Совещания

Сверхтяжелые элементы:
научная программа и инфраструктура

С 30 июня по 2 июля в Дубне проходило совещание "Сверхтяжелые элементы". Основная цель заседания - обсуждение научной программы исследований сверхтяжелых элементов и создание современной инфраструктуры для ее реализации. На совещании выступил президент Российской академии наук Александр Михайлович Сергеев.

Президент Академии наук предложил рассмотреть идею создания большого лазерного комплекса в Дубне для развития этих технологий в России. Он высоко оценил значимость деятельности Объединенного института ядерных исследований: "Мне доставляет особое удовольствие приезжать в Дубну. Дубна и сверхтяжелые ионы - это совершенно уникальные понятия для нашей страны. А ОИЯИ - единственный международный центр в нашей стране. Дубна была создана в разгар первого этапа гонки ядерных вооружений. Сверхдержавы осознали, что для развития сотрудничества в рамках мирных ядерных исследований необходимо создавать международные научные организации. Мы и сегодня наблюдаем очень сложную мировую ситуацию. Поэтому вопрос о том, как нам развивать международное сотрудничество, - сложный, но очень значимый. Не должно быть изоляции и ксенофобии, важно сотрудничать с коллегами и за рубежом. Роль Дубны как центра международного сотрудничества очень важна для нашей страны". Александр Сергеев также выразил надежду, что комплекс ускорителей NICA будет запущен вовремя: "Это станет большим праздником для всей страны".

Академик А.М.Сергеев выступил на совещании с докладом "Ионизация вакуума в сверхсильных лазерных полях".

Совещание проводилось под эгидой Совета РАН по тяжелым ионам, в нем участвовало около 200 человек, часть собралась в Доме международных совещаний в Дубне, часть - онлайн, в том числе ученые из Германии, Швейцарии, Израиля, США.

"Один из основных акцентов сегодняшнего дня в докладах будет сделан на ходе реализации проекта по исследованию границ стабильности ядерной материи. Этот замечательный проект был отобран в рамках программы поддержки особо крупных научно-исследовательских проектов, организованных правительством РФ. Координатором этой программы является Российская академия наук", - открыл совещание директор Объединенного института ядерных исследований академик Григорий Трубников.

Важной частью совещания директор Института назвал обсуждение развития этой области исследований до 2030-го года и дальше. "Перспективные направления дают основу для новых программ, которые сегодня обсуждают в Объединенном институте ядерных исследований, Госкорпорации "Росатом" и во многих научных организациях РАН", - отметил Григорий Трубников.

Исследования в области физики тяжелых ядер и синтеза сверхтяжелых элементов связывают различные научные направления. Это новые поколения вычислительных алгоритмов, материаловедение, новые диапазоны частот и новые мощности.

Директор ОИЯИ рассказал о текущем семилетнем плане исследований, который завершится в 2023 году. Сегодня это пять флагманских проектов: комплекс NICA, Фабрика сверхтяжелых элементов, реактор ИБР-2, нейтринный телескоп на Байкале, многофункциональный информационно-вычислительный комплекс.

"Наше главное преимущество - это крупномасштабные уникальные экспериментальные комплексы", - отметил Григорий Трубников. Он рассказал, что сегодня Институт работает над инновационными исследованиями. Проект подразумевает создание межлабораторного исследовательского центра. Это создание новых крупных установок в разных лабораториях, работающих по взаимодополняющей логике. Это в том числе сверхпроводящая машина нового поколения для радиобиологии и нейробиологических исследований. Ее создают совместно с ФМБА и Минздравом, а процесс создания должен занять два-три года.

В стратегии развития Института обозначены в основном новые установки. До 2035-2036 года Институт планирует запустить новый импульсный реактор, использующий в качестве топлива нептуний. Эта установка может прийти на смену реактору ИБР-2.

В начале года на Фабрике сверхтяжелых элементов прошли успешные эксперименты по синтезу 115-го элемента таблицы Менделеева московия. "Вот уже три месяца фабрика по производительности идет вверх. Мы очень осторожны: чтобы поберечь нашу мишень, мы идем маленькими шагами. Начали с одного микроампера, потом 1,2, потом 1,5, 2 и 3 микроампера. Тут мы остановились: то, что сегодня дает фабрика, - это в 10 раз больше чем то, что было до нее. А мы хотим еще больше", - рассказал научный руководитель Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н.Флерова Юрий Оганесян. Сейчас на Фабрике идет подготовка к новым этапам: с одной стороны, это эксперименты по выяснению пределов Фабрики, а с другой - подготовка к синтезу новых элементов 119 и 120.

Программа первого дня совещания включала доклады как ведущих ученых и специалистов ОИЯИ, так и их коллег из российских научных центров и Дармштадта. В.М.Шабаев (СПбГУ) представил доклад "Распад вакуума и его наблюдение в столкновениях тяжелых ядер"; В.К.Утенков и А.В.Карпов (ОИЯИ) - "Флеровий (Z=114) и московий (Z=115) на Фабрике СТЭ. Переход к синтезу элементов Z > 118".

О спектрометре для прецизионных измерений масс сверхтяжелых атомов рассказал М.И.Явор (ИАП РАН). Темой доклада М.Г.Иткиса (ОИЯИ) стало "Квазиделение - как первый светофор на пути образования сверхтяжелых элементов". Расчетам физических и химических характеристик элементов 7-го периода и их гомологов посвятил свой доклад В.И.Тупицын (СПбГУ).

В продолжение доклада В.Першиной (ГСИ, Дармштадт) о химическом поведении сверхтяжелых элементов в газофазных экспериментах вице-директор ОИЯИ С.Н.Дмитриев отметил, что "релятивистские эффекты заставляют очень внимательно смотреть на эти элементы". Он рассказал о совместной работе с группой доктора Роберта Айхлера из PSI (Институт Пауля Шеррера, Швейцария) и успехах научного сообщества в попытке ответить на вопрос, "близки ли сверхтяжелые элементы по свойствам к инертным газам (т.е. можно ли называть их "летучими металлами")"? Автор доклада сделал вывод, что при работе с секундными изотопами методы газовой химии имеют существенные преимущества перед "водной". Ученый рассказал о первых экспериментах в этой области, благодаря которым выяснилось, что 112-й элемент с точки зрения адсорбции является аналогом ртути (поэтому коперниций еще называют эка-ртуть), а также опровергли теорию о том, что флеровий более химически активен, чем коперниций.

Затем докладчик перешел к описанию запланированных экспериментов. На Фабрике сверхтяжелых элементов, где побывали участники совещания, проводится окончательная наладка установки ГНС-3. Именно с помощью этого сепаратора будут проведены эксперименты по химии флеровия и коперниция. В усовершенствованной версии ГНС вместо детекторов, как на ГНС-2, будет камера термализации. Еще одно преимущество - быстродействие методики установки оценивается менее чем в одну секунду.

Д.И.Соловьев (ОИЯИ) представил в своем докладе сепаратор GASSOL и его использование в постановке химических экспериментов.

Научный руководитель телескопа ART-XC имени М.Н.Павлинского профессор РАН А.А.Лутовинов рассказал о результатах проекта "Спектр-РГ". Космическая рентгеновская обсерватория была запущена в 2019 году. "Замечу, что масштабы, с которыми работаем мы, в 70 раз больше, чем те сверхтяжелые элементы, которые ищете вы. Но физика одна и та же", - отметил Александр Анатольевич в начале своего выступления. "Основными источниками рентгеновского излучения считаются сверхмассивные черные дыры, скопления галактик, межзвездная среда и аккрецирующие нейтронные звезды. Все эти источники отмечены на карте, полученной после обзора "Спектр-РГ". Одна из задач обсерватории - зафиксировать крупные скопления галактик. "Считается, что во Вселенной должно быть примерно 100 тысяч крупных скоплений галактик. "Спектр-РГ" должен увидеть их все".

В первую часть программы второго дня совещания вошли доклады сотрудников Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н.Флерова: Г.М.Адамян, "Синтез тяжелейших ядер в реакциях слияния ядер ⁴⁸Ca, ⁵⁰Ti и ⁵⁴Cr с ядрами изотопов актиноидов"; А.В.Карпов, В.В.Сайко, "Синтез нейтронно-избыточных ядер вблизи замкнутых нейтронных оболочек N=126, 152 и 162"; Г.С.Княжева, "Постановка экспериментов по определению выхода тяжелых фрагментов в реакциях ²³⁸U + ²³⁸U и ²³⁸U + ²⁴⁸Cm"; И.В.Калагин, "Ускорители ЛЯР ОИЯИ для получения пучков стабильных и радиоактивных ионов"; С.Л.Богомолов, "Источник ECR-28 ГГц для получения высокоинтенсивных пучков тяжелых ионов вплоть до ²³⁸U. Ожидаемые результаты".

Во второй части были сделаны доклады о разработках российских научных центров: А.А.Тузов (НИИАР), "Наработка мишенных материалов - изотопов ²⁴⁸Сm, ²⁴⁹Bk и ²⁵¹Cf на реакторе СМ-3"; В.И.Завьялов (ВНИИЭФ), "Электромагнитный сепаратор для изотопного обогащения тяжелых актиноидов", В.А.Скалыга (ИПФ РАН), "Сильноточные ЭЦР ионные источники высокозарядных ионов и современные системы нагрева плазмы"; И.Ю.Родин (НИИЭФА), "Создание сверхпроводниковой магнитной системы для ЭЦР источника".

Третий день работы совещания был посвящен флагманскому проекту ОИЯИ - тяжелоионному коллайдеру NICA. В докладе о статусе проекта вице-директор Института В.Д.Кекелидзе отметил, что главная задача в 2021-м году - это интеграция бустера, ускорителя частиц, в общий ускорительный комплекс. В конце Года науки и технологий на ускорителе запланирован эксперимент: "Мы должны показать весь цикл инжекции пучка, его ускорения и вывода на уже работающую исследовательскую установку", - отметил Владимир Димитриевич. Первый этап в этой цепочке - монтаж канала перевода пучка из бустера в Нуклотрон. Сейчас этим занимаются физики из Новосибирска. В ближайшее время должен начаться и монтаж MPD (Multi-Purpose Detector) - одного из двух главных детекторов коллайдера в ОИЯИ.

Составным элементам мегапроекта ОИЯИ посвятили свои доклады Д.В.Дементьев - "Барионная материя на Нуклотроне", В.А.Киреев - "Многоцелевой детектор (MPD) на коллайдере NICA", А.В.Гуськов - "Детектор физики спина (SPD) на коллайдере NICA". Участникам совещания была предоставлена возможность увидеть создающийся в Лаборатории физики высоких энергий комплекс.

Евгений МОЛЧАНОВ,
в материале использованы публикации портала "Научная Россия",
фото Елены ПУЗЫНИНОЙ