В китайском городе Хуэйчжоу, провинция Гуандун, завершено строительство ускорительного комплекса HIAF (High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility), предназначенного для получения сверхинтенсивных пучков тяжёлых ионов. 21 июля установка прошла технологическую приёмку и перешла к опытной эксплуатации.
Это первый в мире ускорительный комплекс, объединяющий сверхпроводящий линейный ускоритель и кольцевые ускорители, способный воспроизводить атомные процессы внутри звёзд. Проект стоимостью около 2,6 млрд юаней ($385 млн) разрабатывался Институтом современной физики (Institute of Modern Physics in Lanzhou) Китайской академии наук с 2009 года, а непосредственное строительство продолжалось семь лет. На площадке площадью примерно 32 гектара проложено около 2 км вакуумных каналов, значительная часть которых находится на глубине 13 м.
HIAF стал первым крупным исследовательским комплексом, объединившим сверхпроводящий линейный ускоритель длиной около 100 м, быстродействующий кольцевой синхротрон окружностью примерно 570 м и накопительные кольца. Установка способна ускорять широкий диапазон частиц — от протонов и лёгких ядер до ионов урана — до энергий от миллионов до миллиардов электронвольт на нуклон. В ходе наладки интенсивность пучка кислорода достигла 2,5 × 1011 ионов за импульс, а висмута — 3,2 × 1010 ионов за импульс. Эти показатели превысили прежние международные рекорды соответственно в три и 7,5 раза (до этого рекорд принадлежал ускорителю из США). Максимальная энергия пучка кислорода составила 4,25 ГэВ.
Для удержания и разгона столь плотных пучков инженеры создали импульсные источники питания, способные изменять ток на тысячи ампер примерно за 100 мс, обеспечивая скорость нарастания магнитного поля до 12 Тл/с. Напряжённость ускоряющего электрического поля достигает 35 кВ/м. Ионы движутся внутри камеры с титановыми стенками толщиной всего 0,3 мм, где поддерживается сверхвысокий вакуум порядка 10-12 мбар. В комплекс входят шесть экспериментальных станций, где будут проводиться эксперименты и синтезироваться уникальные радиоизотопы. Уже во время наладки массу короткоживущего изотопа золота-202 измерили вдвое точнее прежнего рекорда и зарегистрировали два новых изотопа.
Учёные намерены использовать HIAF для поиска границ существования атомных ядер и получения тысяч разновидностей нестабильных нуклидов, многие из которых живут лишь доли секунды. Столкновения быстрых тяжёлых ионов с мишенями создают микроскопические области чрезвычайно высокой температуры и давления, позволяя моделировать условия внутри звёзд, при взрывах сверхновых и на ранних этапах развития Вселенной. Помимо фундаментальной ядерной физики установка будет применяться для испытаний космической электроники и материалов на радиационную стойкость, разработки ядерных технологий, медицинских радиоизотопов и методов терапии опухолей. HIAF планируется эксплуатировать как международный научный центр, доступный исследовательским группам из разных стран.
В России ускоритель тяжёлых ионов подобной мощности также близок к началу научной работы — это установка NICA в Дубне. Но, в отличие от китайского HIAF, российская система предназначена для столкновения встречных пучков ионов, тогда как HIAF ориентирована главным образом на облучение мишеней.
Спектрометр с накопительным кольцом высокого разрешения, разработанный компанией HIAF. Handout