2 марта в Центральном Доме ученых РАН на Пречистенке прошла торжественная церемония в связи с открытием и присвоением названий трем новым химическим элементам Периодической таблицы элементов Д.И.Менделеева с атомными номерами 115, 117 и 118. Ни на один день не прекращаются в Лаборатории ядерных реакций работы по синтезу и исследованию свойств новых элементов, строится Фабрика сверхтяжелых элементов. Об этом — рассказы наших собеседников.
Руководитель сектора ионных источников Лаборатории ядерных реакций (ЛЯР) ОИЯИ Сергей Богомолов провел меня на стенд и дал подержать в руках гаечный ключ из немагнитного титана — только таким инструментом можно работать, имея дело с сильными магнитными полями. Простенький, вроде, слесарный ящик, а цена инструмента в нем — хватит на автомобиль.
— Для циклотрона ДЦ-280 мы сделали ЭЦР источник DECRIS-PM, все магнитные системы которого выполнены полностью из постоянных магнитов. Таким образом в нашей практике создан прецедент. А вообще это второй такой ионный источник в мире на постоянных магнитах. Первый запустили наши китайские коллеги. Сложные расчеты, сложные технологии, инженерные системы, непростая сборка — делали довольно долго, и все получилось хорошо.
— А почему вы выбрали именно такой вариант источника?
— Источник будет установлен на высоковольтной платформе, а туда трудно подавать питающие напряжения, нужны сложные развязки, поэтому и были выбраны постоянные магниты. Мы работали в сотрудничестве с хорошо известной нам московской компанией «ИТТ Груп» из Москвы, существенный вклад внесли наши технологи, конструкторы, механики, а мой коллега Андрей Ефремов активно участвовал в расчетах и испытаниях…
— Сергей правильно сказал, — продолжает Андрей, — для того, чтобы снизить энергетическую нагрузку на высоковольтную платформу, существовало два варианта: на основе сверхпроводящих магнитов, существенно снижающих уровень энергопотребления, или такой вариант, при котором вся система полностью состоит из постоянных магнитов, и тогда энергозатраты на питание магнитной системы сводятся к нулю. Здесь сделан полноразмерный источник, соответствующий по своим характеристикам «теплому» варианту с обычными медными катушками. И предварительное сравнение с китайским источником показывает более высокие характеристики нашего. Его уникальность состоит в том, что вес постоянных магнитов более полутонны, а сами магниты имеют очень высокие параметры.
Уникальна и сама магнитная система. Если при сборке была допущена ошибка, то разобрать и исправить систему практически невозможно — постоянные магниты «слипаются» намертво. Существовавшие магнитные системы после сборки не допускали настройку, например, для коррекции разброса параметров отдельных элементов. Мы долго ломали головы, но нашли такую магнитную структуру, которая позволяет вносить коррекции после сборки. Такой нет нигде и ни у кого. И мы добились того, что получили распределение магнитного поля, предусмотренное проектом. Именно то, которое нам нужно.
Сергей Богомолов: Созданный источник DECRIS-PM (на снимке) сейчас проходит испытания у нас на стенде и, как сказал Андрей, первые результаты обнадеживают. А осенью планируем переезжать с ним на циклотрон. Хотелось бы с ним подольше позаниматься, и месяца три-четыре у нас еще есть. Сейчас он испытывается во временном варианте, не все элементы инжектора еще поступили, и пока испытания не закончены, титановый инструмент еще пригодится.
В дальнейшем для второго инжектора ДЦ-280 предполагается создание сверхпроводящего источника, опыт создания подобных источников у нас есть — это DECRIS-SC и DECRIS-SC2 для циклотронов ИЦ-100 и У-400М.
Немало новостей и у физиков.
Начальник сектора Владимир Утёнков: Наши партнеры по сотрудничеству — в США это Ливерморская и Ок-Риджская национальные лаборатории, оттуда поступают некоторые уникальные изотопы, которые мы используем в качестве мишеней. Сотрудничество довольно активно развивается: к нам присоединились ученые из нескольких университетов. Начиная с 2009 года мы вместе получили 117-й элемент, названный теннессином в честь штата Теннесси, в котором расположена Ок-Риджская лаборатория. Элемент 116 был назван ливерморием в 2012 году. Дальнейшее развитие наше сотрудничество получило в опытах по синтезу наиболее тяжелых изотопов 118-го элемента. Совместные эксперименты продолжатся во второй половине этого года, когда мы получим новую мишень от американских коллег. Мы предполагаем получить изотопы 117 и 118-го элементов с массами 295 и 296. Дальнейшие исследования на новом циклотроне и новом сепараторе могут развиваться в различных направлениях.
Наши коллеги в Ок-Ридже ищут возможности создать сепаратор для выделения «чистого» изотопа калифорний-251, при облучении которого ускоренными на циклотроне ионами титана-50 можно надеяться синтезировать элемент с атомным номером 120. Для синтеза элемента 119 опять понадобится берклий-249, а наработать его в реакторе могут пока только наши американские коллеги. Интересно также облучение мишеней хромом-54, но начнем мы с титана.
Сейчас каждый шаг к новым сверхтяжелым элементам будет все более тяжелым. Когда все начиналось 20 лет назад, многим казалось, что вряд ли что-то получится. Ведь сверхтяжелые элементы были предсказаны 50 лет назад, и много экспериментов было сделано до нас, но потом это все прекратилось. Либо решили, что эти элементы просто не существуют, либо необходимо существенное повышение эффективности всей аппаратуры. Сейчас мы достигли тех пределов, которые раньше казались невозможными. Так же как сегодня кажутся невероятно сложными следующие шаги. Но… удалось получить пучки кальция-48, создать новые сепараторы, детектирующие системы. В конце концов удалось поднять эффективность экспериментов в 1000 раз по сравнению с теми, которые проводились в конце 80-х годов.
Еще одно направление исследований — более глубокое изучение свойств тех ядер, которые мы уже синтезировали. Но для этого необходимо их получать в значительно большем количестве. То есть необходимо опять-таки повышение чувствительности всего эксперимента. Для этого и строятся новый корпус, новый ускоритель, в котором интенсивность предполагается повысить в 10 раз по сравнению с У-400. Предполагается также установить новый сепаратор, который должен обеспечить общий выход ядер в три раза выше по сравнению с тем, что мы имеем сейчас.
Конечно, при более глубоком исследовании ядер нам необходимо регистрировать не только альфа-, но и гамма-распады, чтобы более детально понять строение ядра. Для этого лучше всего подходит новый сепаратор — селектор скоростей SHELS. Там имеются гамма-детекторы, и накоплен опыт работы с ними. И, наконец, в прошлом году возобновилось сотрудничество с китайскими коллегами. Институт современной физики в Ланчжоу достаточно хорошо известен в научном мире. Там есть группа, которая тоже, как и мы, проводит исследования на пучках циклотрона с помощью газонаполненного сепаратора. Наши китайские коллеги участвуют в Дубне в экспериментах по исследованию нейтронно-дефицитных ядер. Эта программа рассчитана пока на три года. Китайские специалисты рассказали про сепаратор, системы управления и контроля, цифровую электронику собственного производства. Теперь наши сотрудники поедут туда, чтобы более детально изучить их аппаратуру. Это новое для нас сотрудничество в рамках проекта РФФИ, которым поддерживаются совместные исследования ученых России и Китая. И такой обмен опытом работы всегда