Китай запустил новаторскую научную установку, способную генерировать пучки тяжелых ионов, гораздо более мощные, чем любое другое устройство такого рода в мире.
По словам исследователей, на этой неделе начала работу установка низкоэнергетического высокоинтенсивного ускорителя тяжелых ионов (LEAF), построенная Институтом современной физики Китайской академии наук в Ланьчжоу, провинция Ганьсу.
Ожидается, что эта установка поможет ученым изучить эволюционную историю космических элементов. Кроме того, разработанные здесь методы могут облегчить синтез новых элементов за пределами текущей периодической таблицы, заявили эксперты.
LEAF — первый в мире автономный ускоритель тяжелых ионов такого типа, производительность которого в несколько раз превышает производительность аналогичных устройств в Европе и США.
«Китайские ученые уже использовали LEAF для получения пучков ионов углерода с интенсивностью 80 микроампер частиц и бомбардировки ими цели, что вдвое превышает известный мировой рекорд», — сказал Сунь Лянтин, научный сотрудник института и член группы разработчиков.
Сунь сказал, что установка может достигать интенсивности пучка ионов на уровне миллиампер, что намного превосходит десятки микроампер частиц, обычно производимых аналогичными ускорителями во всем мире.
Один миллиампер частиц — это огромное количество частиц. Это эквивалентно примерно 10 квадриллионам частиц в секунду, что примерно в миллион раз больше, чем все население мира.
Чжао Хунвэй, главный научный сотрудник проекта и академик CAS, сказал, что передовые возможности LEAF позволяют ему производить интенсивные пучки с высоким зарядом элементов – от легких до тяжелых.
«LEAF имеет широкие перспективы применения в передовых междисциплинарных областях исследований, таких как атомная физика, ядерная астрофизика и ядерные энергетические материалы», — сказал Чжао.
Помимо их применения в энергетике, например, на атомных электростанциях, ядерные реакции имеют основополагающее значение для понимания эволюции Вселенной.
«Согласно преобладающим научным теориям, Большой взрыв в первую очередь произвел водород, гелий и следовые количества лития. Элементы, необходимые для жизни, такие как углерод и кислород, а также более тяжелые элементы, такие как железо, образовались в ходе звездной эволюции. Понимание этих процессов является ключевым направлением ядерной астрофизики», — сказал Тан Сяодун, исследователь из Института современной физики.
Разработка LEAF началась в 2014 году. В последние годы команда Тана и Сана тесно сотрудничала, чтобы улучшить производительность установки для соответствия экспериментальным требованиям.
Команда Тана уже провела ряд экспериментов, включая исследования реакций синтеза углерода-углерода, результаты которых вскоре будут опубликованы в международных журналах.
Тан отметил, что реакции синтеза углерода с углеродом являются сложной областью изучения эволюции космических элементов, оставаясь передовой проблемой с 1960-х годов.
«LEAF может моделировать ядерные реакции, происходящие внутри звезд, в лабораторных условиях, помогая ученым решать давние вопросы об эволюции космических элементов. Это представляет собой значительную веху в ядерной астрофизике», — сказал он.
Сан добавил, что в IMP также ведутся исследования по синтезу новых элементов с использованием передовой технологии LEAF, что потенциально может привести к открытию элементов за пределами текущей периодической таблицы.
Аналогичные проекты ускорителей в Соединенных Штатах и Европе также изучали эксперименты по синтезу углерода с углеродом. Однако эти усилия были ограничены ограничениями оборудования.
«Основным ограничением традиционных электростатических ускорителей были их относительно небольшие источники ионов, которым не хватает мощности LEAF», — объяснил Сан. «LEAF использует линейный ускоритель, оснащенный мощным источником ионов на основе электронно-циклотронного резонанса, для доставки высокоинтенсивных пучков, которые соответствуют экспериментальным потребностям. Этот прорыв позволяет проводить более реалистичное моделирование сред ядерных реакций во Вселенной и удовлетворяет требованиям исследований в области ядерной астрофизики».
Профессор Гао Нин из Шаньдунского университета, один из первых пользователей LEAF, подчеркнул потенциал установки для продвижения исследований в области материалов, устойчивых к облучению.
«Высокоточные ионные пучки, производимые LEAF, имеют новаторское значение для снижения экспериментальных затрат и сокращения сроков. Например, обычное оборудование для ионной имплантации может облучать область размером около 1 см на 1 см, тогда как пучок LEAF может охватывать область размером 10 см на 10 см. Это позволяет нам одновременно облучать 100 образцов в идентичных условиях», — сказал Гао.
«С LEAF мы можем сэкономить около двух третей финансирования, производя образцы в 100 раз большего размера. То, на что раньше требовались недели, теперь можно выполнить всего за один или два дня», — добавил он.
Сан отметил, что зарубежные ученые уже начали использовать LEAF, и в будущем он станет доступен исследователям по всему миру.
