Выпуск 1, 2023
Ядерной физике в России 100 лет
Ядерной физике в России 100 лет
А. П. Черняев, Е. Н. Лыкова
В настоящем обзоре дана история развития ядерной физики с 20-х годовXX века. Описаны наиболее значимые открытия в ядерной физике и их внедрение в мировую экономику. Проведен анализ современного состояния достижений ядерной физики в народном хозяйстве России и перспективы их развития в будущем. Обсуждаются наиболее яркие ядерные проекты в мировой и российской науке и технике.
Показать АннотациюК тестированию пороговых SiO2 аэрогелевых черенковских детекторов на космических лучах
К тестированию пороговых SiO2 аэрогелевых черенковских детекторов на космических лучах
А. М. Лапик, Л. З. Джилавян
Описан вариант тестирования пороговых SiO$_2$ аэрогелевых черенковских детекторов с помощью космического излучения. Реализация требует минимальное количество дополнительной электроники и не предполагает массивных слоёв поглотителя (свинец и др.). Метод позволяет точно определять эффективность исследуемых детекторов и изучать работу детекторов в различных энергетических интервалах для релятивистских частиц.
Показать АннотациюКонтакты для SiC-преобразователей в диапазоне нано-микроватт
Контакты для SiC-преобразователей в диапазоне нано-микроватт
А. В. Гурская$^5$, М. В. Долгополов$^{1,2}$, С. А. Раджапов$^3$, В. И. Чепурнов$^4$
Целью исследования является рассмотрение внутренних процессов в приконтактной зоне полупроводника с радионуклидным микролегированием: диффузия атомов при эндотаксии, диффузия атомов после распада радионуклидов, образование неравновесных носителей - электрон-дырочных пар и особенности материала, возникающие при такой диффузии. Подход DFT в данной работе направлен на получение доказательств вакансионного механизма диффузии. Атомы радионуклида диффундируют в растущий слой карбида кремния на кремнии при сверхстереометрическом легировании с сохранением валентности и типа проводимости примеси, образуя в зависимости от фазы эффекты, энергетически проявляющиеся как эффект «внутреннего солнца», который является источником электронов и электрон-дырочных пар при ионизационных потерях. Это обусловлено взаимодействиями с электронами оболочек соседних атомов, приводящими к образованию электронов и дырок в области пространственного заряда, разносимых встроенными электрическими полями.
Показать АннотациюМоделирование протонной лучевой установки в программном пакете TOPAS MC
Моделирование протонной лучевой установки в программном пакете TOPAS MC
Г. В. Мерзликин$^{1,2}$, С. В. Акулиничев$^{1,3}$, И. А. Яковлев$^{1,3}$
Целью работы является моделирование системы формирования терапевтических пучков протонов на ускорителе ИЯИ РАН с использованием программного пакета TOPAS MC и расчет на этой основе характеристик облучения биологических объектов. В качестве таких характеристик рассмотрены зависимость поглощённой дозы и линейной передачи энергии (ЛПЭ) от пробега протонов в воде и эффективная доза облучения клеток линий HT-29 и HCT-116, использованных в реальных экспериментах. Также оценена равномерность облучения с высокой мощностью дозы исследуемых биологических объектов при работе лучевой установки в режимах FLASH-терапии. Исследования направлены на подготовку и проведение радиобиологических экспериментов с пучками протонов рекордной мощности дозы.
Показать АннотациюРегистрация распадов радона с помощью нейтринного детектора LVD
Регистрация распадов радона с помощью нейтринного детектора LVD
Н. Ю. Агафонова$^1$, Е. А. Добрынина$^2$, Н. А. Филимонова$^3$
Детектор Большого Объема LVD, находящийся в низкофоновой лаборатории Гран Сассо, Италия, создан для регистрации нейтрино от коллапсов звездных ядер в нашей Галактике. Особенность поиска редких событий требует пристального внимания к фону эксперимента, такому как естественная радиоактивность грунта и материалов детектора и взаимодействие мюонов космических лучей под землей. Установка LVD способна регистрировать гамма-кванты от распадов дочерних ядер радона. Мы убедительно показываем связь изменения скорости счета фоновых импульсов от гамма-квантов в детекторе с изменением концентрации ядер радона в экспериментальном зале. Мы также указываем на существование еще одного источника изменения концентрации радона - сейсмоактивность.
Показать АннотациюСкоростные распределения вперед летящих фрагментов в столкновениях тяжелых ионов при энергиях близких к энергии Ферми.
Скоростные распределения вперед летящих фрагментов в столкновениях тяжелых ионов при энергиях близких к энергии Ферми.
Т. И. Михайлова, Э. -. Батчулуун, Ю. М. Середа
Реакции фрагментации налетающего иона в столкновениях тяжелых ионов при энергии Ферми интересны тем, что позволяют изучать свойства ядер удаленных от долины стабильности, потенциалы действующие между нуклонами, получить новые знания об уравнении состояния ядерной материи. Удаленные от линии стабильности изотопы могут быть полезны в прикладных исследованиях. Поэтому было бы интересно детально научиться предсказывать выходы различных изотопов и их энергии. В данной работе мы описываем данные реакции в микроскопическом подходе, состоящем из нескольких ступеней: инициализация начального состояния сталкивающихся ядер, эволюция во времени до точки «вымерзания», в которой можно идентифицировать различные фрагменты, вычисление энергии возбуждения первичных фрагментов и их де-возбуждение. Для описания временной эволюции мы используем метод переноса, основанный на транспортном уравнении Больцмана—Власова, а для описания де-возбуждения описание в рамках модели статистической фрагментации. Мы применяем этот подход для описания столкновений налетающих ионов пучка ионов $^{40}$Ar на мишенях $^9$Be пр энергии 36.5 МэВ на нуклон, вычисляем изотопные распределения и скоростные спектры образующихся изотопов и сравниваем результаты наших вычислений с экспериментальными данными полученными на установке КОМБАС в ОИЯИ.
Показать АннотациюНовый подход к учёту нулевых колебаний при расчёте сечений слияния тяжёлых ионов
Новый подход к учёту нулевых колебаний при расчёте сечений слияния тяжёлых ионов
М. В. Чушнякова$^1$, И. И. Гончар$^2$
Ранее в литературе было показано, что учёт нулевых колебаний (zero-point oscillations, ZPO) формы сталкивающих атомных ядер приводит к существенному увеличению рассчитываемых подбарьерных сечений захвата (слияния). Однако такие вычисления были проведены в упрощённом виде со схематичным ядро-ядерным потенциалом. Целью настоящей статьи является аккуратный расчёт подбарьерных сечений захвата в столкновениях кислорода-16 со сферическими ядрами с использованием реалистичного потенциала и сравние рассчитанных сечений с экспериментальными. Ядро-ядерный потенциал получен в рамках модели двойной свёртки с M3Y парижскими нуклон-нуклонными силами. Нуклонные плотности взяты из базы данных МАГАТЭ (они вычислены методом Хартри-Фока-Боголюбова и аппроксимированы двухпараметрической формулой Ферми). Коэффициенты прохождения вычислены в ВКБ-приближении под барьером и в приближении параболического барьера над ним. Предложен новый способ учёта ZPO без использования подгоночных параметров. Показано, что игнорирование ZPO приводит к недооценке экспериментальных данных, тогда как его учёт позволяет добиться лучшего согласия.
Показать АннотациюЛинейный электронный ускоритель-инжектор для специализированного источника синхротронного излучения четвертого поколения СИЛА
Линейный электронный ускоритель-инжектор для специализированного источника синхротронного излучения четвертого поколения СИЛА
И. А. Ашанин, Ю. Д. Ключевская, С. М. Полозов, В. И. Ращиков
В настоящее время в России проектируется источник синхротронного излучения четвертого поколения «СИЛА» («Синхротрон+Лазер»), который станет одним из крупнейших мировых научных центров. Его создание позволит проводить эксперименты по изучению строения широчайшего круга объектов в самых разных дисциплинах на качественно новом уровне по сравнению с предыдущим поколением источников. Общая компоновка установки включает основное накопительное кольцо на 6 ГэВ и линейный ускоритель электронов (ЛУЭ) на полную энергию. Предлагается использовать один ЛУЭ с двумя СВЧ пушками. СВЧ пушка с фотокатодом может быть использована для генерации пучка для лазера на свободных электронах (ЛСЭ), СВЧ пушка с термоэмиссионным катодом – для инжекции в накопительное кольцо. Оба инжектора будут работать с одной и той же регулярной частью линейного ускорителя, состоящей из 100-120 одинаковых секций. Планируемый поперечный эмиттанс в основном накопителе составит 50-100 пм·рад. Разработка общей схемы ЛУЭ с целью минимизации разброса энергии пучка и поперечного эмиттанса на выходе, оптимизация геометрических и электродинамических характеристик ускоряющих структур и анализ динамики пучка в данном линейном ускорителе будет обсуждаться в статье. Моделирование динамики пучка выполнено с помощью пакета BEAMDULAC, разработанного на кафедре электрофизических установок НИЯУ МИФИ.
Показать АннотациюОптимизация электродинамических характеристик линейного ускорителя электронов на энергию 8-50 МэВ с инжекцией от источника электронов на основе кластерных плазменных систем
Оптимизация электродинамических характеристик линейного ускорителя электронов на энергию 8-50 МэВ с инжекцией от источника электронов на основе кластерных плазменных систем
И. А. Ашанин, Ю. Д. Ключевская, С. М. Полозов, В. И. Ращиков
Одной из ключевых проблем современной ускорительной физики является увеличение темпа ускорения в линейных ускорителях электронов. Физический предел напряженности ускоряющего поля для обычных и сверхпроводящих ускоряющих структур практически достигнут, в связи с чем рассматриваются различные новые схемы ускорения, в первую очередь ускорение в плазме и кильватерное ускорение. Предлагается рассмотреть возможность использования сгустка, генерируемого в лазерно-плазменном канале, для инжекции в традиционную структуру на основе СВЧ резонаторов. Было показано, что источник электронов на основе кластерной плазмы может генерировать короткий (от 0.1 до 1.0 пс) сгусток электронов с энергией в несколько сотен кэВ, что позволяет рассматривать такой источник как альтернативу фотокатоду. Далее пучок необходимо захватить в режим ускорения в нормально проводящей секции, работающей на стоячей волне, и ускорить до энергии 50 МэВ с возможностью регулировки энергии В статье рассмотрены особенности такого ускорителя, в том числе возможный энергетический спектр, особенности захвата электронного сгустка с экстремально широким спектром в режим ускорения, а также электродинамические характеристики ускоряющих структур. Моделирование динамики пучка было проведено с помощью пакета BEAMDULAC, разработанного на кафедре электрофизических установок НИЯУ МИФИ. Также приведены основные результаты разработки электродинамических моделей ускоряющих структур данного ускорителя.
Показать АннотациюВариант лабораторного комптоновского источника НИЯУ МИФИ
Вариант лабораторного комптоновского источника НИЯУ МИФИ
В. С. Дюбков, С. М. Полозов, В. И. Ращиков
Создание сравнительно недорогих и компактных (в масштабе нескольких метров) источников монохроматического гамма-излучения возможно с использованием обратного комптоновского рассеяния лазерных фотонов на пучке электронов. Такие источники могут быть использованы в материаловедении при создании новых материалов, диагностике нано структур на атомарном уровне, в исследованиях биосистем, в медицине и фармакологии, в физике и химии быстропротекающих процессов горения и взрыва. Создание источника гамма-излучения возможно на основе компактного накопительного синхротрона с инжекцией электронов из нормально проводящего линейного ускорителя с фотопушкой, работающего в 3 ГГц частотном диапазоне. Использование магнитного накопительного канала позволяет получить высокую яркость источника, сравнительно высокую среднюю интенсивность генерируемых фотонов при заданных параметрах электронного и лазерного импульсов, регулировку энергии генерируемых фотонов в широком диапазоне, высокую степень их монохроматичности и когерентности. Для генерации фотонного потока с перестраиваемой энергией в интервале 5-45 кэВ линейный ускоритель должен обладать возможностью регулировки энергии электронных пучков в диапазоне 20-60 МэВ. В работе представлены результаты, полученные при проектировании линейного ускорителя и компактного накопительного синхротрона для источника гамма-излучения с энергией фотонов в диапазоне энергий 5-45 кэВ и исследовании возможных неустойчивостей движения пикосекундных релятивистских электронных сгустков.
Показать АннотациюКомптоновский развал позитрония
Комптоновский развал позитрония
И. С. Степанцов$^1$, И. П. Волобуев$^2$, Ю. В. Попов$^{2,3}$
Мы изучаем комптоновскую дезинтеграцию позитрония в сравнении с комптоновской ионизацией атома водорода. Начальная энергия фотона в несколько Кэв позволяет применить нерелятивистский подход и использовать приближение A^2. Наблюдаются интересные особенности в поведении различных дифференциальных сечений. В частности, были найдены условия, при которых электрон и позитрон движутся параллельно друг другу с равными скоростями. Это приводит к ряду специфических кулоновских резонансов.
Показать АннотациюЛинейные ускорители электронов непрерывного действия для научных и прикладных целей
Линейные ускорители электронов непрерывного действия для научных и прикладных целей
Д. С. Юров, В. И. Шведунов, А. С. Алимов
Статья содержит краткий обзор по ускорителям электронов непрерывного действия, как для научных, так и для прикладных применений, включая сверхпроводящие ускорители. В том числе приведены результаты расчетов ускоряющей системы нового, разрабатываемого в НИИЯФ МГУ в рамках данной тематики, ускорителя электронов непрерывного действия с энергией пучка 1 МэВ и максимальной мощностью пучка 175 кВт.
Показать АннотациюВлияние «FLAT-TOP» резонансной системы ускорителя ДЦ-280 на пучок заряженных частиц
Влияние «FLAT-TOP» резонансной системы ускорителя ДЦ-280 на пучок заряженных частиц
П. И. Виноградов, А. А. Протасов, В. А. Семин, И. В. Калагин, К. А. Верламов, Д. С. Яковлев, В. И. Миронов
Эксперименты по синтезу сверхтяжелых элементов (СТЭ), выполненные в Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н. Флерова (ЛЯР) показали, что вероятность образования одного события СТЭ составляло от одного события в месяц до одного события в неделю. В настоящее время, наиболее тяжелым элементом, синтезируемым в реакция с $^{48}$Ca является Z = 118 (Оганесон). Для синтеза новых СТЭ необходимо использовать более тяжелые бомбардирующие частицы: $^{50}$Ti, $^{54}$Cr, $^{58}$Fe и т.д. В экспериментах с более тяжелыми частицами, поперечное сечение образования изотопов СТЭ ожидается более низкими, чем в случае использования $^{48}$Ca. Из этого следует, что необходимо увеличение интенсивности пучков бомбардирующих ионов для набора статистики экспериментов в разумное время. Таким образом, для синтеза сверхтяжелых элементов в ЛЯР Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) была создана Фабрика сверхтяжелых элементов. Базовой установкой Фабрики является циклотронный комплекс ДЦ-280. Данный ускоритель позволяет получать пучки ускоренных ионов высокой интенсивности. С повышением интенсивности в пучке увеличивается энергетический разброс. Для того, чтобы минимизировать этот процесс, циклотрон ДЦ-280 оснащен дополнительной ускоряющей системой «FLAT-TOP».
Показать АннотациюОписание NN-рассеяния на основе дибарионной модели ядерных сил
Описание NN-рассеяния на основе дибарионной модели ядерных сил
О. А. Рубцова, В. Н. Померанцев, М. Н. Платонова
Дается обзор недавних результатов по описанию упругого и неупугого нуклон-нуклонного рассеяния в рамках дибарионной модели ядерных сил. В основе этой оригинальной модели, учитывающей ненуклонные степени свободы, лежит механизм обмена промежуточным шестикварковым состоянием. Получено хорошее описание парциальных фазовых сдвигов, а также параметров неупругости для основных парциальных NN-конфигураций в широком диапазоне энергий от нуля до 0.6-1 ГэВ. При этом в каждом канале присутствуют резонансы, параметры которых сравниваются с параметрами дибарионных состояний, найденных недавно в экспериментах по одно- и двухпионному рождению в NN-соударениях, а также определяемых из данных парциально-волнового анализа.
Показать АннотациюСтолкновительное разрушение долгоживущих состояний пионного гелия $^4$He
Столкновительное разрушение долгоживущих состояний пионного гелия $^4$He
А. В. Бибиков, Г. Я. Коренман, С. Н. Юдин
Столкновения метастабильных пионных атомов гелия с атомами гелия среды приводят к разрушению этих состояний, а также к сдвигам и уширению Е1-спектральных линий переходов между состояниями пионного гелия. В работе для получения матрицы потенциала взаимодействия ($\mathrm{\pi^-He}^+)-\mathrm{He}$ выполнены расчеты поверхности потенциальной энергии (ППЭ) в неограниченном методе Хартри-Фока с учетом электронных корреляций во втором порядке теории возмущения (MP2). С этим потенциалом численно решается система уравнений сильной связи каналов. При вычислениях используются различные техники, устраняющие вырождение матрицы решений в окрестности малых расстояний между сталкивающимися подсистемами, которое возникает из-за сильного межканального взаимодействия в этой области, в результате чего численные решения ``забывают'' граничные условия слева. Рассчитываются сечения и скорости столкновительных переходов ($N \sigma v$). Получено, что скорость столкновительного перехода $(n, l) = (17, 16) \rightarrow (17, 15)$ ($n, l$ --- главное квантовое число и угловой момент соответственно) для плотности среды $N = 0.2 \times 10^{23} \, \mbox{см}^{-3}$ меньше $10^3 \, c^{-1}$, это позволяет не учитывать влияние столкновительного разрушения долгоживущих состояний пионного гелия в прецизионных лазерно-спектроскопических экспериментах.
Показать АннотациюВлияние диффузности ядерного потенциала на структуру нейтронного гало в изотопах Zr вблизи границы нейтронной стабильности
Влияние диффузности ядерного потенциала на структуру нейтронного гало в изотопах Zr вблизи границы нейтронной стабильности
О. В. Беспалова$^1$, А. А. Климочкина$^2$, М. М. Мосунов$^3$
Выполнены предсказательные расчеты одночастичной структуры гало в изотопах Zr вблизи границы нейтронной стабильности в дисперсионной оптической модели. Рассмотрено влияние ожидаемого для нейтронно-избыточных ядер роста диффузности ядерного потенциала на среднеквадратичные радиусы гало-состояний и их заселенности. Показано существенное отличие числа нейтронов в гало-состояниях от числа нейтронов в области r > 12 фм, где отсутствует пространственная корреляция нейтронов в гало-состояниях с кором ядра.
Показать АннотациюОценки энергий $2^+_1$, $4^+_1$, $6^+_1$-- состояний в тяжелых и сверхтяжелых ядрах
Оценки энергий $2^+_1$, $4^+_1$, $6^+_1$-- состояний в тяжелых и сверхтяжелых ядрах
А. Д. Ефимов$^1$, И. Н. Изосимов$^2$
Исходя из имеющейся корреляции энергии деформации и нижайшей энергии возбуждений были получены оценки для энергий $2^+_1$-- состояний. Рассмотренная систематика отношений энергий в ротационной полосе позволила также получить оценки для $4^+_1$ и $6^+_1$-- состояний. Проведено сравнение с результатами других работ.
Показать Аннотацию