Метод экспрессной газовой транспортировки продуктов ядерных реакций и распадов в различных газовых ячейках
Понедельник, 19 мая 2025Современная ядерная физика активно исследует свойства экзотических короткоживущих нуклидов, находящихся вдали от долины стабильности на карте нуклидов. Изучение этих ядер, включая нейтронно-избыточные, протонно-избыточные и сверхтяжёлые элементы, критически важно для понимания пределов существования ядерной материи, проверки теоретических моделей и разгадки процессов нуклеосинтеза во Вселенной, таких как астрофизический r-процесс. Однако экспериментальное исследование таких ядер сопряжено со сложностями из-за их малого времени жизни и отсутствия их мощных источников в природе. Ключевым методом, позволяющим преодолеть эти трудности, является экспрессная газовая транспортировка, обеспечивающая быструю и эффективную доставку продуктов ядерных реакций из области их наработки (например, в реакторе или на ускорителе) к измерительным установкам, таким как высокоточные масс-спектрометры.
В апреле 2025 года старший лаборант лаборатории физики экзотических ядер Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ Димитар Симоновски успешно защитил кандидатскую диссертацию на тему: «Метод экспрессной газовой транспортировки продуктов ядерных реакций и распадов в различных газовых ячейках» (научный руководитель: Новиков Юрий Николаевич, доктор физико-математических наук, профессор).
В данной работе представлено комплексное исследование метода газовой транспортировки, реализованного в различных конфигурациях и на передовых мировых установках, включая TRIGA-SPEC (Майнц, Германия), IGISOL (Ювяскюля, Финляндия) и установки для изучения сверхтяжёлых элементов в GSI (Дармштадт, Германия). Были проведены как экспериментальные измерения ключевых параметров – времени и эффективности транспортировки – для различных конструкций газовых ячеек (мишенная камера TRIGA, ячейка MARA-LEB), так и разработаны теоретические модели и выполнены численные расчёты для описания и оптимизации процессов термализации и переноса ионов в газовом потоке. Особое внимание уделено выводу аналитических формул для оценки параметров транспортировки и разработке функций для анализа экспериментальных данных.
Результаты диссертации имеют немалую теоретическую и практическую значимость. Проведена детальная характеризация и оптимизация метода газовой транспортировки в существующих установках, включая первые онлайн-измерения с TRIGA-TRAP и тестирование новой ячейки MARA-LEB. Разработанные математические модели и методики анализа позволяют более точно предсказывать и улучшать параметры доставки короткоживущих нуклидов. Полученные знания и модели были применены для оптимизации и расчёта предполагаемой установки PITRAP на высокопоточном реакторе ПИК (ПИЯФ, Гатчина). Показано, что сочетание возможностей реактора ПИК с оптимизированной системой газовой транспортировки позволит существенно расширить область доступных для изучения экзотических ядер, приближаясь к границам r-процесса, что открывает новые перспективы для фундаментальных исследований в ядерной физике и астрофизике.
