В нашем институте сейчас выполняются 2 больших проекта.
1. Мегапроект НИКА. Информацию о ходе его выполнения я вчера выложил.
2. Фабрика сверхтяжелых элементов. Это проект нашей лаборатории.и это не мегапроект. Здание для нового циклотрона построено, все нужное оборудование изготовлено. Сейчас наши инженеры ведут сборку новой машины, отладку ее систем, занимаются формированием нужных нам електрического и магнитного полей.
А мы переключились на другие задачи. Будут работать 5 каналов ионных пучков. Инженеры завалили нас задачами по выполнению необходимых расчетов для проведения экспериментов на этих каналах.
Но это проекты, которые уже в работе.
А вот информация о разрабатываемом нашей лабораторией совершенно нового проекта с прицелом на будущее.
К сожалению, картинки передать не получилось.

Проект ERICA: E lectron-Radioactive Ion Colliвer Assembl y (пропедевтика)

Предложение Лабор атории Ядерных Реакций им. Г.Н. Флерова ОИЯИ

Введение
За всю историю существования ядерной физики было синтези ровано свыше трех тысяч изотопов. Однако, как показывают тео етические предсказания, ядер должно быть намного больше, еще от двух до рех тысяч изотопов (по разным теоретиче ким оцен ам) не исследоваись и даже не аблюдались. Такие прежде недоступные для изучения ядра имеют избыток нейтронов, или напротив – протонов, и вляются изотопами радиоактивными. Радиоактивные изотопы (РИ) со сложнми и часто небычными свойствами обнаруживают интереснейшее поведение ,ко торое проливает свет на то, как работают силы удерживающие ядра от распада. Несмотря на то, что некоторые из этих редких изотопов существуют только в течение исчезающе малого времени, они играют решающую роль в ядерн х реакциях, которые протекают в процессе взрывного нуклеосинтеза. Имен но такие процессы, протекающие в основном во время взрывов сверхновых и столкновений нейтронных звезд наыыщают межзвездное пространство элементами тяжелее лития и, в конечном итоге, определяют химический состав планетарных систем и , соответственно, окружающего нас мира. Другой принципиально важный для звездной эволюции вопрос – это свойства нейтронной материи, которые определяют жизненный цикл нейтронных звезд. Исследования только стабильных ядер не отвечают на этот вопрос, так как обычная ядерная матери я является почти симметричной (состои из почти равного количества протонов и нейтронов). только изучение экзотических ядерных систем с большим избытком нейтронов может быть основой для экспериментаального исследования пред ельно несимметричной нейтронной ядерной материи.
Единственный путь проверить наше понимание этих фундаментальных проблем – это изучить нестабильные изотопы, синтезировав их в лабораторных условиях. Строительство « фабрик РИ» – многофункцион льных центров ис ледования РИ с типичным бюджетом 600-1500 M$ – стало магистральным направ ением развития ядерной физики низких энергий . Суммарный бю джет строительства круп нейших «фабрик » последних десятилетий приближается к 10 G$ демонстрируя как неослабевающий интерес к этой области, так и растущую затратность этих исследований . В России динственным ме том, где ведутся исследования на пучках РИ является ЛЯР ОИЯИ с установками ACCULINNA и ACCULINNA-2 при ускорителе U-400M. Эти малобюджетные (~10 M$) установки способны давать результатты мирового уровня благодаря выгодно выбранной узкой «экологической нишее» – корреляционные исследования прямых реакций РИ при промежуточных эн ргиях. Однако, эти уст новки не отвеч ют сложности задач, стоящих в перспекитиве. Анализ ситуации показывает, что существует область исследований которая осталась не охваченноой при ст оительстве всех современных фабрик РИ. Это создание кольцевых накопиельных комплексов РИ с задачей-максимум исследования свойств экзотических ядер в коллайдерных эк спериментах по столкновению электронов и РИ.
Идея таких исследований зародилась достаточно давно, достигла стадии глубоко проработанных проектов и вот уже более 2-х десятилетий заставляет исследователей возращаться к ней снова и снова. Проект К4-К10 [1] превращения ЛЯР ОИЯИ в передовую фабрику радиоактивных ионов был полностью принят в 1990г., но не был реализова по очевидным ненаучным причинам. Проект MUSES [2] был важной частью создания фабрики РИ в RIKEN, но был свернут в пользу более быстро реализуемых проектов. Однако, попытки атаковать эту задачу в RIKEN продолжаются в рамках проекта SCRI (Self-Confinin Radio-Isotop Io Target - рассеяние электронов на РИ, запертых в электромагнитной ловушке. Самый амбициозный , на сегодняшний день проект ELISe [3] рамках международной программы исследований FAIR не вошёл её стартовую версию и, следовательно, судьба проекта заморожена, как минимум, до 2030 года. Накопительный комплекс в INP (Ланчжоу ) реализовал многие замыслы К4-К10, но из-за слабого первичного ускорителя имеет недостаточную светимость для изучения электрон-ионных столкновений. Значительного обновления этого комплекса не намечается, так как в Китае планируется строительстсво полностью новой фабрики РИ. Проект накопительноо кольца TSR@ISOLDE в CERN был отложен на неопределенный срок с целью концентрации усилий на профильных для CERN высокоэнергетических исследованиях. Таким образом, в современных планах исследований с РИ всё ещё остаётся свободная ниша электрон-ионные столкновения на накопитель ных кольцах. Сфокусировавшись на этой задаче-максимум и не претендуя на рекордные характеристики в других направлениях исследований РИ, комплекс мирового уровня м жно создать при сравнительно скромном бюджете 250 M$.
Пр ек ERICA нацеле на производство ещё неизвестных РИ, измерении их масс и мод распада, а также на исследования тонкой структуры экзотических ядер – определение зарядовых и материальных радиусов с рекордной точностью. Ключевая роль в этом проекте отводится изучению столкновений электро ов с экзотическими ядрами, в резул тате которых пространственное распределение заряда внутри ядра будет детально просканировано электронами.
Для реализации проекта у нас в стране имеются необходимые старт овые услов ия. В ОИЯИ в Лаборатории ядерных реакции им. Г.Н. Флёров на протяжении последних 25 лет ведутся исследов ания мирового уровня с использованием пучков РИ [4], имеется опыт создания новых установок с привлечением отечественных и зарубежных специалитов [5], и наконец, есть все предпосылки на качественно новом уровне реализовать прогрмму исследований, задуманную ещё в 1990 году, когда был разработан проект ускорительнонакопительного комплекса К4-К10 [1]. Cпециалисты из ИЯ им. Г.И. Будкера (Новосибирск) сыграли ведущую роль в подготовке технической документации основных элементов ELISe и даже провели испытания некоторых прототипов.

Концепция проекта ERICA

Открытие нового направления исследований в ОИЯИ и создание новой лаборатории с привлечением известных зарубежных и отечественых специалистов должно быть привлекательным для инвесторов. Принципиаьным моментом является проектирование баовых компонент ERICA в чистом поле (Рис 1) что позволит наиболее эффектвным образом разместить оборудование и инфраструтуру, уменьшить возможные риски, связанные с перепланировкой старых зданий. Предусматривается стадийность в реализации п роекта ( Рис 2), что позволит прводить научные исследования с пучками тяжёлых ионов и РИ уже на стадии 1. Кроме того, планируется использование недавно постр енного фрагментсеп ратора ACCULINNA-2 при ускоорителе U-400М не только для физики с РИ, но и для проведения НИОКР. Немаловажным аргументом вляется возможность встраивания в с руктуру про екта ERIC (сатадия 3) накопительного кольца COSY [6], передача которого может быть осущствлена Германие в виде долевого у частия в проекте. Уникальность проекту придаёт возможность изучения столкновений моноэнергетических нейтр нов с РИ, не реализованная пока нигде в мире.
Проект ERICA концептуально отличается от предыдущих проектов. Так в проек тах K4-K10, MUSES и ELISE отобранный фрагмент-сепаратором «горяч ий» пучок РИ впрыскивается в кольцо-накопитель и охлаждается там стохастически достаточно долго (~ 10с) прежде чем достигнет нужного качества для нжекции в экспе риментальное кольцо . В проекте ERICA отобранные фрагмент-сепаратором РИ останавливаются в газовой ячейке, аккумулируются в ионной лов ушке и передаются ионному истчнику (gas cell - ion trap - charge breeder), формирующему максимально высокое зарядовое остояние для дальнейшег о эфф ективного ускорения . Технологии газовых ячеек [7] и пос т-ускорения «хо одного» пучк РИ успешно реализованы в пр оектах HIE-ISOLDE (CERN) и ISAC@TRIUMF, однако само получение радиоактивного пучка базируется здесь на ISOL технологии. Дальнейшее ускорение РИ осуществляется линейным уско рителем LINAC-30 до энергии ~ 30 AMeV и далее быстрым синхоротронным кольцом FRR до энерги ~300 AMeV. Продолжительность цикла g s cell - ion trap - cha ge breeder составл ет 0.1-0 3 с. Вместе со вре менем ускорения в FRR время до инжекции в экспериментально е кольц о CR будет составлять 0.4 -1.0 с. Таким образом , предложенная концеп ия по сравнению с ранее предложенными предполагает большие потери в звене (gas cell - ion trap - charge breeder) (75 -90% vs 30-40%), но даёт существенный ыигр ыш по вре ени, что м жет быть крити ески важно для исследованя короткоживущих РИ (T1/2 < 1 c).

Стадийность проекта предусматривает появление новых научных возможностей по мере ввода установок в эксплуатацию (Рис. 2). На стадии 1 могут вестись прикладные исследования со стабильными пучками на экспериментальной площадке 1 и исследования реакций с РИ при промежуточных энергиях (20-50 AMeV) на экспериментальной площадке 2. На стадии 2 становятся доступны высококачественные постускоренные пучки РИ с  произвольной энергией в диапазоне 5-300 AMeV на экспериментальной площадке 3. На стадии 3 эксперименты могут вестись в трех экспериментальных зонах на кольце CR. Ориентировочно это (1) коллайдерный эксперимент по рассеянию электронов, (2) реакции на струйной газовой мишени и (3) реакции на нейтронах в догоняющей кинематике.

Научная программа проекта ERICA

Вопрос о размере и форме ядер является одним из фундаментальных в ядерной физике. На Рис. 3 схематично показаны материальные радиусы некоторых изотопов (от дейтерия до 32Mg) в единицах ферми, для которых вычтен размер альфа-частицы 1.47 фм (она показана точкой) [2]. Примечателен тот факт, что на границе нейтронной стабильности такие ядра, как 11Li и 23N, имеют размеры, сопоставимые с 208Pb. Точное описание распределения нуклонной плотности РИ является критическим тестом нашего понимания ядерной структуры. Для многих РИ материальные радиусы определены на основании анализа данных по упругому рассеянию на протонах, однако эти результаты зачастую являются модельно зависимыми. Электрон-ядерное взаимодействие, хорошо описываемое квантовой электродинамикой, позволит однозначно получить структурную информацию всего ядра (т.е. объёма, занимаемого нуклонами). Недостатком такого подхода (скорее сложностью его реализации) являются невысокие сечения взаимодействия электронов с ядрами и как следствие – высокие требования к светимости экспериментов.

Кроме прецизионных измерений зарядовых/материальных радиусов и плотности распределения нуклонов в ядрах, научная программа проекта (в зависимости от стадии реализации) включает в себя исследования:
- реакций глубоко-неупругих передач;
- реакций захвата (протон, гамма), (альфа, гамма) для rp-процесса в звездах (на газовых мишенях водорода и гелия);
- реакций передачи (на мишенях из дейтерия, гелия-3); - радиоактивных распадов высоко заряженных ионов (изучение атомных эффектов); - испускания бета-задержанных нейтронов (протонов); - ди-электронной рекомбинации для атомной физики и для определения зарядовых радиусов; - индуцированного деления ядер с Z~100; - ядерных реакций, индуцированных нейтронами;
- экзотических мод распада систем ядро + электрон (аналог NEEC, NEET); - реакций на внутренней мишени (передача, рассеяние, и т.д.) (аналог EXL@NESR); - реакций с выделенными либо основными, либо изомерными состояниями ядер (аналог ILIMA+EXL@NESR);
Проект позволит осуществлять:
- измерения масс короткоживущих ядер и времён жизни;
- лазерную спектроскопию для задач атомной физики (аналог SPARC@NESR); - прецизионные эксперименты для квантовой электродинамики, исследования несохранения чётности в атомных переходах (аналог SPARC@NESR).

Проект позволит осуществлять :
- измерения масс короткоживущих ядер и времён жизни;
- лаазерную спектроскопию для задач атомной физики (аналог SP ARC@N ESR); SPARC@NESR).

Стоимость и сроки реализации проекта ERICA
Примерная стоимость проекта (с учётом наработок для ELISe и использования COSY) составляет 250 М$ (в ценах 2017 года), срок реализации 2017-2030 гг.
Стадия 0: LoI, TDR, R&D etc. 2017/19 5 M$
Стадия 1: Buildings, LINAC-100 2020/24 130 M$
Стадия 2: FRS/IonTrap etc/LINAC-30 2022/27 35 M$
Стадия 3: FRR, CR, electron ring 2025/30 50 M$

Литература
1. Yu.Ts. Oganessian, O.N. Malyshev, I.N. Meshkov, V.V. Parkhomchuk, P. Pokorny, A.A. Sery, S.V. Stepantsov, Ye.A. Syresin, G.M. Ter-Akopian, V.A. Timakov, The project of the heavy ion storage ring complex K4- K10 and possibilities of producing, storing and cooling radioactive ion beams, Z. Phys. A 341 (1992) 217.
2. T. Katayama, T. Suda, I. Tanihata, Status of MUSES Project and Electron RI Collider at RIKEN, Physica Scripta, Vol. T 104 (2003) 129-143.
3. A.N. Antonov et al., The electron–ion scattering experiment ELISe at the International Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR)—A conceptual design study, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 637 (2011) 60–76.
4. L.V. Grigorenko, M. S. Golovkov, S.A. Krupko, S.I. Sidorchuk, G.M. Ter-Akopian, A.S. Fomichev, V. Chudoba, Studies of light exotic nuclei in the vicinity of neutron and proton drip lines at FLNR JINR, Physics-Uspekhi, 59 (2016) 321 [Л.В. Григоренко и др., УФН 186 (2016) 337–386].
5. L. Grigorenko, A. Fomichev, G.M. Ter-Akopian, Light Exotic Nuclei at JINR: ACCULINNA and ACCULINNA-2 Facilities, Nuclear Physics News, Vol. 24, No.4 (2014) 22-27; http://aculina.jinr.ru/acc-2.php
6. S. A. Martin, D. Prasuhn, W. Schott, C.A. Wiedner, A storage ring for the Julic cyclotron, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 236 (1985) 249-255.
7. M. Wada, Genealogy of gas cells for low-energy RI-beam production, Nucl. Instr. Meth. B 317 (2013) 450-456.

Partners & Collaborators
JINR Dubna, BINP Novosibirsk, NRC KI, NRC KI - ITEP Moscow, NRC KI – PNPI Gatchina, INR Moscow, RFNC Sarov, PTI St. Petersburg (Russia)
GSI Darmstadt, Johannes Gutenberg University of Mainz, Forschungszentrum Julich (Germany)
RIKEN Wako, Saitama, RCNGP Osaka (Japan)
KVI, University of Groningen (The Netherlands)
Lund University, Chalmers University of Goteborg (Sweden)
iThemba LABS, Stellenbosch University (South Africa)