Как запускают циклотрон – в ОИЯИ открыли Фабрику сверхтяжелых элементов


https://www.youtube.com/jinrtv

Сергей Дмитриев, директор Лаборатории ядерных реакций: «Уважаемые коллеги на пульте, вы готовы  к запуску? Команду даст директор ОИЯИ».

Виктор Матвеев, академик РАН директор ОИЯИ: « Циклотрон ДЦ-280 запустить в работу!»

Запуск нового циклотрона ДЦ-280 —  основной базовой установки Фабрики сверхтяжелых элементов ОИЯИ — состоялся в режиме видеосвязи с пультовой ускорителя. Руководил процессом запуска  из  конференц-зала Лаборатории ядерных реакций Сергей Николаевич Дмитриев, директор Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова.

25 марта, накануне Дня рождения ОИЯИ, как только завершилась сессия Комитета Полномочных Представителей правительств государств-членов Объединенного института ядерных исследований, члены Комитета вместе с сотрудниками Лаборатории стали свидетелями исторического события.

За пультом: «Запускаем циклотрон, начинаем включать ЭЦР-источник. Ток из ЭЦР-источника — 49 микроампер».

Сергей Дмитриев: «Мы видим прохождение пучка от ЭЦР-источника до вертикальной инжекции циклотрона. На каждом отрезке мы фиксируем все параметры, включая ток. Сейчас ток 48 микроампер. Продолжайте ускорение».

За пультом: «Продолжаем трассировку по каналу  аксиальной инжекции. Ток перед системой поворота 34 микроампера».

Сергей Дмитриев: «Мы видим канал аксиальной и вертикальной инжекции до инфлектора захвата пучка ускорения внутри камеры.  Пучок — ток  28 микроампер. Начинайте ускорение».

За пультом:  «Инжектируем пучок в циклотрон. Ток пучка на первых орбитах на радиусе 30 см составляет 22, 2 микроампера».

Сергей Дмитриев:  «Это уже внутри камеры».

Вот уже пройден путь пучка  от ЭЦР-источника,  вертикального инжектора в вакуумную камеру. Дана команда — приступить к выводу пучка.

За пультом: «Ускоряем пучок внутри циклотрона, пучок на радиусе вывода составляет 15, 1 микроампера, начинаем вывод пучка  из циклотрона.  Ток пучка  на выводе 11, 8 микроампер».

Сергей Дмитриев: «Вы видите, что  это пока более 30%, при отладке это будет 50% эффективности. Покажите пучок на люминофоре.

За пультом: « Понижаем интенсивность, чтобы показать пучок на люминофоре. Пучок на люминофоре».

Сергей Дмитриев: «Мы видим пучок. Коллеги, пучок выведен, находится в точке люминофора перед раздаточным магнитом. Дальнейший путь в зал, где будет уже новый газонаполенный сепаратор. Ускоритель запущен!»

С запуском ускорителя Лабораторию ядерных реакций и весь Институт поздравил председатель Комитета полномочных представителей ОИЯИ министр науки и высшего образования РФ Михаил Котюков. «Это сплав науки, инженерной мысли и самых передовых технологий в мире, — так охарактеризовал он новый дубненский циклотрон ДЦ-280. —  Все это стало возможным  благодаря сплоченной команде ученых и специалистов. Интерес к тому, что будет происходить в Дубне, с каждым годом будет только нарастать».

Михаил Котюков,  министр науки и высшего образования Российской Федерации: «Этот проект очень много значит не только для России, но и для общемировой науки. Это первый такого уровня прибор  в мире для синтеза новых элементов Таблицы Менделеева. В этом году мы отмечаем 150 лет со Дня рождения Д.И. Менделеева. Как раз эта Фабрика должна позволить нам синтезировать новые элементы с еще большей интенсивностью уже на базе тех технологий, которые были отработаны здесь, в Дубне. Фабрика сверхтяжелых элементов позволит нам развивать  те преимущества, которые у нас есть, и внести очень существенный вклад в задачи обеспечения  лидерства российской науки  в общемировой науке и входить России в пятерку  наиболее развитых научно-технологических держав мира».

Министр науки и высшего образования Михаил  Котюков вместе с директором ОИЯИ академиком Виктором Матвеевым,  полномочным представителем Болгарии профессором Лачезаром Костовым, руководившим работой Комитета полномочных представителей ОИЯИ в годы строительства Фабрики сверхтяжелых элементов, а также с директором Департамента научной политики ЮНЕСКО Пегги Эфуа Оти-Боатенг и президентом Совета ЦЕРН Урсулой Басслер приняли участие в  открытии  Фабрики сверхтяжелых элементов.  Они перерезали ленточку  у нового экспериментального корпуса. Символично, что запуск Фабрики сверхтяжелых элементов осуществляется в год, объявленный Генеральной Ассамблеей ООН и ЮНЕСКО годом Периодической таблицы химических элеметов.

Виктор Матвеев, академик РАН, директор Объединенного института ядерных исследований: «Сегодня Таблица химических элементов насчитывает 118 элементов, из них силами ученых нашего Института открыто 10 новых элементов, за последние годы —  5, но самых тяжелых, которые заполнили 8-й период Таблицы Менделеева. Это огромный успех нашего Института, нашего многонационального коллектива и тех людей, которые стояли у истоков этих исследований – академика Флёрова, сейчас возглавляет исследования академик Оганесян. Мы чрезвычайно благодарны, низко кланяемся коллективу Лаборатории ядерных реакций, которые такие исследования проводят и создали новый инструмент — первую в мире Фабрику сверхтяжелых элементов, сердцем которой является  уникальный мощный  циклотрон ДЦ-280».

Сергей Дмитриев, директор Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова: «Очень знаменательное событие для всего нашего Института и для нашей Лаборатории. За многие годы впервые вводится крупнейший объект – это новый  экспериментальный корпус, у которого мы стоим, и самое главное сердце Фабрики сверхтяжелых элементов – новый ускоритель  ДЦ-280. По своим параметрам, по интенсивности он превосходит все, что сегодня есть в других мировых центрах в этой области и по меньшей мере в 10 раз превосходит то, что мы имеем сегодня в нашей Лаборатории. Это открывает новые возможности  и в синтезе новых элементов, и в изучении их свойств, а это  одни из самых фундаментальных вопросов.  Мы сегодня празднуем  Международный год Периодической таблицы химических элементов. В ней 118 элементов, но кто сказал, что это предел, наша задача – синтез 119, 120 и т.д. А вот где предел Периодической таблицы? Такие комплексы создаются минимум на 20 лет. Это означает, что у наших молодых коллег, по меньшей мере, на 20 лет вперед определена не только научная программа, но и создана экспериментальная база, чтобы ее реализовывать».

При запуске ускорителя уже нельзя находиться в зале установки. Гости побывали здесь перед  самым запуском циклотрона, ДЦ-280 – это результат работы стран-участниц ОИЯИ. Многие страны внесли свою лепту в этот проект:  Болгария –  это диагностика пучков ускорителя, Польша – форвакуумное оборудование,  Россия – высокочастотные резонаторы, Румыния – магнитные системы проводки пучка. Словакия – системы электропитания, Украина – основной магнит ускорителя весом 1000 тонн, Чехия – высоковакуумное оборудование.

Об этом рассказал научный руководитель Лаборатории академик

Юрий Цолакович  Оганесян, выступая с докладом об истории синтеза сверхтяжелых элементов и перспективах, отрывающихся в связи с пуском Фабрики сверхтяжелых элементов. Циклотрон ДЦ-280 принял эстафету от ускорителя У-400, на котором были синтезированы  новые сверхтяжелые элементы вплоть до 118-го — «Оганесона».

Юрий Оганесян, академик РАН, научный руководитель Лаборатории ядерных реакций им.Г.Н. Флерова: «Чтобы это исследовать теми средствами, которыми мы обладали, которые привели к открытию сверхтяжелых элементов, этого уже было не достаточно. Было сложно морально – то, что тебе дало результат, уйти от этого  и начать делать все снова. Но варианта другого нет. Несмотря на то, что это все были мировые рекорды у нас.  Эти рекорд,  в общем-то, не годились, чтобы идти вперед. Поэтому мы решили сделать этот шаг. С пуском Фабрики сверхтяжелых элементов  мы надеемся увеличить чувствительность экспериментов почти в 100 раз по сравнению с мировыми аналогами. Чтобы увеличить чувствительность эксперимента почти в 100 раз, и остановили эксперименты, чтобы целиком заняться новым комплексом.

Эта машина компактная, но очень мощная, она ускоряет практически всю таблицу Менделеева. Она имеет энергию 4-8 МэВ на нуклон, которая дает возможность получать ядерные реакции, иметь ядерные превращения, интенсивность пучка СА-48 —  10 микроампер/частиц, Чтобы сравнить – все машины в мире не могут поднять выше одного.

Нет мирового аналога. Автор проекта и руководитель работ по созданию ускорителей тяжелых ионов нового поколения — Георгий Герасимович Гульбекян – это его идея, это его реализация, как сделать эту машину. Эта машина как человек – у нее есть сердце, ионный источник —  Сергей Богомолов, у не сеть скелет – конструктор Николай Осипов, у него есть мозг – Сергей Пащенко – электроника, у нее есть руки – Игорь Калагин, у не есть разум — Борис Гикал. Они сделали это дитя, они уйдут, придут молодые люди, которые 20 лет будут работать на этой машине. Мы хотим вам подарить таблицу Менделеева. Вы  повесите к себе на пульт, это икона химиков, и молитесь на нее».

Пегги Эфуа Оти-Боатенг, директор Департамента научной политики  ЮНЕСКО: «Сегодня день, когда наука празднует победу. Мы рады, что ЮНЕСКО стала тоже участницей этого исторического события. Через 30, 50 лет история вашей науки будет продолжаться, и в летописи будет упоминаться, что ЮНЕСКО тоже была здесь. Это блестящая наука, и я надеюсь, что она станет доступной и в других частях света. Особенно в малоразвитых странах, в возрождающейся Африке. Я бы хотела больше видеть женщин, занимающихся наукой, больше международных организаций. Хочу поздравить всех вас с такой огромной работой на благо молодежи и в будущем — для детей наших детей».

В ОИЯИ могут быть созданы крупные ядерно-физические комплексы на уровне высоких мировых стандартов, — сказал академик Оганесян. —

Фабрика сверхтяжелых элементов является одним из них. К созданию Фабрики сверхтяжелых элементов проявляет большой интерес ядерно-физическое сообщество,

Сергей Дмитриев, директор Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова: «Мы будем синтезировать 119 элемент. Мы используем уникальнейшую мишень берклия. У берклия 97 протонов будем облучать титаном, у титана 22 протона. 22+97 получаете 119 элемент. Но чтобы эти два ядра слились, вы должны преодолеть кулоновский барьер (плюс на плюс есть отталкивание) Здесь 97, здесь 22 – очень большая кулоновская сила, поэтому мы разгоняем титан на 1/10 скорости света, чтобы у него энергия была выше кулоновского барьера, чтобы два ядра столкнулись. Дальше идут чудеса. Когда мы говорим сечение 10 в минус 36-й  —  это один пикобар, это значит должно произойти 10 в 36-й  столкновений двух ядер, чтобы получился новый элемент.  Наш ускоритель будет давать, по меньшей мере, 10 в 14-й ионов, и мишень нам даст порядка 10 в 18-й. 10 в 14-й и 10 в 18-й – это 32 . Это все равно 32. Значит, нам нужно облучить как минимум  10 в 6-й, а реально  5 на 10 в 6-й секунд, чтобы получить столько столкновений, чтобы произошло одно событие рождения нового ядра. Для этого нам нужны высокие интенсивности, для этого нам нужны высокие энергии пучка.

Пробные эксперименты начнутся до лета, а реальные эксперименты уже в конце осени».

Монтаж циклотрона ДЦ-280 шел на протяжении нескольких лет.

Андрей Попеко, заместитель директора Лаборатории ядерных реакций им.Г.Н. Флёрова: «Ускоритель – это довольно сложное электротехническое устройство.  Поскольку нейтральные частицы ускорять нельзя, частицы нужно ионизировать – это первая стадия. Для этого частицу  надо вывести  из источника ионов. Потом следует довольно длинная  магистраль, по которой эти частицы  нужно провести в  центр камеры ускорителя. В центр  пройти не так трудно, а вот то, что они дошли до конечного радиуса, то есть цикл ускорения был завершен – вот это очень важный тест.  Правильность конструирования, правильность формирования магнитного поля – вот это было 26 декабря.   Там не важно – большая интенсивность, маленькая интенсивность получена, главное, что пучок  дошел до  конечного радиуса. Ну и следующий  успех  — это частицу  удалось из этого радиуса проектного  вывести наружу и подать в канал, который ведет пучок уже прямо   к экспериментальным установкам. К установкам пока еще не подавали, там не готова эта часть, а наружу уже пучок вывели. Можно говорить – пошел пучок».

Когда все готовились к встрече Нового 2019 года – в Лаборатории ядерных реакций готовились к тестовому пуску циклотрона. 26 декабря был получен первый пучок  внутри циклотрона.

Игорь Калагин,   начальник научно-технологического  отдела ускорителей ЛЯР ОИЯИ: «Это было утром, начали мы с восьми часов. Были проблемы, у нас даже была сначала на инфлекторе неправильная полярность,  мы разобрались.  В 10 часов 31 минуту мы увидели  уже внутри  ускорителя ускоренный пучок — один наноампер, потом  уже достаточно быстро этот ток стали увеличивать. И вот, уже наши молодые  кадры  подхватили эту работу, и к обеду ток  внутри уже измерялся  в микроамперах. Нам удалось  все системы  запустить одновременно и получить пучок внутри ускорителя.  Единственное, что мы не смогли сделать 26 декабря – это вывести пучок, потому что одна из систем дала сбой на выводе. Мы продолжили работу уже после новогодних каникул — наладили систему и вывели пучок 17 января.  Так что у нас  уже полностью работающий ускоритель с выведенным пучком. Интенсивности его измеряются  в микроамперах.  Первая частица была криптон – очень хорошая частица, потому что от нее невысокая наведенная активность — немного нейтронов, и не активируется оборудование, поэтому мы сейчас  можем здесь находиться безопасно (уровни низкие), но следующие частицы будут  более легкие, и фоны будут более серьезные — аргон, углерод — это уже будут другие условия».

Новому циклотрону — новый сепаратор.

Андрей Попеко, заместитель директора Лаборатории ядерных реакций им.Г.Н. Флёрова:  «Сепаратор смонтирован полностью – системы питания, управления, сама магнитная система – это половина сепаратора по объему, потому что пучок надо проводить, пучок нужно очень точно формировать,  он должен иметь определенные размеры, конкретно заданную угловую расходимость пучка. Должен быть обеспечен замер интенсивности, определено —  правильно ли выбрана энергия. Дальше пучок поступает на мишень, в мишени проходят реакции. Ну а дальше сепаратор должен отделить непрореагировавший пучок, увести его в сторону и послать  его на поглощение, на стоппер, а продукты ядерных реакций отводятся  на детектирующую систему, где происходит идентификация».

Владимир Утенков,  начальник сектора №1 Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ: «Это новый сепаратор, и мы должны понять, как он работает — оценить его возможности, а потом уже начнется серия экспериментов, которые в большей степени имеют физическое значение. Мы собираемся  оценить  возможности нового сепаратора и одновременно возможности нового сепаратора и укорителя, потому что цель —  в увеличении эффективности всей работы – то есть   получение большего числа атомов по сравнению с тем, что мы можем получать сейчас  на старом ускорителе У-400 и на старом сепараторе.  Ускоритель обещает  повысить интенсивность пучка частиц, что пропорционально количеству  образуемых ядер —  в 10 раз. И новый сепаратор  также,  мы ожидаем,  будет более  эффективен по сравнению  с существующим сепаратором — в три раза.    После этих экспериментов  мы уже думаем о том,  чтобы синтезировать и новые элементы».

Сергей Дмитриев, Директор Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова: «Новый ускоритель, новый сепаратор — это как ребенок, его же надо еще научить ходить, научить говорить. Это не так долго, не 18 лет, а, по меньше мере, несколько месяцев на это уйдет».

Научно-информационный отдел ОИЯИ, 2019

Редактор портала: Инна ОРЛОВА
Перевод: Ирина КРОНШТАДТОВА
Видео: Евгений ГОРЯЧКИН

http://www.jinr.ru

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