DRIBs: проведен первый эксперимент

Опубликовано в еженедельнике ОИЯИ "Дубна" N 10 (2005)

"Первые эксперименты на комплексе DRIBs" - этой теме посвящен общелабораторный семинар, который проходит сегодня в конференц-зале Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н.Флерова. На нем выступят с докладами: академик Ю.Ц.Оганесян расскажет о постановке опытов на комплексе DRIBs и планах дальнейших работ с пучком гелия-6; Г.Г.Гульбекян - о получении пучка ионов гелия-6 и повышению интенсивности пучка; результаты первых экспериментов по взаимодействию гелия-6 с ядрами Au и Pb доложит Ю.Э.Пенионжкевич.

Международный год физики в Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н.Флерова начался хорошим известием - успешно прошел первый эксперимент на новой установке DRIBs, получены убедительные результаты. Этапы создания установки наша газета отслеживала в течение двух лет.

Мы рассказывали о модернизации 120-метрового канала транспортировки пучка, новых технических решениях, пуско-наладочных работах. И вот, в канун Нового года прошел первый сеанс. Выдержка из лабораторного сообщения по-научному сухо информирует: "На ускорителе У-400М при бомбардировке бериллиевой мишени были получены радиоактивные частицы гелия-6, которые диффундировали из разогретого стоппера и после ионизации транспортировались во второй ускоритель У-400 и ускорялись в нем до энергии10-12 Мэв/нуклон". Далее пучок взаимодействовал с ядрами золота-197. За комментариями мы обратились к начальнику сектора профессора Ю.Э.Пенионжкевичу.

Прежде всего, Юрий Эрастович, расскажите о мировых тенденциях исследований, благодаря которым возникла идея создать DRIBs.

Сейчас во многих направлениях ядерной физики стабильные пучки, которые имеются и в нашей лаборатории, и в других научных центрах, уже не дают возможности продвигаться дальше в исследовании экзотических ядер. В области сверхтяжелых элементов физики пошли по пути использования радиоактивных мишеней из кюрия, плутония. Есть и другой путь - использовать стабильные мишени, но получать радиоактивные пучки, то есть, ядра, обогащенные нейтронами. Например, гелий-6, радиоактивное ядро, живет меньше секунды, но его получают, ускоряют и с ним проводят исследования.

Какими техническими параметрами характеризуется DRIBs?

Что касается технической стороны дела, интенсивность первых пучков DRIBs составляет 5х10⁶ частиц в секунду. Энергетическое разрешение этого пучка меньше одного процента.

Что стоит за этими цифрами?

Когда мы говорим об использовании пучков, прежде всего, имеем в виду их интенсивность. Если это будет "один мезон в сезон", на таких пучках ничего не получишь. Интенсивность пучков кальция-48, на которых работает группа академика Ю. Ц. Оганесяна, примерно 10¹³ нуклонов в секунду, это очень мощные пучки. Вообще-то мы планировали получить интенсивность порядка 10⁸ частиц в секунду. По объективным причинам мы не нарастили такой мощности. Во-первых, потому что наш ускоритель расположен в рабочем корпусе, мы работаем при пониженных интенсивностях рабочего пучка из-за радиационной безопасности. Если бы нам разрешили эвакуировать других сотрудников, мы бы увеличили интенсивность в 10-15 раз совершенно спокойно. Во-вторых, технические причины. Следующий сеанс на DRIBs будет уже приближаться к запланированным параметрам. Но даже сейчас мы имеем мировой рекорд по интенсивности таких пучков по сравнению с другими научными центрами мира - GANIL, RIKEN, GSI.

Так чем же интересен пучок гелия-6?

Гелий-6 очень интересная частица, она относится к классу ядер с нейтронным гало. В обычных ядрах нейтроны и протоны "перемешаны", а у этого нуклоны формируют компактный кор - альфа-частицу, которая окружена двумя слабо связанными с ней нейтронами. У этой частицы большой радиус, и с этим связана очень большая вероятность протекания различных реакций. Теперь, мы можем с ней поработать.

Надо думать, физиков давно интересовал гелий-6?

Последние лет 8-9 этой частицей занимаются все - и теоретики (трехчастичный процесс - альфа-частица и два нейтрона - описывается легче), и физики, потому что ее было относительно легко получить. В результате этих исследований доказано, что в ней действительно два нейтрона связаны как динейтрон. Это интересно тем более, что, исследовав гелий-6, мы можем экстраполировать его свойства на более тяжелые ядра - литий-11, бериллий-14 и так далее. Кроме того, если такие свойства существуют, они должны проявляться во взаимодействии с другими ядрами, сильно увеличить сечение взаимодействия. Это тоже очень интересно для самых разных физических экстраполяций, в том числе для синтеза сверхтяжелых элементов, потому что кальций-48 - это тоже ядро-гало кальция-40 и 8 нейтронов на оболочке. Может, там происходит то же, что на гелии-6, поэтому физики всегда стремятся изучать сначала более простые системы.

Наш сектор, который приступил к исследованиям на DRIBs, имел богатые традиции в изучении таких ядер. Более десяти лет назад мы получили водород-4, изучали свойства гелия-6, гелия-8. Кроме того, мы располагаем хорошей аппаратурой. Например, в секторе имеется уникальный магнитный спектрометр МСП-144, обладающий высоким энергетическим разрешением и светосилой. Этот прибор позволяет прецизионно измерить характеристики ядерных реакций. Модернизированные ускорители, составляющие основу комплекса DRIBs, уникальный по интенсивности и энергетическому разрешению пучок гелия-6, прецизионные спектрометры позволили нам получить новые результаты.

Какая цель преследовалась данным экспериментом, удалось ли ее достичь?

Во-первых, надо было еще раз показать, что это ядро имеет гало из двух нейтронов. Как раз с помощью магнитного спектрометра нам удалось измерить импульсное распределение гелия-4, образующееся в результате распада гелия-6. Если два нейтрона существуют отдельно, слабо связаны, у гелия-4 должно быть очень узкое импульсное распределение. Если эти же нейтроны находятся близко к кору, распределение должно быть "размытым", широким. Нам удалось с очень высокой точностью измерить ширину импульсного распределения и однозначно показать, что, действительно, в этом ядре существует кор. Мало того, из ширины этого распределения мы можем определить радиус ядра-гало, эти данные обрабатываются.

Следующий вопрос связан с сечением этих реакций. Как эти два нейтрона влияют на взаимодействие с другими ядрами?

Существуют различные расчеты, которые предсказывают вероятность образования составного ядра при разных энергиях в зависимости от предположений о структуре гелия-6. В 1995 году нами было показано, что имеет место процесс усиления вероятности слияния ядра гелия-6 при энергиях ниже кулоновского барьера, где вообще не должно быть слияния. В экспериментах на DRIBS мы облучали тяжелую мишень гелием-6 и получили колоссальное сечение слияния под барьером, почти 100 миллибарн. Это еще один результат, который мы получили, - усиление подбарьерного слияния с ядром гелия-6, гало усиливает вероятность реакции. Для сравнения мы проделали тоже самое с обычным ядром лития-6 - такого эффекта нет. В дальнейшем, при повышении интенсивности пучка на DRIBs мы надеемся получить более детальную информацию о подбарьерном взаимодействии легких экзотических ядер.

Этот эксперимент был также поставлен в сотрудничестве с другими учеными?

Да, и они нам очень помогли. Например, возникла чисто физическая проблема - диагностика размера пучка, который инжектируется в циклотрон. Обычно мы работаем с пучками большой интенсивности. Здесь интенсивность гораздо меньше, возникают трудности визуализации и настройки - пятно ушло, сжалось и так далее. У нас таких систем не было. В сотрудничестве с физиками Ереванского университета была сделана камера, которая позволяет видеть в режиме он-лайн размеры, форму, координаты пучка. В наладке детектора помогли нам коллеги из ИЯФ (Алма-Аты, Казахстан). Свою электронику с системой накопления информации поставили чешские коллеги из ИЯИ (Ржеж).

То есть, если подытожить сказанное в одной фразе...

...Установка создана, проведен первый эксперимент, получены новые уникальные физические результаты!

11 марта результаты первых экспериментов на ускорительном комплексе DRIBs доложены на общелабораторном семинаре Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н.Флерова. На этом же семинаре обсуждались перспективы исследований на DRIBS и, как отметил в своем выступлении академик Ю.Ц.Оганесян, первые эксперименты на этой установке показали новую возможность проведения экспериментов с пучками радиоактивных ядер на самом высоком мировом уровне.

Галина Мялковская