СУРС ПО ТЕМЕ

Нуклотрон

Установка предназначена для получения многозарядных ионов (ядер) с энергией до 6 ГэВ на нуклон, пучков протонов, а также поляризованных дейтронов.

Физические задачи

Нуклотрон является ускорительным комплексом Лаборатории физики высоких энергий (ЛФВЭ) и служит для ускорения ядер с различными атомными номерами до сравнительно высоких энергий (несколько Гэв на нуклон). Эти энергии относятся к области Релятивистской Ядерной Физики. Нуклоны (протоны и нейтроны) состоят из кварков, которые удерживаются в связанном состоянии за счет обменов глюонами. Энергии Нуклотрона, в принципе, достаточно, чтобы в соударениях ядер возникало сверхплотное ядерное вещество, настолько плотное, что в нем могли бы проявляться кварк-глюонные степени свободы.

При энергиях доступных на Нуклотроне, возможно проведение исследований как «горячей фазы» сверхплотного состояния ядерной материи (на пучках тяжелых ионов) так и «холодной фазы» (на пучках легких ядер). «Горячая фаза» ядерного вещества существовала на ранних стадиях эволюции нашей Вселенной (на временах ~ 10-6 с после Большого взрыва) и её свойства во многом определяют особенности современного строения Вселенной. В недрах массивных звезд ядерное вещество находится в «холодной фазе» сверхплотного состояния и от ёё свойств зависит эволюция звезд. Наличие у звезд огромных магнитных полей может приводить к тому, что поляризационные характеристики (свойства определяемые спинами частиц) могут играть ключевую роль, определяющую свойства ядерного вещества в центре звезд.

Принцип действия

Нуклотрон - это синхротрон с жесткой фокусирующей магнитной системой, использующий разработанные в ОИЯИ магниты со сверхпроводящимит обмотками. Нуклотрон был запущен в 1993 году.

История создания

В 1946 году в СССР приняли решение построить протонный синхроциклотрон на энергию 500– 700 МэВ, местом под строительство выбрали поселок Ново-Иваньково, который расположен в 125 км от Москвы. И спустя три года был произведен комплексный запуск синхроциклотрона.

Новая научная лаборатория получила название «Гидротехническая лаборатория» (впоследствии – Институт ядерных проблем АН СССР). Дальнейший рост поселка был вызван возникновением в 1951 году рядом с Институтом ядерных проблем АН СССР другой научной организации: Электрофизической лаборатории АН СССР и началом строительства крупнейшего по тем временам нового ускорителя: протонного синхрофазотрона на 10 ГэВ (синхрофазотрон – протонный синхротрон, циклический резонансный ускоритель протонов с орбитой постоянного радиуса, растущим во времени управляющим (ведущим) магнитным полем и переменной частотой ускоряющего напряжения). Эти два научных учреждения явились базой Объединенного института ядерных исследований. 26 марта 1956 года в Москве представителями правительств 11 стран учредителей было подписано Соглашение об образовании ОИЯИ, призванного объединить научный и материальный потенциал стран участниц для изучения фундаментальных свойств материи. В этом же году научный городок вместе с рабочими поселками стал городом Дубна.

Лаборатории Института получили сокращения: ЛВЭ (Лаборатория высоких энергий), ЛЯП (Лаборатория ядерных проблем). Синхрофазотрон на энергию протонов 10 ГэВ был запущен в апреле 1957 г., в то время это был самый крупный ускоритель в мире.

Программа исследований на Синхрофазотроне была подготовлена и осуществлялась под руководством В.И. Векслера, М.А. Маркова и И.В. Чувило. Эксперименты были нацелены, в первую очередь, на изучение процессов упругого рассеяния при предельно малых и предельно больших передачах импульса и множественного образования частиц в адрон-нуклонных взаимодействиях. Позднее, А.М. Балдин, директор Лаборатории с 1968 г. по 1997 г., предложил новое направление исследований процессов взаимодействий, в которых проявляется кварковая структура ядер - релятивистская ядерная физика.

Развитие Синхрофазотрона позволило использовать для физических исследований в 1971 году ускоренные дейтроны. Затем, с вводом в строй нового инжектора – линейного ускорителя на 20 МэВ, уникальных электронно-лучевого и лазерного источников высокозарядных ионов, а также источника поляризованных дейтронов, физики получили пучки легких ядер вплоть до серы, а также пучки поляризованных нуклонов и дейтронов. Наличие пучка поляризованных дейтронов и протонной поляризованной мишени позволило проводить исследования в области спиновой физики.

Параметры Нуклотрона

Ускоряемые ядра – 1<Z<92; энергия выведенного пучка – 6 (A/Z=2) ГэВ/нуклон; интенсивность – до 1013 частиц/цикл; потребляемая мощность – 1.5 МВт.

Примером современной установки, на которой ведутся исследования примеси странного кваркового моря в нуклонах, поиски экзотических связанных состояний (пентакварков) и целый цикл работ по исследованию легких гиперядер, является установка NIS .

Уникальной особенностью ускорительного комплекса ЛФВЭ является наличие пучков поляризованных дейтронов и нейтронов, а также возможность работать с поляризованной протонной мишенью и целым набором криогенных мишеней.