Горизонты научного поиска

В конце мая в польском городе Познань проходило шестое международное рабочее совещание по проблеме применения лазерных методов исследования ядер, атомов и молекул. Это совещание является традиционным, проводится каждые 2-3 года, начиная с 1990-го. Нынешнее совещание было организовано Лабораторией ядерных реакций имени Г.Н. Флерова и физическим факультетом Познаньского университета им. Адама Мицкевича.

Познаньский университет, начавший свою деятельность в мае 1919 года, - одним из ведущих вузов страны. Физический факультет включает в себя институт акустики, институт физики и астрономическую обсерваторию, основанную еще при создании университета. На физическом факультете, оборудованном современными исследовательскими установками, обучается более 1700 студентов по различным специальностям и, в частности - по специальности «физик-экспериментатор». В числе преподавателей факультета - 27 профессоров и 23 доцента.

Совещанию предшествовала большая подготовительная работа, чтобы представить наиболее полно последние достижения применения лазеров для исследований экзотических ядер, лежащих вдали от линии их стабильности, исследований осколков деления, исследований тяжелых и трансурановых атомов. Были созданы оргкомитет совещания в составе: З. Блащак и Б. Н. Марков (сопредседатели совещания), К. Маринова (ученый секретарь), Дж. Биллоус, С. Хойнацки, Дж. Дембжински, Ю.П. Гангрский, В. Навроцик, Ю.Э. Пенионжкевич и С.Г. Земляной, и комитет советников, в который вошли известные ученые Х. Баке, В. Федосеев, Т.Т. Инамура, Х.Дж  Клюге, Ю.Ц. Оганесян и другие.

На совещание прибыли около пятидесяти ученых, представлявших 13 стран мира, среди которых Россия, Польша, США, Канада, Великобритания, Германия, Франция, Швейцария, Бельгия, Болгария, Финляндия, Швеция, Япония. В числе участников было много молодых ученых, в том числе и выступивших с приглашенными докладами.

Были заслушаны и обсуждены около сорока научных докладов. Возможность применения лазерного излучения, представляющего собой хорошо направленный и интенсивный поток монохроматических малоэнергетичных квантов света, для исследования свойств таких сильно связанных систем, какими являются атомные ядра, требует, по-видимому, некоторого пояснения. Дело в том, что распределение электрических зарядов и электрических токов внутри ядра определяет электрическое и магнитное поля снаружи ядра, воздействующие на электроны, распложенные в атомной оболочке. Это воздействие изменяет энергию поглощаемых и испускаемых электронной оболочкой световых фотонов, позволяя таким образом определять по сверхтонкому расщеплению и смещению атомных электронных уровней такие характеристики ядра, как его магнитный дипольный и электрический квадрупольный моменты, электрический и магнитный размеры ядер, параметры их деформации. Но наряду с этим в последнее время лазерное световое излучение путем использования резонансных процессов в атомных электронных оболочках уже вмешивается непосредственно в процессы, протекающие внутри атомного ядра.

Совещание открыл сопредседатель оргокомитета профессор З. Блащак. Вначале участники почтили память скончавшегося 2 мая профессора С. Хойнацкого - известного польского ученого, многие годы проработавшего в Дубне. От имени коллектива физического факультета участников совещания приветствовал профессор В.Навроцик.

В первой части совещания были заслушаны доклады по лазерным исследованиям, проводимым с дополнительным применением электромагнитных сепараторов изотопов и ионных ловушек продуктов ядерных реакций, используемых совместно с лазерными устройствами для усиления идентификации исследуемых нуклидов, снижения в эксперименте мешающего фона, а также и для других специальных целей, например, для дополнительного прецизионного измерения массы нуклидов. Были представлены также и инструментальные лазеры, применяемые для селективной резонансной ионизации продуктов ядерных реакций в ионных источниках масс-сепараторов, используемой, в частности, для отбора нужных элементов на самой первой стадии сепарации продуктов ядерных реакций.

В вводном докладе Х. Баке (Германия) было рассказано о лазерно-спектроскопических исследованиях с применением ионной ловушки для далеких элементов, например, с атомным номером 103. Сложность подобных исследований состоит в очень малом сечении получения таких элементов, в малом времени их жизни и в незнании пока структуры их атомных уровней. Тем выше ценность этих пионерских результатов, в частности, для Лаборатории ядерных реакций.

В докладе В. Федосеева речь шла о резонансно-ионизирующем лазерном ионном источнике (RILIS), используемом на масс-сепараторе ИЗОЛДЕ, который установлен на протонном пучке с энергией 1,4 ГэВ бустера протонного синхротрона в ЦЕРН. Действие источника основано на селективном последовательном возбуждении и ионизации атомов тремя лазерными лучами. Этот источник позволяет получать ионы многих металлических элементов, ранее не доступных в ионных источниках других типов, и таким образом обеспечивает ядерно-спектроскопические и лазерные исследования широкого ассортимента радиоактивных нуклидов.

Как дополнение к этому докладу прозвучало сообщение М. Брука на тему «Новые пучки и лазерная спектроскопия на ИЗОЛДЕ с источником РИЛИС».

В докладе А. Нейминена из Ювяскюльского университета в Финляндии говорилось о развитии разработанного в этом университете в 80-х годах метода ИГИСОЛ (ионный гид, изотопный сепаратор он-лайн) для исследований радиоактивных продуктов ядерных реакций. В этом методе используют торможение и охлаждение в газовой ячейке выбитых из мишени быстрых продуктов ядерных реакций, накопление этих продуктов в газе и их изобарическое селектирование с помощью высокочастотного электрического поля.

В докладах Ю. Кудрявцева и М. Фасины из Леувенского университета в Бельгии были представлены результаты применения лазеров в двухступенчатой резонансной ионизации радиоактивных ионов и атомов, заторможенных и удерживаемых в газовой ячейке. Исследовались радиоактивные нуклиды, получаемые путем облучения урана протонами.

О развитии лазерного ионного источника для масс-сепаратора ИСАК, установленного на протонном ускорителе ТРИУМФ в Канаде, рассказал И. Лассен. Планируется установить мишень непосредственно в разрядной камере ионного источника. Радиоактивные атомы, рожденные под действием пучка протонов, будут быстро диффундировать и эффундировать в камеру ионного источника и подвергаться эффективной резонансной ионизации световыми лучами от трех твердотельных лазеров.

В докладе Ю.П. Гангрского (ОИЯИ) был рассмотрен проект лазерных исследований на пучке осколков деления урана, вызываемого тормозными лучами от микротрона ЛЯР, известный как проект ДРИБс-2. В докладе было отмечено, что лазерные и ядерно-спектроскопические исследования осколков деления весьма интересны в силу наличия в осколках протонной (Z=50) и двух нейтронных (N=50 и 82) заполненных оболочек, наличия сильнодеформированных ядер в области с N>60 и N>90, а также возбужденных высокоспиновых изомеров. Изучение таких ядер с помощью лазеров даст новые сведения о размерах ядер, их дипольном магнитном и квадрупольном электрическом моментах, об их коллективной и однонуклонной структуре. Доклад был проиллюстрирован результатами некоторых методических разработок, связанных с проектом ДРИБс-2.

Дополнило доклад Ю. П. Гангрского выступление автора этого обзора о возможной ионной ловушке с ионно-резонансной изобарической селекцией осколков деления в проекте ДРИБс. Эта ловушка может обеспечить разрешающую способность в несколько десятков тысяч, необходимую для последующего ускорения осколков деления-изобаров в циклотроне У-400 и для лазерных исследований, и отказаться от разделения изобаров известным электромагнитным методом, осуществление которого в существующих помещениях для проекта ДРИБс-2 сильно затруднено. Эта ловушка может быть также использована как высокоэффективный сепаратор стабильных природных изотопов почти всех химических элементов в весовых количествах и с высокой степенью обогащения редких изотопов, например, таких важных изотопов как осмий-187 и 184. Масс-сепаратор нового типа может составить конкуренцию известному дорогостоящему методу разделения изотопов ионно-циклотронным резонансным нагревом плазмы, обсуждавшемуся на НТС Лаборатории ядерных проблем в связи с возможной его реализацией в ОИЯИ.

Грандиозный проект ФЕЛИКС - проект ускорения ионов от водорода до урана и ускорения антиподов ядер водорода - антипротонов до энергии вплоть до 300 МэВ на нуклон в Дармштаде (Германия) - был рассмотрен в докладе Т. Кюля. Проект предполагает использование лазера с импульсной мощностью луча в несколько петаватт для глубокой или полной ионизации тяжелых атомов с целью последующего воздействия ядра на ядро сверхсильными ядерными магнитным и электрическим полями, недостижимыми с помощью существующих технических средств.

На ту же тему - воздействия внешнего электромагнитного излучения на внутреннюю структуру ядра – был доклад Т. Инамура (Япония) об эффективном возбуждении ядерного изомерного состояния в тории-229 (с энергией, однако, всего 3,5 эВ) излучением от газового электрического разряда с полым катодом. В эксперименте использовался торий-229 наивысшей радиохимической чистоты, позволивший провести бесфоновые опыты по альфа-распаду экзотического изомера.

В теоретическом докладе Ф.Ф. Карпешина (Санкт-Петербург) рассматривалась резонансная конверсия гамма-лучей в ядерных переходах, использующая внешнее электромагнитное излучение для внутреннего ядерного возбуждения, влияющего на радиоактивные свойства ядра, например, на время его радиоактивного распада.

Улучшению методики лазерных исследований были посвящены доклады Д. Караиванова (ОИЯИ) и Л. Павлова (ОИЯИ) о комплексной модернизации установки для лазерно-индуцированной резонансной спектроскопии в атомном пучке.

Другая часть программы совещания в Познани была посвящена результатам физических исследований ядер и атомов методами лазерной спектроскопии. Объектами исследований были экзотические ядра, сильно удаленные от линии стабильности, осколки деления тяжелых ядер, тяжелые и трансурановые элементы

Программа лазерно-спектроскопических исследований на установке ИГИСОЛ в Ювяскюльском университете, основанная на повышении чувствительности лазерных экспериментов в десятки тысяч раз, была изложена в докладе Дж. Биллоуса.

Несколько докладов были посвящены измерению зарядовых радиусов ядер. Это первые измерения зарядовых радиусов гелия-6 - радиоактивного экзотического ядра с двумя нейтронами в гало-нимбе (доклад З.-Т. Лу, Аргон,США) и аналогичных ядер лития-8, 9 (доклад В. Нортенхойзера, Дармштад, Германия), а также измерения электрических радиусов и их систематизация для изотопов ряда элементов (доклад К. Мариновой, ОИЯИ). Эти данные по нейтронообогащенным легким нуклидам дополняют аналогичные результаты, полученные в Лаборатории ядерных реакций, но другими методами.

Результаты измерений радиусов распределений магнитных дипольных моментов ядер и их систематизация были приведены в докладе Б. Маркова (ОИЯИ). О планах исследований по лазерной спектроскопии в ЛЯР и, в частности, о планах лазерно-спектроскопических исследований трансурановых элементов говорилось в докладе С. Земляного (ОИЯИ).

Первые результаты по лазерной спектроскопии фермия были приведены в докладе В. Лаута (Майнц, Германия).

В докладе К. Гепперта (Майнц, Германия) были изложены результаты, полученные с применением лазерного многоступенчатого источника типа РИЛИС совместно с масс-спектрометром высокого разрешения, в высокочувствительном анализе содержания в различных образцах следовых количеств таких нуклидов как гелий-3, кальций-41, криптон-81, 85 и других, использующихся в работах по хронологическому анализу элементов. В ряде случаев этот метод позволяет достигать более высокой чувствительности, чем другие, например, метод ускорительной масс-спектрометрии.

В докладе Ценг-Тиана Лу из Аргонской лаборатории (США) шла речь о применении лазерной атомной ловушки для исследования хронологии образования линз воды, лежащих с древних времен под песками пустыни Сахара в Африке, по следам радиоактивного криптона-81, живущего около двухсот тысяч лет и когда-то образовавшегося в атмосфере под действием космических лучей из стабильных изотопов криптона.

В газетном обзоре, к сожалению, трудно прокомментировать все доклады, изложенные на совещании.

В заключение совещания состоялось итоговое обсуждение проблем применения лазеров для исследований ядер, атомов и молекул. От ЛЯР на нем выступил Ю.П. Гангрский.

Делегация ЛЯР побывала с двухдневным визитом в Лаборатории физики тяжелых ионов Варшавского университета. Здесь сотрудники ЛЯР детально познакомились с научными исследованиями, проводимыми на изохронном циклотроне тяжелых ионов с диаметром полюсного сердечника магнита в два метра. Этот циклотрон по инициативе Г.Н. Флерова был построен тридцать лет тому назад силами сотрудников ЛЯР, испытан и отправлен в Варшаву, на его базе и возникла новая лаборатория. С тех пор этот циклотрон успешно используется в экспериментах по физике тяжелых ионов.

Н. Тарантин