Проекты XXI века

Коллаборация ARIADNA набирает силу

Планы по развитию сотрудничества и инфраструктуры

(Окончание. Начало в № 26)

Первые прикладные исследования на пучках высоких энергий комплекса NICA обозначили и планы на будущее. Состоялся ряд лабораторных семинаров, регулярно проводятся совещания с партнерскими организациями, на которых обсуждаются текущие работы и ближайшие перспективы. В коллаборации ARIADNA на сегодняшний день состоят 154 участника из 18 научных центров стран-участниц ОИЯИ; еще три института готовятся войти в ее состав. Ожидается, что по тематике работы ARIADNA будет проводиться широкий спектр исследований: в области радиационной безопасности в космосе, радиационных эффектов в микроэлектронике, радиационной биофизики, общей радиобиологии и смежных задач радиационной терапии, радиационного материаловедения, изучения материалов в экстремальных условиях и работ по ADS-системам.

Общие выводы

Более подробно эти планы для нашей газеты прокомментировал заместитель начальника отделения научно-методических исследований и инноваций ЛФВЭ по научной работе Олег Белов.

Какие выводы с точки зрения организации исследований на комплексе NICA были сделаны? Что предлагается для повышения комфорта пользователей?

- Первые эксперименты показали острую необходимость подготовки мест для развертывания оборудования пользователей, приезжающих на сеанс. Также необходимо выполнить дооснащение участка вывода пучка из установки BM@N рядом дозиметрических подсистем. Для этих целей будут проведены соответствующие научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы с тем, чтобы в дальнейшем расположить здесь комплекс диагностического и дозиметрического оборудования и компактную систему автоматизированной смены образцов.

Главные риски при выполнении проекта связаны с ограниченным количеством пучкового времени для выполнения исследований на комплексе NICA и других ускорителях ОИЯИ. Преодоление рисков предполагается через расширение числа мест для облучения, позволяющих работать параллельно с другими физическими установками комплекса NICA.

Что планируется сделать в ближайшем будущем?

- Представляется крайне актуальным получить на комплексе NICA режим работы, при котором происходит относительно быстрая смена типа иона и энергии. Такой "многоионный" пучок открывает принципиально новые возможности в области исследования воздействия космической радиации. Это позволит ученым реализовать более реалистичный подход к моделированию потоков галактических космических лучей для проверки детекторов и материалов в космической отрасли, а также для изучения биологического действия космической радиации.

В целом в предстоящих исследованиях планируется задействовать все диапазоны энергий ускоряемых частиц - от нескольких МэВ до нескольких ГэВ на нуклон, - которые будут доступны на создаваемых облучательных станциях СИМБО, ИСКРА, СИЯЭ и уже оборудованной станции СОЧИ.

Конкретные планы

Создание станций СОЧИ, ИСКРА, СИМБО и соответствующих каналов для прикладных исследований ведется под руководством главного инженера ускорительного комплекса NICA Евгения Сыресина с определяющим участием в этих работах молодых специалистов Георгия Филатова и Алексея Сливина. На одном из лабораторных семинаров было рассказано о структуре проектов и планах по их развитию.

Каналы для прикладных исследований создаются на основе линейного ускорителя тяжелых ионов ЛУТИ и сверхпроводящего синхротрона Нуклотрон. В корпусе №1 Лаборатории физики высоких энергий есть две зоны для прикладных исследований. Первая из них - это станция СОЧИ (Станция Облучения ЧИпов). Задача станции - обеспечить плотность потока частиц на мишени 10³-10⁵ частиц/см²/с. Установка работает в импульсном режиме. Вторая зона - это зона измерительного павильона. Там будут располагаться две станции: СИМБО (Станция исследований медико-биологических объектов) и ИСКРА (Испытательная станция компонентов радиоэлектронной аппаратуры).

На данный момент завершен проект новых элементов магнитной системы каналов СИМБО и ИСКРА. Магнитные элементы обеспечат как транспортировку пучка, так и его формирование на мишени.

"Октупольные магниты - изюминка канала ИСКРА. На станции ИСКРА необходимо обеспечивать облучение чипов 20х20 мм с однородностью 10 процентов. Октуполь преобразует фазовый портрет пучка, образует на его острие плато. Именно это плато и обеспечивает необходимую однородность. Кроме того, мы будем использовать сканирующие магниты, которые позволят облучать большие области мишеней: 200х200 мм на станции ИСКРА и 100х100 мм на станции СИМБО", - рассказал Георгий Филатов.

На станции СИМБО будет использоваться коллиматор для создания резкой границы поля при облучении биологических объектов. Вставки коллиматора позволят изменять диаметр пучка. Также будут использоваться детекторы, которые позволят измерять профиль пучка. Станция СИМБО будет оборудована климатической камерой, позиционером для мишени, системой позиционирования детекторов, ионизационными камерами. Станция ИСКРА также включает в себя большое количество оборудования и детекторов: деградер, систему позиционирования, систему задания температур от отрицательных до положительных, специальное устройство для размещения чипа и проверки его на отказы во время облучения, ионизационную камеру и кремниевые детекторы.

В ходе сеанса пусконаладочных работ в октябре 2022 г. команда проекта испытала прикладную станцию СОЧИ на ионах аргона, прошло первое облучение микросхемы, были облучены радиохромные пленки, чтобы выяснить, какой профиль пучка и мишени будет на выходе. В ходе испытаний удалось "распушить" пучок, чтобы получить необходимую однородность, а также необходимые для испытаний флюенсы. Такой результат наблюдался при помощи облучения микросхемы.

В программу сеанса 2023 года на установке СОЧИ вошло тестирование микросхемы, командой проекта были получены те же флюенсы, но в этот раз испытания проводились на пучках ксенона. Помимо плат, были облучены специальный трековый детектор и радиохромные пленки. Георгий Филатов отметил, что эти испытания доказали свою эффективность для тестирования оборудования. В дальнейших планах ученых испытания детекторов. В марте этого года был завершен монтаж оборудования и станции ИСКРА на внештатном месте расположения станции, а также закуплено оборудование станции СИМБО. Запуск каналов и станций СИМБО и ИСКРА планируется осенью 2024 г.

Первые результаты и новые партнеры

В июне во Владикавказе состоялось рабочее совещание "Прикладные исследования на комплексе NICA: перспективы сотрудничества РСО-Алания - ОИЯИ", на котором обсуждались элементы научной программы ARIADNA и ближайшие перспективы совместных работ.

Открылось совещание торжественной церемонией подписания Меморандума о взаимопонимании по участию Северо-Осетинского государственного университета имени К.Л.Хетагурова (СОГУ) в коллаборации ARIADNA по прикладными исследованиям на комплексе NICA. Подписание меморандума стало отправной точкой для включения преподавательских и студенческих коллективов этого университета в работы прикладного характера с использованием инфраструктуры класса мегасайенс. После подписания меморандума директор ОИЯИ Григорий Трубников и ректор СОГУ Алан Огоев выступили с приветственными словами в адрес участников совещания и обменялись мнениями о перспективах дальнейшего сотрудничества двух организаций по целому ряду направлений. От имени организаторов мероприятия участников приветствовали руководитель коллаборации ARIADNA-LS заместитель начальника Отделения научно-методических исследований и инноваций ЛФВЭ Олег Белов и директор Информационного центра ОИЯИ на Юге России Нелли Пухаева.

В первый день работы совещания представители ЛФВЭ ознакомили собравшихся с общей информацией о проекте NICA и возможностями для проведения экспериментов на выведенных пучках ускорительного комплекса. Также состоялся круглый стол с представителями университетов и научно-производственных предприятий РСО-Алания, в котором приняли участие преподаватели, студенты и аспиранты СОГУ и СКГМ (ГТУ), руководители ООО "ВТЦ БАСПИК" и АО "НИИЭМ", представившие информацию об исследовательской и научно-производственной инфраструктуре своих организаций. Участники совещания ознакомились с возможностями Центра коллективного пользования СОГУ.

Работа секции научных докладов началась с сообщения Андрея Штемберга (ИМБП РАН) о нейробиологических эффектах комбинированного действия радиационных и гравитационных факторов межпланетного полета, в котором отмечалась актуальность организации экспериментов на комплексе NICA. Современные методы анализа радиационно-индуцированных двунитевых разрывов ДНК осветил в своем докладе Андреян Осипов (ЛЯР), отметивший важность экспериментов на комплексе NICA для совершенствования дозиметрических подходов в экспериментах с использованием ускоренных ионов. В докладе Нелли Поповой (ИТЭБ РАН) были сформулированы перспективы использования комплекса NICA в исследованиях биологически активных наноматериалов для задач радиационной биологии, где также были представлены основные элементы исследовательской программы ИТЭБ РАН в рамках коллаборации ARIADNA. Физико-дозиметрическое обеспечение радиобиологического эксперимента на пучках различного качества обсуждалось в сообщении Вячеслава Сабурова (МРНЦ имени А.Ф.Цыба - филиал ФГБУ "НМИЦ радиологии" Минздрава России), рассказавшего о многоплановом опыте работы с источниками ионизирующего излучения в рамках практических задач радиационной медицины. Доклад о нейрорадиобиологических исследованиях на пучках ускоренных тяжелых ионов комплекса NICA представил Юрий Северюхин (ЛРБ), в очередной раз подчеркнувший уникальность пучков ускоренных ионов комплекса NICA для проведения экспериментальных работ в данном направлении с использованием лабораторных животных.

Секция научных докладов по вопросам радиационного материаловедения и радиационной модификации материалов состоялась под председательством Михаелы Параипан и Сергея Тютюнникова. На ней прозвучал доклад Павла Дегтяренко (ОИВТ РАН) об изменениях токонесущей способности высокотемпературных сверхпроводников, облученных ионами различной энергии. О прикладных исследованиях на комплексе NICA в области радиационной модификации высокотемпературных сверхпроводящих композитов доложил Игорь Руднев (НИЯУ МИФИ), представив также основные задачи научной группы НИЯУ МИФИ в рамках коллаборации ARIADNA на ближайшую перспективу. Возможности изучения радиационной стойкости материалов на реакторе ИБР-2 были освещены в докладе Максима Булавина (ЛНФ), который отметил актуальность проведения работ с использованием источников нейтронов комплементарно к программе исследований ARIADNA.

Секция докладов об использовании пучков комплекса NICA для исследований в области систем ADS прошла под председательством Игоря Руднева и Максима Булавина. Открыл секцию обзорный доклад Сергея Тютюнникова (ЛФВЭ) о текущем состоянии и перспективах развития систем ADS, в котором были представлены результаты работы предыдущих лет, полученные с использованием пучков Нуклотрона. В сообщении о перспективах использования ионных пучков комплекса NICA для разработки современных систем ADSR Михаела Параипан (ЛФВЭ) представила широкий круг расчетных результатов по определению оптимальной конфигурации системы и выбору типов пучков ионов для экспериментальных исследований в этом направлении. Давид Лазаров (СОГУ) представил доклад об исследовании кремниевых фотоэлектронных умножителей. О моделировании смешанных радиационных полей на комплексе NICA рассказал Иван Гордеев (ЛРБ), раскрыв в своем докладе аспекты радиационной защиты Нуклотрона и бустера, а также аппаратных средств для получения спектров излучений, близких по составу к галактическим космическим лучам.

Использованы сообщения Пресс-центра ОИЯИ.

Материал подготовила Галина МЯЛКОВСКАЯ