Рекордные параметры охлаждения тяжелых ионов получили в эксперименте на первой в России системе электронного охлаждения тяжелых ионов специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), 27 декабря сообщает пресс-служба ИЯФ СО РАН.

Задача системы электронного охлаждения — сжать пучки тяжелых заряженных частиц в ионных ускорителях, чтобы повысить эффективность эксперимента за счет повышения плотности частиц в охлажденном пучке. Чем больше частиц в пучке — тем большее количество интересных событий увидят физики при их столкновении друг с другом или со статичной мишенью.

Система электронного охлаждения тяжелых ионов в эксперименте BARIONIC MATTER @ NECLOTRON позволила в 2 раза увеличить скорость набора событий, то есть эффективность эксперимента.

Предложенный в ИЯФ СО РАН академиком Г. И. Будкером метод электронного охлаждения для уменьшения разброса частиц по импульсам стал одним из важнейших инструментов для повышения качества ионных пучков при изучении плотной кварк-глюонной плазмы.

Заместитель директора ИЯФ СО РАН по научной работе Евгений Левичев пояснил:

«Метод электронного охлаждения позволяет в тысячи раз уменьшить фазовые объемы охлаждаемых пучков. Для этого холодные электроны направляются магнитным полем из электронной пушки в кольцо ускорителя, в случае эксперимента в Дубне, это сверхпроводящий бустерный синхротрон. Здесь они соединяются с горячими ионами, некоторое время движутся по кольцу вместе и за счет столкновений охлаждают ионы».

Поскольку неохлажденный пучок ионов занимает большую часть поперечного пространства камеры, то добавлять в него новые частицы малоэффективно. Но если ионы охладить, то, сжавшись в тонкий шнур, они освободят место для еще одной инжекции частиц, что существенно повысит плотность энергии пучка.

«За счет этого можно накапливать в десятки раз больше частиц. Ни одна научная организация в мире не умеет делать оборудование такого класса,  — заявил Евгений Левичев. — Электронные системы охлаждения открыли настолько широкие перспективы, что в настоящее время ионные накопители без них практически не используются».

Замначальника Ускорительного отделения по научной работе Лаборатории физики высоких энергий им. В. И. Векслера и А. М. Балдина (ЛФВЭ) ОИЯИ Анатолий Сидорин отметил, что в последнем сеансе 2022–2023 годов оптимизация работы всех систем позволила получить рекордную для «Нуклотрона» интенсивность пучка ядер ксенона (свыше 107 ядер за цикл), ускоренных до энергии 3,9 ГэВ/нуклон.

Также в течение более месяца ускорительный комплекс стабильно отработал на эксперимент BM@N (Baryonic Matter at Nuclotron). На энергии 3,9 ГэВ/нуклон было зафиксировано около 500 млн событий, а на энергии 3 ГэВ/нуклон еще примерно 50 млн.

Исполняющий обязанности директора ЛФВЭ ОИЯИ Андрей Бутенко уточнил:

«Проведен широкий цикл прикладных исследований по программе коллаборации ARIADNA (Applied Research Infrastructure for Advance Development at NICA fAcility). Последовательно исследовались защитные свойства, радиационная стойкость и радиомодификация новых композитных материалов для космической отрасли, радиационные модификации в сапфирах (Al₂O₃), политерафторэтиленовых, полиэтилентерефталатных, полиэтиленовых и полиамидных пленках».

Кроме того, для изучения возможности повышения критического тока было выполнено облучение лент ВТСП (высокотемпературный сверхпроводник). В рамках программы PLANTS AND VEGETATION IN SPACE были облучены 16 контейнеров с семенами различных растений.

Выполнен активационный анализ материалов при облучении их релятивистскими (со скоростями, близкими к скорости света) тяжелыми ионами. На станции облучения чипов (СОЧИ), которая расположена на выходе линейного ускорителя, было проведено облучение термо-радиационно-модифицированных политетрафторэтиленовых пленок ионами ксенона.

Проведены исследования взаимодействия пучка ксенона двух энергий с внутренними мишенями «Нуклотрона» из вольфрама и серебра, — перечислил Андрей Бутенко основные выполненные за этот период исследования.

«Успешная работа системы электронного охлаждения позволила сформулировать концепцию дальнейшего повышения интенсивности ускоренных пучков тяжелых ионов, состоящую в накоплении пучка на энергии инжекции в продольной фазовой плоскости с электронным охлаждением. Увеличение интенсивности ускоренных пучков является принципиальным для работы коллайдера тяжелых ионов, ввод которого в эксплуатацию запланирован на 2025 год», — прокомментировал полученные результаты Анатолий Сидорин.

Предложенный и впервые реализованный в ИЯФ СО РАН им. Г. И. Будкера метод электронного охлаждения теперь применяется во многих зарубежных научных центрах, но в России это было первое применение электронного охлаждения в ядерно-физическом эксперименте.

«Идея метода электронного охлаждения была предложена организатором и первым директором ИЯФ СО РАН академиком А. М. Будкером в 1966 году. Здесь же ее и реализовали на модели ускорителя — установке НАП-М (Накопитель антипротонов, модель), —прокомментировал это важное событие главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН академик РАН Василий Пархомчук. — Весь мир приезжал к нам, чтобы посмотреть, как работает метод, поучиться у нас. За всё время мы сделали несколько подобных систем для различных мировых научных центров — этого достаточно, чтобы говорить о мировом лидерстве ИЯФ СО РАН в данной области. Хотя технология у всех систем одинаковая, для каждого отдельного проекта мы создаем уникальное оборудование. Наши установки работают в России, Китае и Европе, в том числе в ЦЕРН и ОИЯИ».