В Северной Америке и Японии также действуют и разрабатываются новые установки ISOLDE.

ISAC - проект осуществляется в Ванкувере (Канада).

В качестве первичного ускорителя протонов используется синхротрон с энергией 500 МэВ и током 100 мА. В качестве ускорителя вторичных частиц линейный ускоритель с энергией 1.5 Мэв/нуклон на первом этапе. Предполагается в дальнейшем поднять энергию линейного ускорителя до 6.5 Мэв/нуклон. В настоящее время на синхротроне получен пучок с энергией 500 Мэв и током 10мА. Этот проект аналогичен европейским проектам REX-ISOLDE и SIRIUS.

HRIBF (Holifield Radioactive Ion Beam Facility) - проект реализуется в ORNL (Ок Ридж, США).

Первичный ускоритель – циклотрон ускоряющий пучки протонов, дейтронов и -частиц до энергий от 50 до 100 Мэв и током до 20 мА. Вторичные пучки ускоряются с помощью тандема на 25 Мэв.

RIA (Rare Isotope Accelerator) - проект реализуется в ANL (Чикаго, США).

Первичный пучок тяжелых ионов вплоть до урана ускоряется до энергии 400 Мэв/нуклон. Этот пучок фрагментируют на толстой мишени, выдерживающей большие токи пучка и затем, после разделения с помощью магнитного сепаратора, тормозится в газовой среде. Получающийся низкоэнергетичный пучок однократно заряженных ионов затем с помощью линейного ускорителя ускоряется до энергии 15 Мэв/нуклон. Такой метод позволяет получать короткоживущие изотопы. Он не будет зависеть от химических свойств ускоряемых частиц.

JHF (Japan Hadron Facility) - проект реализуется в JAERI (Токаи, Япония).

Предполагается использовать протонный синхротрон с энергией 3Гэв и током 300 мА как источник первичного пучка и затем ускорять пучки радиоактивных ядер с помощью линейного ускорителя до энергии 9 Мэв/нуклон. Проект аналогичен европейским проектам REX-ISOLDE и SIRIUS.

GSI (Gesselshaft fuer Schwerionenforshung) - ускорительный комплекс в Дармштадте, Германия.

Рис. 4.12. Ускорительный комплекс GSI

Расположение ускорительного комплекса и экспериментального оборудования показано на рис. 4.12.  Линейный ускоритель UNILAC инжектирует частицы с энергией 1 - 5 МэВ/нуклон в сверхпроводящий синхротрон SIS (Schwerionen Synchrotron), который ускоряет ионы от водорода до урана в диапазоне энергий от 50 кэВ/нуклон до 4.5 ГэВ/нуклон. Максимальная энергия определяется максимальной магнитной жесткостью системы SIS - H=18 Т·м. Пучок из ускорителя SIS фокусируется на мишени на входе фрагмент-сепаратора FRS. Толщина мишени варьируется от 1 до 10 г/м² в зависимости от типа налетающей частицы и ее энергии. На мишени происходит фрагментация первичного пучка. Время сепарации около миллисекунды, поэтому возможно получение и исследование вторичных частиц с периодами полураспада порядка долей миллисекунды, независимо от химических свойств элемента. Вторичный пучок может исследоваться в различных фокальных точках FRS, инжектироваться в накопительное кольцо ESR (Experimental Storage Ring) или направляться непосредственно в экспериментальные залы. Интенсивность ускоренного пучка на выходе SIS в импульсе составляет ~ 2·10¹¹ c^-1 для неона и легких ядер, и уменьшается до 4·10¹⁰ c^-1 для урана.
    Экспериментальные возможности GSI показаны в табл. 4.3.
    Метод ISOL позволяет получать пучки ионов ускоренных до энергии ~ 60 кэВ с последующей сепарацией их в магнитном поле.

Таблица 4.3. Экспериментальные возможности GSI

Фильтр скоростей SHIP (Separator for Heavy Ion Reaction Products) установлен на пучке тяжелых ионов и сепарирует частицы в зависимости от их скорости (рис.4.13).

Рис. 4.13. Схема сепаратора скоростей SHIP

    Сепаратор состоит из двух электрических и четырех магнитных диполей и двух квадрупольных триплетов. Длина сепаратора от мишени до детекторов составляет 11 м. Радиус колеса мишени ~ 155 мм и оно вращается синхронно с микроструктурой пучка ускорителя. Детектирующая система состоит из двух детекторов вторичных нейтронов по времени пролета и позиционно-чувствительного кремниевого детектора. Время пролета продуктов реакции через сепаратор SHIP составляет 2 мкс. Более подробное описание сепаратора можно найти в работе [H.Folder et al. Nucl. Instr. And Meth. A362, 1955, p.64].
    Пучок вторичных частиц, полученный на выходе FRS, предназначен для экспериментов в фокальной плоскости. В экспериментальных залах расположены измерительные установки: Heidelberg-GSI Crystal Ball, магнитный спектрометр Aladin, нейтронный детектор LAND.

GANIL (Grand Accelerateur National d'Ions Lourds) - ускорительный комплекс во Франции.

Пучок тяжелых ионов с энергией до 95 МэВ/нуклон фрагментирует на тонкой мишени, продукты реакции фокусируются с помощью сверхпроводящих линз и устройство SISSI увеличивающего интенсивность полезного пучка в 10 раз. Отобранные ионы детектируются с помощью устройства LISE.

ACCULINNA (АКУЛИНА) - масс-сепаратор в ЛЯР ОИЯИ (Дубна, Россия).

Масс-сепаратор АКУЛИНА на пучке циклотрона У-400М дает хорошие возможности для получения вторичных пучков высокого качества (см. табл. 4.4). Радиоактивные пучки получаются в результате первичного ускорения на циклотроне У-400М ионов ⁷Li, ¹¹B, ¹³C, ¹⁵N, ¹⁸O. Основным преимуществом комплекса является высокая интенсивность первичного пучка, которая в непрерывном режиме облучения поддерживается на уровне 2.4·10¹¹ с^-1. Ионно-оптическая схема масс-сепаратора АКУЛИНА, а также ряд вспомогательных средств диагностики вторичных пучков позволяют фокусировать вторичные пучки на мишень площадью 0.8 см². Энергетический разброс пучков вторичных частиц составляет ~5%. Дополнительное измерение времени пролета ионов дает возможность повысить точность измерения энергии детектируемых ионов до 1%.

Таблица 4.4. Характеристики вторичных пучков, полученных в ОИЯИ

    В ОИЯИ реализуется проект, в котором первоначальным источником тяжелых ионов является циклотрон У-400М. После облучения мишени и анализа продуктов фрагмент-сепаратором пучок попадает в накопительное кольцо К4 с электронным охлаждением (рис. 4.14).

Характеристики пучков накопительного кольца К4 лаборатории им Г.Н.Флерова (ОИЯИ, Дубна) приведены в табл. 4.5.

Таблица 4.5. Характеристики пучков накопительного кольца К4 лаборатории ядерных реакций им. Г.Н.Флерова ОИЯИ, Дубна

RIKEN (Япония)

Схематически проект показан на рис. 4.15.

Рис. 4.15. План ускорительного комплекса RIKEN

Ускорительная система состоит из двух сверхпроводящих циклотронов SCR-4 и SCR-6 с четырьмя и шестью секторами соответственно, в которые поступит пучок из функционирующего в настоящее время циклотрона RRC. Легкие ионы будут ускоряться до энергии ~ 400 МэВ/нуклон, а наиболее тяжелые - до 150 МэВ/нуклон. Пучки тяжелых ионов, полученные на следующем этапе трансформируются в пучки радиоактивных ионов в сепараторном комплексе (Big RIPS - Radioactive Ions Projectile-fragment Separator), который состоит из двух линий - RIPS M и RIPS II. RIPS M после соответствующего разделения направляет их в накопительные кольца MUSES. RIPS II представляет собой два независимых канала. Накопительные кольца MUSES (Multi-USe Experimental Storage Rings) имеют 4 независимых кольца с электронным охлаждением, BSR -бустер циклотрон и DSR - двойное накопительное кольцо. В кольце ACR накапливаются и охлаждаются ядра, разделенные в сепараторе RIPS M. На этом кольце планируются эксперименты по спектроскопии низких энергий. После охлаждения в накопительном кольце ACR ионы инжектируются в BSR и ускоряются до энергий 1400 МэВ/нуклон. Затем они поступают в DSR для различных экспериментов с ускоренными пучками. В накопителе BSR также предусмотрено ускорение электронов до энергии 2.5 ГэВ, которые затем также поступают в кольца DSR. Основные требования, которым должны удовлетворять сверхпроводящие циклотроны, - обеспечить необходимую энергию (>100 МэВ/нуклон) пучков самых тяжелых ионов и достаточную их интенсивность для получения приемлемого количества вторичных частиц. Характеристики пучков в накопительных кольцах ACR и BSR приведены в табл. 4.6.

Таблица 4.6. Характеристики пучков в накопительных кольцах ASR и BSR

    DSR представляет собой два накопительных кольца, расположенных один над другим. Каждое накопительное кольцо содержит два прямолинейных участка. Эти прямолинейные участки каждого кольца пересекаются в двух точках, в которых предусмотрено столкновение накопленных частиц. Длина окружности накопительных колец составляет 258.4 м. Магнитная жесткость B = 14.6 Т·м. с максимальной величиной магнитного поля 1.5 Т. Такие параметры накопительного кольца позволяют иметь пучки протонов с энергией 3.5 ГэВ, пучки легких ионов (q/A = 0.5) с энергией 1.4 ГэВ/нуклон и 1.0 ГэВ/нуклон для ионов урана U⁹²⁺. Также могут накапливаться электроны с энергией 2.5 ГэВ. Одна из ключевых проблем, которая будет исследоваться на накопительных кольцах DSC – столкновения между протоноизбыточными (нейтроноизбыточными) ядрами и электронами. Цель этих экспериментов - исследование распределения заряда и массы ядер, удаленных от долины стабильности.
    При получении высокоспиновых пучков используется заполненный газом магнитный спектрометр [Y.Gono et al. Nucl. Phys. A557, 1993, p.341]. Основное назначение высокоспиновых пучков – получать в реакциях слияния низковозбужденные высокоспиновые состояния (J30).
    В RIKEN получают радиоактивные пучки, имеющие разные физические характеристики и предназначенные для разных типов экспериментов.

1. Пучки, образующиеся в результате фрагментации быстрых частиц на мишени.
2. Пучки поляризованных радиоактивных ядер.
3. Пучки высокоспиновых изомеров.

    Пучки первого и второго типов получаются в результате использования кинематики реакций. Продукты реакций, образующиеся в результате взаимодействия быстрой частицы с мишенью, летят в узком конусе в направлении, близком к направлению первичного пучка.
    Получение пучков поляризованных частиц основано на том, что продукты фрагментации всегда рождаются поляризованными. [K.Asahi et al. Phys. Lett B251, 1990, p.488; M.Okuno et al. Phys. Lett B335, 1994, p.29]. Это свойство было исследовано для некоторых изотопов. Использование специального устройства переворота спина делает пучок RIPS уникальным.

RIBLL (The Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou) - фрагмент-сепаратор на ускорителе тяжелых ионов (NLHIAL) в Ланджоу (Китай).

Рис. 4.16. Фрагмент-сепаратор RIBLL

Пучок тяжелых ионов с энергией 80 Мэв/нуклон получается на циклотроне и затем анализируется фрагмент-сепаратором RIBLL (рис.4.16), который состоит из 16 квадруполей и 4 диполей. Первичная мишень находится в камере T₀. Вторичная мишень может находиться либо в камере T₂, либо в камере T₁. В последнем случае вторая часть системы может служить в качестве спектрометра. Разрешение m/m < 3.3·10^-3. Этот комплекс дополняется накопительным кольцом и системой электронного охлаждения пучка.

Рис. 4.17. Ускорительный комплекс в Мичиганском университете

NSCL (National Superconducting Cyclotron Laboratory) - ускорительный комплекс в Мичиганском университете США).

    Ионы из ионного источника поступают в циклотрон К500. Ускоренные ионы из K500 поступают в циклотрон K1200, где происходит их дополнительная обдирка на тонкой углеродной пленке, установленной в центральной части циклотрона. Ускоренные ионы из циклотрона K1200 падают на мишень. Образующиеся в реакциях фрагментации радиоактивные ядра разделяются во фрагмент-сепараторе A1900. Селективность сепаратора такова, что позволяет выделить 1 "нужное" ядро из 10¹⁸ других продуктов реакций.
    Для дополнительной фильтрации пучка используется масс-сепаратор продуктов реакции (RPMS), в котором для селекции по скоростям используются скрещенные электрические и магнитные поля фильтра Вина. За фильтром Вина в RPMS установлен большой дипольный магнит, в котором происходит селекция частиц по отношения их массы к заряду. На траектории пучка в RPMS установлены две пары квадрупольных магнитов. Замедлитель ионов и ионная ловушка (LEBIT) служат для снижения энергии ионов, поступающих из масс-сепаратора и накоплении их в ионной ловушке.
    Продукты реакций - протоны и легкие ионы детектируются 4π детектором заряженных частиц (4π array) или сборкой кремниевых стриповых детекторов высокого разрешения (HiRA). Гамма-кванты регистрируются сцинтилляционными и полупроводниковыми детекторами. Медленные нейтроны детектируются сборками из гелиевых и борных детекторов (NERO), нейтроны бoльших энергий - сборками времяпролетных детекторов на жидких (Neutron walls) и пластиковых (MoNA) сцинтилляторах. Для измерения множественности нейтронов, их энергий и направлений вылета используется нейтронный калориметр (SuperBall). Кроме того используются магнитный спектрограф (S800), установка бета-ЯМР (beta-NMR) для измерения магнитных моментов ядер, установка для измерения малых периодов полураспада β-активных ядер (Beta-decay endstation), двухметровая камера рассеяния для исследования упругого и неупругого рассеяния радиоактивных ядер.