Сверхтяжелые и сверхбыстрые: разработки Объединенного института ядерных исследований

Исследование неизвестных областей таблицы Менделеева - это путь к созданию новых материалов, которые могут состоять из сверхтяжелых элементов. В том числе и об этом с 30 июня по 2 июля говорят в Дубне. Объединенный институт ядерных исследований под эгидой Совета Российской академии наук по тяжелым ионам проводит совещание «Сверхтяжелые элементы».

В зале Дома международных совещаний около двухсот участников: около половины вживую, остальные онлайн, в том числе специалисты из заграницы. В докладах и презентациях – сообщения о научных программах и перспективных разработках. Участие принял и президент РАН академик Александр Сергеев с докладом «Ионизация вакуума в сверхсильных лазерных полях».

Фото и доклады не покажут масштаба - о результатах института и последних разработках говорили и в лабораториях ОИЯИ. Две первые позиции, о которых говорят в контексте дубненского института это масштабные установки: работающая с 2019 года Фабрика сверхтяжелых элементов и коллайдер NICA, который еще строят.

Гул на Фабрике сверхтяжелых элементов такой, что уже за 3 шага не слышно, что рассказывают сотрудники Лаборатории ядерных реакций президенту Российской академии наук Александру Сергееву. Циклотрон ДЦ-280 в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне выпускает ядра 115 элемента - московия.

«Результаты, которые сегодня дает Фабрика, в 10 раз выше, чем те, что были до ее появления», - говорит научный руководитель Лаборатории ядерных реакций Юрий Оганесян. А до ее появления в Дубне работал циклотрон У-400. На нем синтезировали последние известные элементы таблицы Менделеева, в том числе последний открытый, 118-й - оганесон. Со временем требовались новые мощности для экспериментов с последующими элементами и в 2019 году в ОИЯИ запустили Фабрику.

«Идем маленькими ступеньками: начали с одного микроампера, потом 1.2, 1.5, два и три микроампера. Тут мы остановились», - Юрий Оганесян говорит о необходимости беречь ценную мишень амерция-243. Ее изготавливают на реакторе, это годы работы. Вещества,  которое бомбардируют пучком ионов кальция, мало. Но хотят ученые большего: нужно в экспериментах дойти до предела установки и приступить к синтезу новых элементов. Это требует подготовки – и ее называют самым сложным этапом.

119-й элемент таблицы Менделеева начнет восьмой период: когда, или если будет синтезирован. Чтобы его получить, нужно менять частицу, которой бомбардируют мишень. Теоретически можно было бы изменить и мишень, но даже самые мощные реакторы не могут создать мишень больше, чем 98-й элемент калифорний. А замена частицы снижает вероятность появления нового элемента: Фабрика сверхтяжелых элементов должна компенсировать разницу более интенсивным пучком. Чтобы синтезировать 119 элемент ученые планируют использовать реакцию титан-берклий. Впрочем, планы уже распространяются и на 120-й элемент, для его синтеза проведут эксперименты титана с калифорнием и хрома с кюрием.

На площадке проекта NICA не тише, чем на Фабрике сверхтяжелых элементов – фактически, тут идет стройка. После монтажа и запуска коллайдер позволит ученым воссоздать в лабораторных условиях кварк-глюонную плазму  - особое состояние вещества, в котором пребывала Вселенная первые мгновения после Большого Взрыва. Физики смогут наблюдать, как фундаментальные частицы кварки начнут группироваться и образовывать обычное ядерное вещество.

В Год науки и технологий ОИЯИ планирует провести первый опыт на коллайдере: «Мы должны показать пучок от его источника, бустер, перевод в канал нуклотрона и оттуда вывод на первую действующую установку «Барионная материя на нуклотроне». То есть весь цикл инжекции пучка, его ускорение и вывод на работающую исследовательскую установку должны показать», - рассказывает вице-директор ОИЯИ Владимир Кекелидзе.  В конце прошлого года в ОИЯИ запустили бустер. Его задачи - накопление и ускорение частиц. Физики из Новосибирска монтируют канал перевода из бустера в нуклотрон.

Жители Дубны помнят ноябрь 2020-го: по улицам города неспешно везли желтый саркофаг с огромной катушкой сверхпроводящего магнита. Это основа для многоцелевого детектора, который поможет изучить столкновение тяжёлых ионов – MDP или Multi-Purpose Detector, который называют сердцем коллайдера. Пока его не устанавливают в магнитопровод – нужно присутствие компании-изготовителя из Италии, но пандемия временно отменила визиты. В ОИЯИ надеются, что в течение июля магнит получится смонтировать, после подвести к нему коммуникации и в сентябре провести первые тесты магнита.

«Объединенный институт ядерных исследований –  уникальная организация для нашей страны. Фактически это единственная международная организация, которая работает по своему уставу», - отметил президент Российской академии наук Александр Сергеев, для которого провели экскурсию про лабораториям института.

На конференции «Сверхтяжелые элементы» директор ОИЯИ Григорий Трубников предложил подписать меморандум, где будут обозначены программы, связанные с синтезом и изучением сверхтяжелых элементов.

Экскурсия по Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ и проекту NICA

Комментарий президента РАН А. Сергеева

Комментарий директора ОИЯИ Г. Трубникова

Комментарий вице-директора ОИЯИ В. Кекелидзе

Комментарий ученого секретаря Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ А. Карпова

Комментарий научного руководителя Лаборатории ядерных реакций Ю. Оганесяна