История ускорителей. Ускорители тяжелых ионов для прикладных задач и промышленного применения.

• Борис Николаевич Гикал (ОИЯИ)

Синтез сверхтяжелых элементов: цели методы и задачи

• Александр Владимирович Карпов (ОИЯИ)

Повышенная стабильность сверхтяжелых элементов обусловлена ​​существованием «Острова стабильности» — предсказанной во второй половине 1960-х годов гипотетической области на ядерной карте с центром в районе Z=114 и N=184. Подтверждение существования Острова стабильности сверхтяжелых элементов стало одним из важнейших результатов экспериментов по синтезу сверхтяжелых ядер на пучке 48Ca, выполненных в ЛЯР ОИЯИ в 1999-2016 гг. Сегодня ранее открытые сверхтяжелые элементы стали доступны для детального изучения их свойств благодаря созданию новых ускорительных комплексов, таких как Фабрика сверхтяжелых элементов (СТЭ) в ОИЯИ. Синтез новых, еще более тяжелых элементов и связанный с ним поиск границ существования химических элементов остается актуальной задачей ядерной физики. В докладе обсуждаются выполненные и планируемые исследования на Фабрике СТЭ.

Основы классической теории электромагнетизма для ускорителей заряженных частиц

• Вячеслав Сергеевич Дюбков (НИЯУ МИФИ)

Лекция посвящена изложению основных положений классической электродинамики (уравнений Максвелла) и их приложению к ускорителям заряженных частиц. Будут рассмотрены уравнения Максвелла в обобщенных ортогональных системах координат, которые при наличии граничных и начальных условий должны быть решены, как правило численно, при проектировании ускоряющих (ускорители заряженных частиц) и замедляющих (генераторы СВЧ сигналов) систем. Также будут затронуты основы специальной теории относительности и скин-эффект.

Основы классической теории электромагнетизма для ускорителей заряженных частиц

• Вячеслав Сергеевич Дюбков (НИЯУ МИФИ)

Лекция посвящена изложению основных положений классической электродинамики (уравнений Максвелла) и их приложению к ускорителям заряженных частиц. Будут рассмотрены уравнения Максвелла в обобщенных ортогональных системах координат, которые при наличии граничных и начальных условий должны быть решены, как правило численно, при проектировании ускоряющих (ускорители заряженных частиц) и замедляющих (генераторы СВЧ сигналов) систем. Также будут затронуты основы специальной теории относительности и скин-эффект.

Основы динамики заряженных частиц в электромагнитных полях

• Михаил Михайлович Шандов (ОИЯИ)

Источники многозарядных ионов

• Сергей Леопольдович Богомолов (ОИЯИ)

В лекции рассмотрены источники многозарядных ионов различных типов. Во введении даны основные понятия физики плазмы и атомной физике применительно к источникам многозарядных ионов, рассмотрены основные процессы образования и потерь многозарядных ионов в плазме ионного источника. Рассмотрены принцип действия и устройство современных источников многозарядных ионов: ECR (Electron Cyclotron Resonance), EBIS (Electron Beam Ion Source), LIS (Laser Ion Source). Дан краткий обзор работ по развитию источников многозарядных ионов на основе электронно-циклотронного резонанса (ECR) в ЛЯР ОИЯИ. Рассмотрены методы получения пучков ионов твердых веществ из источников ЭЦР типа.

Линейные ускорители тяжелых ионов

• Тимур Вячеславович Кулевой (НИЯУ МИФИ)

В лекции представлен краткий исторический обзор и основные направления развития линейных ускорителей, а также примеры современных проектов ускорительных комплексов на базе линейных ускорителей тяжелых ионов

Коллайдеры

• Валерий Анатольевич Лебедев (ОИЯИ)

В лекции будут рассмотрены краткая история развитие коллайдеров, их основные типы, и основные ускорительные технологии, на которых базируется работа коллайдеров.

Циклотрон против синхротрона

• Виктор Леонидович Смирнов (ОИЯИ)

Проводится качественное сравнение технического устройства синхротронов и циклотронов с затрагиванием методов моделирования динамики пучка в них

Сверхпроводящие медицинские циклотроны

• Виктор Леонидович Смирнов (ОИЯИ)

Дан обзор современных сверхпроводящих циклотронов для медицинских применений с упором на их особенности и физико-технические решения, позволившие им быть успешно реализованными, с затрагиванием методов моделирования динамики пучка в них.

Применение циклотронов: трековые мембраны и иные нано- и микропористые структуры

• Павел Юрьевич Апель (ОИЯИ)

Газонаполненные сепараторы в экспериментах по синтезу сверхтяжелых элементов

• Дмитрий Игоревич Соловьев (ОИЯИ)

Получаемые на ускорителях пучки тяжелых ионов активно используются для изучения структуры ядра и синтеза новых экзотических изотопов. Однако, для регистрации ядер их необходимо отделить от высокоинтенсивного пучка налетающих ионов, который может повредить практически любую детектирующую аппаратуру. В области изучения реакций полного слияния, приводящих к образованию сверхтяжелых ядер, наиболее часто для подавления пучка используются газонаполненные сепараторы. В данной лекции описывается принцип их работы и рассмотрены три установки Лаборатории ядерных реакций - сепаратор DGFRS, на котором были синтезированы 5 новых элементов, сепаратор DGFRS-2, активно используемый прямо сейчас, и сепаратор GASSOL, эксперименты на котором начнутся в 2025-2026 году.

Ускоряющие и высокочастотные системы ускорителей

• Михаил Владимирович Лалаян (НИЯУ МИФИ)

В лекции будет рассказано о том, зачем в ускорителях используются электромагнитные поля СВЧ диапазона. Будет дано общее представление о ускоряющих структурах – высокочастотных устройствах, предназначенных для передачи энергии пучку заряженных частиц: ускоряющие волноводы (ускорение на бегущей волне)/ ускоряющие резонаторы (ускорение в поле стоячей волны), перечислены основные электродинамические характеристики ускоряющих структур, принципы создания и приведены примеры реализации ускоряющих структур на низкие фазовые скорости и для релятивистских частиц, для линейных ускорителей и для кольцевых ускорителей. Будет дан обзор физических принципов работы и особенностей используемых в настоящее время приборов, предназначенных для генерации СВЧ-полей большой мощности (электронно-вакуумных и полупроводниковых) и систем передачи СВЧ энергии ускорителей - принципы построения, применяемые устройства для управления и измерения параметров электромагнитных волн.

Ускоряющие системы

• Дмитрий Сергеевич Белозёров (ОИЯИ)

Физический процесс ускорения элементарных частиц под действием электрического поля, от простых систем к циклотронам. Использование коаксиальных структур в циклотронах ЛЯР. Методы ввода мощности и мониторинга рабочих параметров ускоряющих систем. Банчировка пучка ионов перед ускорением.

Применение теплых магнитов в системах ускорительного комплекса

• Иван Анатольевич Иваненко (ОИЯИ)

Для управления пучками заряженных частиц в процессе их ускорения или транспортировки используются магнитные поля заданной конфигурации. Источником магнитных полей в зависимости от поставленных задач могут служить как постоянные магниты, так и электромагниты, а также их комбинации. Использование того или иного типа магнитов зависит от многих факторов, основными из которых являются степень сложности производства и эксплуатационные качества. В лекции рассматриваются факторы применимости теплых магнитов в системах ускорительного комплекса.

Сверхпроводящие магниты

• Сергей Александрович Костромин (ОИЯИ)

Системы инжекции вывода и транспортировки пучков заряженных частиц в циклотронном комплексе

• Иван Анатольевич Иваненко (ОИЯИ)

Системы инжекции, вывода и транспортировки пучков заряженных частиц являются важными элементами циклотронного комплекса, во многом определяющие его эффективность. Это следует из того что основные потери пучка происходят именно при его инжекции и в процессе вывода из циклотрона. Система транспортировки пучков заряженных частиц является отдельным элементом ускорительного комплекса и отвечает за эффективную доставку инжектируемых или ускоренных пучков до заданной точки. В лекции рассматриваются различные варианты систем инжекции и вывода, а также основные принципы построения линий транспортировки.

Особенности конструкции, специфика разработки и изготовления циклотронов ЛЯР ОИЯИ

• Максим Алексеевич Бычков (ОИЯИ)

Вторичные пучки (пучки радиоактивных изотопов)

• Сергей Анатольевич Крупко (ОИЯИ)

Возможности получения вторичных пучков (пучков радиоактивных изотопов) в первую очередь определяют горизонт доступности для исследования ядер вблизи и за границей нуклонной стабильности. Рассмотрим методы получения вторичных пучков, их свойства, методы формирования и очистки. Сформулируем подходы к работе с учетом особенностей присущих вторичным пучкам.

Диагностика пучков тяжелых ионов

• Аскар Исатов (ОИЯИ)

В данной лекции будут рассмотрены вопросы диагностики пучков тяжелых ионов от источника ионов до физической мишени. Принципы устройств и особенности их применения.

Принципы компоновки узлов циклотрона

• Георгий Герасимович Гульбекян (ОИЯИ)

Циклотроны для ПЭТ: эксплуатация и техническое обслуживание

• Егор Николаевич Соколов (РадиоМедСинтез)

Лекция посвящена особенностям эксплуатации и технического обслуживания серийных циклотронов с энергиями протонных пучков 11-18 МэВ, используемых в ядерной медицине. Представлены требования к машинам такого типа, проведен анализ распространенности циклотронов различных производителей. Подробно рассмотрены различия в реализации и обслуживании основных подсистем циклотронов, различия в подходах к организации сервисных услуг производителями. Приведена статистика поломок, разобраны типичные неисправности и методы их диагностики и устранения.

Инженерные системы ускорителя: Система водоохлаждения

• Александр Юрьевич Зудин (ОИЯИ)

Система охлаждения играет важную роль в работе ускорителей, так как она обеспечивает отвод тепла от нагреваемых элементов циклотрона. Это предотвращает перегрев и повреждение ключевых компонентов ускорителя, гарантируя стабильность работы и исключая аварийные ситуации. В лекции будут рассмотрены основные принципы работы системы охлаждения, её компоненты и функции.

Инженерные системы ускорителя: Вакуумная система

• Артем Рафаэлевич Галимов (ОИЯИ)

Автоматизация инженерных систем ускорителей

• Роман Владимирович Пивин (ОИЯИ)

Обзор ускорительных установок ЛЯР

• Василий Алексеевич Семин (ОИЯИ)

В докладе дан обзор циклотронов, входящих в ускорительных комплекс ЛЯР – циклотроны У-400, У-400М и ДЦ-280. Представлены их основные параметры и технические особенности. Приведены результаты экспериментального исследования параметров ускорителя и ускоряемых пучков. Проекты развития ускорительного комплекса, реализуемые в ЛЯР.

Проекты развития ускорительного комплекса, реализуемые в ЛЯР

• Кирилл Борисович Гикал (ОИЯИ)

В докладе представлена информация о проектах развития ускорительного комплекса ЛЯР. Представлен проект специализированного для прикладных исследований ускорительного комплекса ДЦ-140. Представлены проектные параметры циклотрона и дана информация о текущем состоянии проекта. Также представлены концептуальные решения реконструкции циклотрона У-400 в рамках проекта У-400Р.

Использование пучков ускоренных тяжелых ионов для исследования радиационной стойкости функциональных материалов

• Руслан Аликович Рымжанов (ОИЯИ)

Пучки быстрых тяжелых ионов, получаемые на ускорителях ЛЯР ОИЯИ, широко используются для различных приложений радиационного материаловедения. Такие ионы при прохождении через вещество теряют основною долю своей энергии на ионизацию среды. Крайне высокий уровень возбуждения электронной подсистемы, создаваемый при этом, сопровождается релаксацией электронного ансамбля и передачей части энергии решетке мишени, вызывая формирования поврежденной области – трека иона. Такие уникальные характеристики ускоренных тяжелых ионов позволяют применять их в трех основных направлениях: моделирование воздействия осколков деления на конструкционные материалы ядерной энергетики, изучение радиационной стойкости электронных компонент аэрокосмических аппаратов к облучению космическими лучами, а также наноразмерная модификация свойств и наноструктурирование материалов. В докладе обсуждаются вопросы изучения радиационной стойкости материалов ядерной энергетики и электроники. Приводится краткое описание установок и методов, применяемых как для получения пучков ионов с заданными характеристиками, так и техник послерадиационных исследований структуры и свойств облученных систем. В работе демонстрируются наиболее актуальные результаты исследований морфологии радиационных повреждений в металлах, диэлектриках и полупроводниках в зависимости от условий облучений: массы и энергии ионов, дозы облучения, температуры и т.д.

Фрагмент-сепараторы ЛЯР: КОМБАС, АКУЛИНА-1 и АКУЛИНА-2

• Сергей Анатольевич Крупко (ОИЯИ)

Фрагмент-сепараторы - это установки для получения (транспорта и очистки) вторичных пучков методом сепарации «на лету». В ЛЯР на пучках циклотрона У-400М работают три фрагмент-сепаратора: КОМБАС, АКУЛИНА-1 И АКУЛИНА-2. На базе последнего создается экспериментальный комплекс для решения широкого круга научных задач в области легких экзотических ядер. Рассмотрим их работу и устройство, возможности и ограничения, как с технической точки зрения, так и современных методов исследования вблизи и за границей ядерной стабильности.

Экскурсия на Фабрику СТЭ

• Андрей Александрович Протасов (ОИЯИ)

В Лаборатории ядерных реакции им. Г.Н. Флерова за последние 20 лет синтезировали пять новых элементов, завершающих седьмой период таблицы Менделеева. Все они были получены с использованием бомбардирующих ионов 48Са. Наиболее тяжёлым элементом, синтезируемым в реакциях с 48Са, является элемент с Z = 118. Для синтеза более тяжёлых нуклидов необходимо использование более тяжёлых бомбардирующих частиц: 50Ti, 54Cr, 58Fe и т.д. В 2019 году с целью расширения возможностей и повышения эффективности проведения экспериментов по синтезу и изучению ядерно-физических и химических свойств сверхтяжёлых элементов была запущена Фабрика сверхтяжелых элементов, базовой установкой которой является сильноточный изохронный циклотрон ДЦ-280. Во время экскурсии будет показан циклотрон ДЦ-280, рассказаны принцип его работы и основные отличия от других установок ЛЯР. Также будут представлены результаты работ, проведенных на Фабрике СТЭ.