Лаборатория физики экзотических ядер

(смотрите Историю Лаборатории физики экзотических ядер - в книге "ОФВЭ – страницы истории", страница 84)

(Фотогалерея Лаборатории экзотических ядер).

Лаборатория Физики Экзотических Ядер (ЛФЭЯ) была образована в 2003 г., выделившись из состава лаборатории ИРИС (Исследование Радиоактивных Изотопов на Синхроциклотроне), базирующейся с 1975 г. на установке масс-сепаратора в линию с ускорителем ПИЯФ. В конце 2013 г. ЛФЭЯ была реорганизована выделением из неё групп протонной терапии и радиохимии и введением в её состав группы молодых физиков-исследователей и аспирантов.

Основными вехами исследовательской работы сотрудников ЛФЭЯ в составе лаборатории ИРИС было участие в запуске этой первой в стране установки и обосновании специфической для неё научной программы (E. Berlovich, E. Ignatenko and Yu. Novikov. Proc. Leusinе Conference, CERN, 1973). Была разработана программа исследования ядер, удалённых от полосы бета-стабильности, с предложением изучения ряда новых физических явлений, специфичных для ядерной физики и астрофизики. Значительная часть этой программы была реализована в ПИЯФ и получила развитие в зарубежных центрах. Основные её результаты, полученные сотрудниками ЛФЭЯ, перечислены в ниже следующих пунктах.

Были предсказаны новые эффекты запаздывающего испускания частиц трития и ³He. Запаздывающие ядра трития были впоследствии экспериментально обнаружены в работах группы ЦЕРНа. Предсказанное явление запаздывающего деления было экспериментально обнаружено в ОИЯИ (Дубна) и нашло продолжение в исследованиях в ПИЯФе и в ЦЕРНе. Это явление играет исключительно важную роль в вопросах ядерной космохронологии (определении возраста Вселенной). Работами группы ИРИС была измерена вероятность этого процесса в тяжёлых нейтроноизбыточных нуклидах (Fr, Ra) и показано, что оно не оказывает влияния на определение возраста вселенной по паре U/Th, что противоречило выдвинутой в литературе гипотезе, приводящей к пересмотру ряда космологических постулатов.
Было показано, что сверхтяжёлые нуклиды Периодической системы элементов могут образовываться в результате астрофизического процесса быстрого захвата нейтронов (r-процесса), происходящего при взрыве звёзд и отвечающего за образование элементов в природе. Несмотря на многочисленные попытки, Сверхтяжёлые в природе пока не найдены.
Другому астрофизическому процессу быстрого захвата протонов в звёздных условиях (rp-процессу), отвечающему за генерацию энергии в звёздах, были посвящены первые на установке ISOLDE в ЦЕРНе совместные эксперименты с участием российских учёных, посвященные спектроскопическим исследованиям ⁷³Rb и соседних ядер. Они показали, что rp-процесс не должен прерываться в этой области нуклидов. Аналогичный результат, но в области нуклидов Sn-Те, был получен в совместных экспериментах в Университете Ювяскюля (Финляндия). Координатором обоих экспериментов был сотрудник ЛФЭЯ Ю.Н. Новиков.
На установке ИРИС были открыты более десяти новых изотопов различных элементов. Этому способствовало сотрудничество с отделом ядерной спектроскопии ОИЯИ (Дубна), предоставившему оригинальный узел «мишень-ионный источник» на масс-сепаратор ИРИС, позволившему весьма продуктивно провести многочисленные совместные эксперименты. За эти работы с участием сотрудников обеих групп были присуждены две премии ОИЯИ на конкурсе лучших работ и премии ПИЯФ. По результатам работ были защищены в ПИЯФ одна докторская и три кандидатские диссертации.
Успешным внедрением методики измерений граничных энергий позитронных спектров с использованием детектора из сверхчистого германия были определены массы нуклидов в области редкоземельных элементов и впервые идентифицирована граница протонной устойчивости ядер.
Начиная с середины 1990-х ЛФЭЯ участвовала в международном консорциуме в измерениях масс релятивистских ядер на накопительном кольце в немецком национальном центре ГСИ (Дармштадт). В результате комплекса этих пионерских измерений методом Шоттки масс-спектрометрии охлаждённых ионов и методом регистрации ионов в изохронной моде накопительного кольца были измерены массы сотен нуклидов в области больших массовых чисел, приведшие к ряду интересных физических выводов. Работа была отмечена премией IUPAP (Международный Союз Чистой и Прикладной Физики). Эта деятельность получила продолжение в 2000-х годах разработкой проекта ILIMA для будущего комплекса FAIR (Дармштадт). Координатором этого интернационального проекта до 2006 г. был Ю.Н. Новиков.
В первой декаде 2000-х большой интерес вызывал поиск неизвестных альфа излучателей в области сверхтяжёлых нуклидов, необходимых для воссоздания их массового ландшафта. Инициированная сотрудниками ЛФЭЯ программа этого поиска была реализована с их участием на трёх установках: в университете Ювяскюля (Финляндия), японском центре JAERI (Tokai) и ГСИ (Германия).
С 2011 по 2014 гг ЛФЭЯ участвовала в паневропейском проекте LAGUNA-LBNO в рамочной программе FP-7, посвящённом проектам гигантских нейтринных детекторов будущего для исследований нейтринных осцилляций. ЛФЭЯ была ответственна за исследования в области сверхнизких энергий нейтрино. Результатом было предложение изучать нейтринные осцилляции в пределах размеров детектора, названных нейтринной осцилометрией, что возможно с использованием искусственных нейтринных источников, наработанных на высокопоточных реакторах, например ПИК, и детектированием нейтрино 100-метровым детектором из жидкого сцинтиллятора LENA.

Сотрудники ЛФЭЯ (в её составе до реорганизации в 2013 г.) участвовали и в прикладных работах.

Группа протонной терапии, базирующаяся на синхроциклотроне ПИЯФ, проводила точечные облучения больных протонным пучком.
Совместно с Радиевым институтом и Институтом Высокомолекулярных Соединений при координирующей роли ЛФЭЯ был выполнен международный проект под эгидой МНТЦ, посвящённый созданию углеродных матриц для хранения и трансмутации продуктов отработанного ядерного топлива реакторов.