Ученые и инженеры из Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) достигли нового рубежа в исследованиях изотопов. Они ускорили мощный пучок ионов урана и доставили рекордные 10,4 киловатта непрерывной мощности пучка к цели. Работа опубликована в журнале Physical Review Accelerators and Beams.
Уран — самый сложный для ускорения элемент. Однако он чрезвычайно важен для научных исследований. Из более чем 17 наиболее приоритетных научных программ с пучками редких изотопов, определенных Национальной академией наук и Консультативным комитетом по ядерной науке, более половины требуют первичного пучка урана.
Исследователи ценят уран, поскольку он способен производить большое количество изотопов после фрагментации или деления.
Установление ускорения пучка урана с беспрецедентной мощностью является важнейшей вехой для FRIB. Достижение открывает новое направление исследований редких изотопов. В течение первых восьми часов работы мощный пучок урана позволил ученым FRIB произвести и идентифицировать три новых изотопа: галлий-88, мышьяк-93 и селен-96.
Мощный урановый пучок требовал стабильной работы всех ускорительных устройств при самых высоких градиентах ускорения. Это достижение создает основу для обеспечения самых тяжелых ионных пучков для создания редких изотопов. Оно расширяет научные возможности в неисследованных областях ядерного ландшафта.
Согласно исследованию, ускорительная установка FRIB смогла создать самый мощный из когда-либо наблюдавшихся ускоренных непрерывных пучков урана, что привело к разделению и идентификации трех ранее неизвестных изотопа.
Это достижение стало возможным благодаря успешной работе FRIB, включая новый сверхпроводящий линейный ускоритель, состоящий из 324 резонаторов в 46 криомодулях, недавно разработанный жидколитиевый стриппер и новые технологии, такие как производство урана в ионном источнике на основе электронного циклотронного резонанса (ЭЦР), уникальный тяжелоионный радиочастотный квадруполь (RFQ), мощная мишень и поглотитель пучка.
Исследователи разработали новые методы, позволяющие одновременно ускорить три зарядовых состояния урана после зачистки пленкой жидкого лития.
Этот подход позволил достичь рекордно высокой мощности для урана. Три ранее не наблюдавшихся изотопа — галлий-88, мышьяк-83 и селен-96 — были получены в 1,2-миллиметровой графитовой мишени, разделены и впервые идентифицированы в Advanced Rare Isotope Separator в FRIB. Эта работа была выполнена в сотрудничестве с учеными из США, Японии и Южной Кореи.
