CERN запустил усовершенствованный изотопный сепаратор

В CERN возобновились эксперименты на установке HIE-ISOLDE, предназначенной для создания пучков ионов высоких энергий, состоящих строго из одного изотопа. По сравнению с прошлым годом, энергия ионов увеличилась в 1,4 раза — до 7,5 мегаэлектронвольт на нуклон. Среди научных целей эксперимента — исследование свойств экзотических изотопов, рождающихся во взрывах сверхновых. Об этом сообщает пресс-релиз организации.

ISOLDE (Isotope Separator On-Line Detector) — серия экспериментов по исследованию свойств изотопов. Особенность установки в том, что она позволяет исследовать частицы в очень широких пределах масс и зарядов: за время работы эксперимента были получены моноизотопные пучки свыше 600 различных изотопов 70 элементов. Схема работы генератора пучков выглядит следующим образом. В установку попадают протоны из бустера протонного синхротрона, разогнанные до 1,4 гигаэлектронвольта. На их пути располагается мишень, атомы которой взаимодействуют с протонами пучка и формируют ионы более тяжелых изотопов. Затем происходит разделение продуктов реакции — ионы испаряются и их уносит от мишени электрическое поле. Попав в электромагнит, частицы разделяют согласно их массе, формируя изотопно-чистый пучок материи.

В 2015 году физики начали усовершенствование ISOLDE и установили новый сепаратор с криомодулями сверхпроводящих резонаторов для ускорения пучка. Всего планируется установить четыре таких модуля. К началу экспериментов 2017 года инженеры установили третий криомодуль, подняв энергию частиц с 5,5 до 7,5 мегаэлектронвольт на нуклон. Рост энергии увеличивает максимально допустимое массовое число изотопов, исследуемых на HIE-ISOLDE — если в прошлом году оно составляло 142 (соответствует атомной массе самых легких лантаноидов), то в этом году оно достигнет 200 (ртуть). 

Эксперименты ISOLDE функционируют с 1965 года. Благодаря им физики уточнили массы сотен изотопов, исследовали редкие ядра гелия, лития и бериллия с нейтронными гало (часть нейтронов находится не в ядре, а на периферии), провели атомную спектроскопию франция (в секунду установка рождает больше франция-223, чем находится в 10 тоннах урановой руды). В планах ученых исследование спектроскопических свойств изотопов ¹⁸N, образующихся в результате быстрого захвата нейтронов во время взрывов сверхновых второго типа, иначе называемого r-процессом. 

Первый эксперимент 2017 года на HIE-ISOLDE — исследование столкновений ядер селена-72 и платины. Физики изучат электромагнитные взаимодействия между частицами, а также определят их геометрическую форму (шарообразны их ядра, или сплющены).

С запуском одного из экспериментов ISOLDE — соленоидального спектрометра — связана интересная история. Для создания установки физикам потребовался сверхпроводящий магнит с индуктивностью четыре тесла. Стоимость таких приборов очень высока, но ученым удалось найти старый аппарат для МРТ, который планировала списать больница в Австралии. В нем был установлен магнит подходящей мощности и размеров. Вместо покупки нового оборудования физики просто перевезли и переоборудовали списанный магнит, сэкономив на этом более миллиона евро.

Владимир Королёв