ПРОЕКТЫ XXI века

Объединяя усилия

Летом в Санкт-Петербурге состоялось ежегодное заседание Научного совета РАН "Релятивистская физика и физика тяжелых ионов". На нем с докладом "Тяжелые ионы в науке и технике" выступил председатель совета, научный руководитель ЛЯР Ю.Ц.ОГАНЕСЯН. Организаторы ежегодного Балдинского международного семинара по проблемам физики высоких энергий, прошедшего в сентябре, пригласили его повторить с небольшими изменениями и дополнениями этот доклад на открытии семинара.

Как пояснил Юрий Цолакович Оганесян, в своем выступлении на совете, который проводится ежегодно уже пять лет, он обычно рассказывает и показывает, что было сделано в физике тяжелых ионов за последние один-два года, что планируется сделать в ближайшее время, комментирует результаты последних экспериментов, всё это затем обсуждается на заседании. Такой обзор он представил и участникам семинара. Начав с синтеза новых элементов и изотопов, докладчик отметил, что после синтеза 121-го элемента в таблице Менделеева ожидаются большие изменения. И как она будет выглядеть - еще вопрос. Сегодня синтез новых элементов запланирован в программах ядерных центров, национальных лабораторий Японии (RIKEN), США (BNL), Германии (GSI), Франции (GANIL) и нашего ОИЯИ, где осуществляются разные, но близкие реакции. "Мы выбрали, пожалуй, самую сложную реакцию Bk-249 + Ti-50, поскольку период полураспада ядра-мишени Bk-249 составляет всего 320 дней. Это уникальное вещество нарабатывается в активной зоне ядерного реактора с высоким потоком нейтронов в течение года. Еще не менее года потребуется для проведения первого эксперимента. У нас нет права на ошибку, на перерыв", - отметил Ю.Ц.Оганесян. Сейчас в Димитровграде нарабатывается берклий, а потом будет изготовлена мишень. Сам эксперимент запланирован на 2026 год. "О состоянии дел сегодня можно сказать, что в RIKEN эксперимент завершен безрезультатно, в BNL надеются получить одно?два события за год непрерывной работы. Я отношусь к этому скептически, особенно после японского эксперимента. В последние два года в ЛЯР была проведена целая серия экспериментов, в том числе и прямо моделирующих синтез элементов № 119 и 120. После знакомых нам реакций синтеза на пучке ионов Ca-48 мы должны перейти на пучок Ti-50, сечение реакции с которым в 10 раз меньше, условия нашей работы становятся всё сложнее", - подчеркнул он. Благо Фабрика СТЭ работает неплохо, вышла на проектные параметры, в десятки раз вырос­ла светимость экспериментов.

В докладе академика Н.В.Завьялова на совете "Проект ОИЯИ - Росатома "Синтез СТЭ"" обсуждались перспективные работы на Фабрике СТЭ. Получить один-два новых элемента - дело непростое, но не главное. Нужно понять, где предел существования химических элементов, важны количественные данные эффекта ядерных оболочек изотопов от Db к более тяжелым элементам. Юрий Цолакович обратил внимание на физические и химические исследования тяжелых и сверхтяжелых элементов последних лет. Релятивистский эффект сильно возрастает с увеличением атомного номера элемента, в экстремальном случае он может "выскочить" из уготовленного ему места в таблице Менделеева. Он сообщил также об успешных испытаниях в Китае сверхпроводящего магнита газонаполненного сепаратора нового поколения GASSOL, разработанного в ЛЯР ОИЯИ, который будет транспортирован в Дубну и установлен на пучок ускорителя DC-280.

Остановившись на структуре магических ядер Ca-40-48 и Pb-208, Ю. Ц. Оганесян рассказал о новых экспериментах в JLab и FRIB. На установке в JLab смогли увидеть, что у Pb-208 есть достаточно толстый скин-слой нейтронов, около 0,3 ферми. Этот результат, к счастью, неплохо согласуется с современной микроскопической теорией ядра. Такой же нейтронный слой ожидался также у ядра Ca-48. По предварительным данным (опыт продолжается), у Ca-48 нейтронный скин-слой оказался примерно в два раза плотнее, чем у свинца. Как увязать подобный эффект с ядерной теорией и будет предметом дальнейших исследований.

Рассказывая о нейтроноизбыточных ядрах, он отметил эксперименты, проведенные в последнее время в GANIL, RIKEN, FRIB, LHC и ОИЯИ. "Мы должны понять: нам брошена перчатка - в ядерно-физических лабораториях занимаются нейтроноизбыточными ядрами, а во Вселенной существуют нейтронные звезды с массой Солнца. Только в нашей Галактике их один миллиард! Для описания быстро вращающейся нейтронной звезды пытаются привлечь ядерную теорию, но она не очень годится для этого", - отметил Ю.Ц.Оганесян. В порядке обсуждения он предложил коллегам задачу исследования системы He-12 и Be-14 на пучках ионов C-12, O-16-18, Ne-22 ионного синхротрона ОИЯИ.

Мнение начальника Научно-экспериментального отдела физики тяжелых ионов ЛФВЭ Александра Ивановича Малахова:

"В ЛЯР занимаются синтезом сверхтяжелых нейтроноизбыточных ядер. Нейтроно­избыточными могут быть и ядра гелия вплоть до He-12, который пока не синтезирован. При синтезе сверхтяжелых и легких нейтроноизбыточных ядер проявляются необычные свойства нейтронных взаимодействий. У Ю.Ц.Оганесяна возникла идея исследовать систему He-12, использовав возможности комплекса NICA, о чем он рассказал в нашей лаборатории. Мы решили, что необходимо использовать комплекс - бустер плюс Нуклотрон с пучком Be-12, рожденного на внутренней мишени бустера пучком С-12. Для этого эксперимента есть практически всё необходимое. Это направление исследований станет новым для ОИЯИ, да и в мире оно пока не очень развито.

Идею возможного эксперимента обсудили и на прошедшем заседании Совета РАН по сверхтяжелым элементам. На нем с докладом "Нейтроноизбыточные ядра на комплексе NICA" выступил сотрудник ЛФВЭ С.В.Афанасьев. Комплекс бустер плюс Нуклотрон можно использовать для исследований легких нейтроноизбыточных ядер. Ускорители ЛЯР не достигают необходимых энергий - более 300 МэВ/нуклон.

Конечно, имеются технические сложности. В бустере не предусмотрен вывод пучка, в Нуклотроне он есть. Необходимо вывести пучок Be-12 с помощью имеющегося стандартного оборудования из бустера в Нуклотрон. Главная трудность - в получении сотрудниками ускорительного комплекса нужного пучка, от этого многое зависит.

Мы готовим предложение соответствующего проекта в Проблемно-тематический план 2026 года, а измерения решили начать даже до того, как он будет утвержден. Надеемся, осенью начнутся подготовительные работы. Необходимое оборудование у нас есть, сам эксперимент вполне реален.

Учитывая важность проблематики, Ю.Ц.Оганесян предлагает обсудить вопрос о создании в грядущей семилетке специального ускорителя для задач физики нейтроноизбыточных легких ядер с тем, чтобы развивать в Институте новое направление исследований. Это дополнительно объединит две лаборатории ОИЯИ, хотя уже в новом эксперименте также будут задействованы сотрудники ЛФВЭ и ЛЯР. Наши возможности по энергиям нас объединяют. Этот эксперимент также важен и для проекта NICA. Открытие He-12 станет первым значительным результатом в серии экспериментов, планируемых на комплексе NICA".

Синтезу нейтронообогащенных ядер на комплексе NICA был посвящен доклад Сергея Владимировича Афанасьева (ЛФВЭ) на Балдинском семинаре:

"Юрий Цолакович еще в начале года на семинаре в нашей лаборатории озвучил идею создания нейтронообогащенных ядер. Они по многим параметрам интересны для задач космофизики, физики тяжелых ионов, синтеза изотопов и других. Создать экзотическое нейтроноизбыточное ядро, например ядро He-12 в принципе можно. Для этого можно воспользоваться хорошо известной реакцией двойной перезарядки, в результате которой можно изменить заряд дочернего ядра на две единицы. Для создания He-12, в этом случае нужно воспользоваться изотопом Be-12, но живет он всего 0,02 секунды. Реакция с Be?12 известная, понятно, что делать, но проблема в том, что Be-12, из которого можно получить He-12, короткоживущий изотоп. Накопить его, вновь ускорить и провести следующую реакцию практически невозможно. Значит, мы должны создать его уже ускоренным.

И сейчас у нас появилась возможность решить эту техническую задачу, используя систему колец коллайдера NICA - бустер и Нуклотрон. Произвести Be-12 можно, ускорив обычный C-12 в бустере. У бустера задача создать высокоинтенсивные пучки тяжелых, высокозарядных ионов для NICA. Для этого на выводе пучка из бустера ставится мишень, на которой лишние электроны обдираются. Для нашей задачи это удобно тем, что на этой мишени мы можем не только ободрать лишние электроны, но и произвести необходимый нам изотоп бериллия. Ускорив ядра углерода до 500 МэВ и направив пучок на тонкую фольгу, мы таким образом осуществляем перезарядку углерода в бериллий и полученные новые ионы выводим из ускорителя. Известно, сколько требуется энергии для этой реакции, можно посчитать выход Be-12. Таким способом мы можем создать пучок короткоживущих изотопов, требуемых для исследований. Вместе с ними, конечно, рождается много других фоновых частиц, от которых нужно избавиться.

Здесь нам помогает второе кольцо Нуклотрона, магнитная система которого убирает лишние ионы, причем фон уменьшается в десятки тысяч раз. В результате мы получаем искомый пучок Be-12, из которого можем получить He-12. Для того чтобы понять, что это действительно He?12, требуется система спектрометров. Для тестовых измерений такие возможности уже есть. В измерительном павильоне, примыкающем к корпусу № 1, создана система каналов для прикладных исследований. Эти каналы идеально подходят для пробных экспериментов с нейтроноизбыточными ядрами. Таким образом, для первых, тес­товых измерений у нас сейчас всё имеется. Для полномасштабных экспериментов необходима оптимизация всех систем, и, возможно, нужен специальный сепаратор фрагментов. Вообще использование бустера в качестве источника радиоактивных ионов открывает дополнительное направление исследований, и это дело будущего. А сейчас мы можем проверить, какой будет выход бериллия, сколько получим He-12, протестировать и в последующем, вполне возможно, создать специализированную фабрику, аналогичную тем, какие сегодня действуют в GSI и ЦЕРН".

О необходимости более тесного взаимодействия лабораторий Института, более эффективного использования базовых установок и других ресурсов рассказали руководители лабораторий.

"Сегодня многие вещи раскручиваются только благодаря таким крупным проектам, как NICA, - считает и.о. директора ЛФВЭ Андрей Валерьевич Бутенко. - Нельзя останавливаться на достигнутом и ограничиваться только хорошо отработанными подходами. В ЛЯР уже давно мечтают о линейных ускорителях, мечтают о кольцевых. Для продвижения научной программы ЛЯР это тоже нужно, но, насколько я понимаю, там пока нет специалистов ни по линейным ускорителям, ни по синхротронам. Главное, что они есть в Институте. На Совете РАН, который Юрий Цолакович организовал, от ЛЯР выступили семь молодых ребят, исключительно грамотных, которые наверняка смогут расширить свои компетенции в область пока не привычных для лаборатории ускорительных технологий. В ЛЯР сейчас собралась очень хорошая команда. У них идет ротация кадров, в этом плане нам есть на кого ровняться.

Проект Ю.Ц.Оганесяна станет для ЛФВЭ также толчком к развитию. Любая новая идея влечет за собой как минимум мыслительную деятельность, "переваривание" нового контента. Только обдумывание, еще не проектирование, уже подвигает людей, мыслящих другими категориями, к новым идеям. Новое предложение позволяет по-другому взглянуть на то, чем ты занимаешься сейчас. У Юрия Цолаковича свежий взгляд на наш исследовательский комплекс для экспериментов со стационарными мишенями. Но под поставленную им задачу всё же нужно строить новый комплекс, небольшой, компактный и эффективный. В принципе, мы даже нашли корпус, где это можно сделать. Но на следующем шаге нужна некая воля и более глубокая проработка на уровне реальной концепции, после чего появится технический проект. Это процесс, в котором пока нет задач для рабочих, но есть задачи для инженеров, тем более для физиков-теоретиков и экспериментаторов. Это очень важно, чтобы такие идеи появлялись. Огромная ему благодарность за то, что он немного встряхивает ЛЯР и вовлекает нас. Сотрудники ЛЯР, к сожалению, к нам не особо пока подтягиваются, но хотя бы наши специалисты уже подключаются к новым идеям, задачам, начали что-то генерировать. Команда А.И.Малахова, ускорительщики и другие специалисты, - мы все об этом пока еще думаем, но не исключаю, что в ближайшее время это выльется в какие-то реальные решения и начнется техническое проектирование.

Очень важно, чтобы такие идеи и задачи появлялись и подталкивали к новым решениям и установкам. Вы скажите, зачем? Юрий Цолакович объясняет, зачем. А после мы говорим, как сделать и что для этого нужно построить".

"ОИЯИ вкладывает очень большие ресурсы - и материальные, и человеческие, в создание новых базовых установок, таких как NICA, Байкал-GVD, Фабрика СТЭ, - солидарен с коллегами директор ЛЯП Евгений Александрович Якушев. - Для создания каждой установки требуются усилия нескольких лабораторий, а использовать их, причем с максимальной отдачей, должны научные сотрудники разных лабораторий, выполняя свои научные программы. Это основа для нашего межлабораторного сотрудничества.

В качестве примера можно привести и создание медицинского протонного ускорителя ЛЯП MSC-230, в котором нам помогают ЛЯР, ЛФВЭ, а в проведении будущих биологических исследований - ЛРБ. И само создание такой установки, и ее будущее использование - межлабораторный проект.

У Юрия Цолаковича много блестящих идей. Намечается сотрудничество между ЛЯП и ЛЯР по исследованию сверхтяжелых элементов с помощью знаний, которыми обладают наши специалисты. В ЛЯР нарабатывают СТЭ, а исследовать их будут сотрудники двух наших лабораторий. На строящемся ускорителе NICA планируются несколько экспериментов. Экспериментом MPD занимаются сотрудники ЛФВЭ и некоторых других институтов, а коллаборацией SPD руководит замдиректора ЛЯП А.В.Гуськов, в нее входят несколько сотен человек из нашей лаборатории, исследовательских центров РФ и других стран-участниц.

Важный элемент базовой инфраструктуры Института - суперкомпьютер и грид-технологии ЛИТ, использующиеся всеми лабораториями. Директор ОИЯИ Григорий Владимирович Трубников правильно декларирует необходимость усиления межлабораторных связей. Это должно происходить естественным путем за счет создания установок, которые будут эксплуатироваться большими коллективами, использоваться с максимальной отдачей".

Ольга ТАРАНТИНА,
фото Игоря ЛАПЕНКО