доступно, мы можем уже детально посмотреть на большом количестве событий и увидеть их детальные свойства».

В дальнейших планах – синтез 119-го, 120-го элементов. На циклотроне ДЦ-280 предстоит  широкий круг  экспериментов. Имеются 5 каналов транспортировки пучка на экспериментальные установки, размещенные в трех больших экспериментальных залах, там  и будет проводиться синтез.

В Лаборатории ядерных реакций работают два больших циклотрона -У-400 и У-400М.  Отличие ДЦ-280 от этих ускорителей заключается в том, что  интенсивность, которую  планируют получить на данном ускорителе,  будет примерно в 10 раз  выше, а значит, будут более эффективными эксперименты.

Игорь Калагин, начальник научно-технологического отдела ускорителей ЛЯР ОИЯИ: «Он должен отличаться интенсивностью ускоренных ионов. Мы сравниваем его с нашим циклотроном У-400, который много лет работает на программу синтеза сверхтяжелых элементов. Интенсивность была средняя около  одного патикал/микроампера. Сейчас мы  хотим иметь 10 патикал/микроампер. Это и есть основное отличие. Есть, конечно, и другие отличия – такие, как качество пучка, который будет транспортироваться в мишень. Это сейчас важно для современных установок, современных сепараторов».

Участники конференции обменялись идеями о новых технологиях,  об использовании циклотронов для фундаментальных и прикладных исследований.  Среди  участников были представители INFN — Национального института ядерной физики  Италии.

Mario Maggiore, INFN-LNL, Itali: «На меня очень большое впечатление произвела эта Лаборатория, величественное здание. Мои поздравления дубненским ученым за их научные достижения.  Установка очень впечатляет. Надеюсь, на ней будут проводиться отличные эксперименты и исследования. В INFN у нас есть два типа циклотронов. Один  установлен на юге Италии, другой на севере Италии — в ядерной лаборатории, в которой я являюсь ответственным за циклотрон. Он поменьше, чем дубненский, мы используем его для ядерно-физических исследований и в прикладных целях для получения новых изотопов и как источник нейтронов. Мы очень рады побывать здесь, принять участие в этой конференции. Это Европейское совещание очень важное для ученых, которые работают на циклотронах. Мы делимся на таких мероприятиях информацией, обсуждаем проблемы, хочется выразить благодарность оргкомитету за такую прекрасную организацию, за место проведения и отличную погоду».

Antonini Piergiorgio, INFN-LNL, Itali: «У меня очень хорошее впечатление от конференции, на которой мы могли обменяться знаниями и опытом с коллегами из Дубны, со специалистами из Европы и не только из Европы. У нас чрезвычайно позитивный настрой. Сейчас я на экскурсии в Лаборатории ядерных реакций, и мне здесь очень нравится. Здесь есть и  старые проверенные временем технологии, и новые. Для меня это очень хороший опыт. В Дубне я первый раз. Надеюсь,  скоро смогу еще сюда приехать.  Я работаю на циклотроне в Италии, который достаточно новый. На конференции мы поделились  нашими наработками, заинтересовались технологиями, которые использованы здесь и которых у нас еще нет».

Андрей Попеко, заместитель директора Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова: «Если говорить о Европе,  то практически в каждой стране такой ускоритель существует. Эта конференция 41-я по счету, Дубна ее принимает во второй раз. Приезжают люди, которые  реально работают с этими ускорителями».

Виктор Матвеев, академик РАН, директор Объединенного института ядерных исследований: «Выбор Дубны для проведения этого совещания связан с тем прогрессом, который в последние годы демонстрирует наш Институт, в частности в работах по созданию базовых установок для решения задач синтеза и исследования свойств сверхтяжелых элементов. Мы готовимся в конце этого года  запустить уникальный комплекс  — Фабрику сверхтяжелых элементов. История ядерной физики показывает, что ее достижения в значительной степени  связаны с тем прогрессом, который наблюдается в физике и технике ускорителей.  В следующем году исполнится 70 лет запуску синхроциклотрона Лаборатории ядерных проблем имени В.П. Джелепова. В этом году мы празднуем 50-летие со дня запуска   созданного силами дубненцев уникального циклотрона У-200, который принес интересные результаты.  Через два года будем праздновать 60-летие  циклотрона У-300».

Первый в Европе циклотрон был запущен в Радиевом институте в Ленинграде в 1937 году. Первый синхроциклотрон в Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ начал работать в 1949 году. В Лаборатории ядерных реакций  первым циклотроном стал У-300. Объединенный институт в настоящее время является признанным лидером в разработке этого типа ускорителей.

Борис Гикал, главный инженер Объединенного института ядерных исследований: «История создания циклотронов очень богатая, она началась с первого циклотрона У-300, который был запущен в 1957 году. Он был построен в Петербурге. Это была первая машина, которая была поставлена в наш Институт, и лидером этого проекта со стороны нашего Института  был Юрий Цолакович Оганесян. Машина была чрезвычайно успешная, она показала новый путь – как можно использовать тяжелые ионы для изучения физики тяжелых ионов. И она стала базовой  для того, чтобы создать школу – школу,  которая стала нашей  собственной  по созданию циклотронов.  Впоследствии  были созданы такие циклотроны, как У-200. Сегодня на конференции об этом шла речь.    Потом построены  уже такие машины крупные, которые весят примерно 2 тысячи тонн. Они потребляют  более мегаватта мощности – это У-400, У-400М. Сейчас в стадии и запуска  новая машина ДЦ-280 – это флагманский проект, который служит для того, чтобы  продолжить изучение физики тяжелых ионов в  области синтеза и изучения свойств  новых сверхтяжелых элементов».

Создание ускорителя ДЦ-280 проходит  в рамках проекта DRIBsIII — дубненские пучки радиоактивных ионов (Dubna Radioactive Ion Beams).

Игорь Калагин,   начальник научно-технологического  отдела ускорителей ЛЯР ОИЯИ: «Это дальнейшее развитие циклотронного комплекса нашей Лаборатории.  Основная задача – создание Фабрики сверхтяжелых элементов, запуск ее в этом году и получение в следующем году уже первых тестовых результатов. Также у нас есть большая программа по модернизации существующего ускорителя У-400 М.  Это будет примерно в конце следующего года.  (Модернизация ожидается в течение года). А следующим этапом рассматривается модернизация циклотрона У-400 – повышение интенсивности пучков из этого циклотрона, а также создание нового экспериментального зала для этого циклотрона.  Мы будем существенно расширять экспериментальные площадки для этой машины».

Борис Гикал, главный инженер Объединенного института ядерных исследований: «Кроме того, в Лаборатории развиваются очень активно прикладные исследования. И тоже они базируются на ускорителях тяжелых ионов – циклотронах прежде всего. В Лаборатории создан ускоритель  ДЦ-60, который поставлен в Казахстан, он работает при научном центре Университета имени Гумилева.  Построены другие машины. Одна их таких машин находится в Дубне – это ДЦ-110. Это сугубо промышленная машина. Она сделана так, чтобы ей мог управлять любой инженер, который даже не имеет специального образования в области  ускорительной техники. Это машина с большой степенью автоматизации процесса.  В Лаборатории существует  еще маленькая машина – ИЦ-100 . Это интересная машина. Она в себя вобрала самые передовые методы, которые существуют в ускорительной технике.  В том числе был создан первый у нас в стране сверхпроводящий источник электрон-циклотронного резонанса (ЭЦР- источник). Он успешно работает до сегодняшнего дня и является флагманской машиной  для всей серии  прикладных машин».

Виктор Матвеев, академик РАН, директор Объединенного  института ядерных исследований: «Дубна вовлечена в разработку и производство циклотронов для медицины — для протонной терапии. Реализуется проект, в котором мы участвуем вместе с нашими коллегами  в Китае – по сверхпроводящему  медицинскому  циклотрону».

Циклотрон – это резонансный циклический ускоритель нерелятивистских тяжёлых заряженных частиц (протонов, ионов),  в котором частицы двигаются в постоянном и однородном магнитном поле, а для их ускорения используется высокочастотное электрическое поле неизменной частоты.

Борис Гикал, главный инженер Объединенного института ядерных исследований: «Заряженные частицы в нашем понимании – это ион, то есть ядро, вокруг которого крутится несколько электронов, но не полностью оболочки заполнены, поэтому он обладает положительным зарядом.  Эти заряженные частицы попадают в ускоритель, где электрическим полем  он ускоряется  до энергии примерно в 5-6 МэВ на нуклон. Вот эти частицы, которые имеют  скорость примерно 1/10 скорости света, попадают в мишень, где вступают в реакцию с ядрами мишени, и происходит ядерная реакция, которую мы потом изучаем  на сепараторах».

Андрей ПОПЕКО, заместитель директора Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ: «Сейчас новое направление, которое было начато в Дубне –  это применение пучков, получаемых на ускорителях, для лечения  онкологических заболеваний. Первая клиника была и существует у нас в Дубне на базе синхроциклотрона. Наш синхроциклотрон — это 1949 год запуска, он прекрасно работает до сих пор.  Сейчас новее поколение  циклотронов – они все более активно развиваются. Это сверхпроводящие ускорители  (там сверхпроводящая обмотка и сверхпроводящие резонаторы). Несколько докладов будет интересно послушать, потому что в Дубне такой ускоритель создавался для  специализированного онкологического центра в  Димитровграде. Это проект совместный с бельгийской фирмой IBA.   Они частично спонсировали нашу конференцию».

Не только всемирно известные научные центры представлены участниками конференции – INFN, GANIL,  Центр в Юлихе, Германия, но и такие коммерческие структуры, как компании IBA, SIGMAPHI — партнеры, которые поставляют  оборудование,  разработанное совместно со специалистами ОИЯИ.

Андрей ПОПЕКО, заместитель директора Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ: «SIGMAPHI  присутствует. С ними очень давние отношение, они строят очень много техники — магнитной  в том числе. Они делали и для газонаполненного сепаратора для ДЦ-280.  Сепаратор  смонтирован и готовится  к наладке. После этой конференции мы начнем  ее включать».

Поступающие  из ускорителя ДЦ-280 ионные пучки  сепаратор будет приводить к детекторам, по возможности убирая все мешающее. Благодаря наличию магнитных полей, электрических полей в сепарирующем устройстве  продукты ядерных реакций отделяются от всех мешающих.    К концу года газонаполненный сепаратор будет готов  для начала тестовых экспериментов.

Новый сепаратор  будет отличаться  от газонаполненного сепаратора на У-400 по общему выходу ядер в единицу времени в три раза.  Поскольку интенсивность на новом ускорителе ожидается выше  в 10 раз, за счет большей эффективности сепаратора выход ядер может быть  по сравнению со старым сепаратором увеличиться в 30 раз.

Андрей ПОПЕКО, заместитель директора Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ: «И они же (SIGMAPHI) сделали сепаратор для ACCULINNA-2 — для экзотических легких ядер. Он работает. С ними приятно работать, мы понимаем друг друга с полуслова».

Проект  DRIBs-III  — ускорительный комплекс пучков ионов стабильных и радиоактивных нуклидов 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.

Фрагмент-сепаратор ACCULINNA-2 работает полтора года. Реализация данного проекта велась сотрудниками Лаборатории ядерных реакций  совместно с французской компанией SIGMAPHI. Новый сепаратор ACCULINNA-2 является основой исследований в области легких экзотических ядер вблизи границ нуклонной стабильности. С этой установкой также  ознакомились участники конференции во время экскурсии в Лабораторию ядерных реакций имени Г.Н. Флерова.

А новый циклотрон  — ускоритель ДЦ-280  будет действительно фабрикой с большой скоростью наработки сверхтяжелых элементов — на один эксперимент эта машина сможет работать полгода.

Юрий Оганесян, академик РАН, научный руководитель Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н. Флерова: «Сейчас немного возбужденное состояние у всех людей, пять лет  прошло  с того момента, когда решили это делать. За пять лет это все сооружено, потому я бы сказал – такое хорошее волнение. Все получится, я думаю».

Научно-информационный отдел ОИЯИ, 2018

Редактор портала: Инна ОРЛОВА
Видео: Евгений ГОРЯЧКИН

http://www.jinr.ru

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