Array Сборник статей - Творчество и развитие общества в XXI веке - взгляд науки, философии и богословия

Лаборатория ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова располагает пятью ускорителями (типа циклотрон), на которых выполняется широкая программа фундаментальных и прикладных исследований в области ядерной физики низких энергий. Ставится задача определить свойства ядер на границе устойчивости. Ведётся строительство комплекса DRIBS для производства и изучения радиоактивных ядер. Одно из замечательных достижений лаборатории – открытие ряда трансурановых элементов в интервале атомного номера 113–118. Три из них официально зарегистрированы и вошли в таблицу элементов Д. И. Менделеева под именами дубний-105, флеровий-114 и ливерморий-116.

Ускоритель – важнейший инструмент науки о строении вещества. Он действует как микроскоп: длина волны частиц пучка (к= h/p) находится в интервале 10 -7—10 -16см, что перекрывает размер атомов и известных фундаментальных частиц. Это позволяет вести поиск и исследование конституентов материи, поиск и исследование новой фазы материи – кварк-глюонной плазмы, которая, вероятно, заполняла раннюю Вселенную и играет важную роль в динамике нейтронных звёзд.

Рис. 4. История создания ускорителей

С применением ускорителей выполняется широкая программа прикладных исследований в биологии и др. науках. Отметим здесь лишь некоторые области практического применения ускорителей:

– терапия злокачественных опухолей. В Лаборатории ядерных проблем действует медицинское отделение, где ежегодно на пучке протонов проходят лечение около 100 пациентов;

– производство радиоактивных изотопов для медицины и биологии;

– производство ядерных фильтров с диметром отверстий 100 нм для очистки плазмы крови и др. веществ;

– стерилизация продуктов, медицинских материалов и др.;

– диагностика скрытых веществ;

– нейтронный каротаж скважин при добыче углеводородов;

– материаловедение;

– обработка поверхностей путём имплантации ионов;

– увеличение прочности металлов, антикоррозийные технологии;

– сварка и резка металлов.

В настоящее время во всём мире на ускорителях диагностику и терапию проходят около 100 тыс. пациентов в год. В промышленности работает около 18 тыс. ускорителей. В США доход от применения ускорителей оценивается в 20 млрд долларов в год.

Эпоха ускорителей длится около 90 лет – с 30-х годов прошлого века до наших дней. Это демонстрируется на рис. 4.

1 – ускоритель фазотрон в Дубне, энергия 600 МэВ, 1949 г.;

2 – синхрофазотрон ОИЯИ, энергия 10 ГэВ , 1957 г.;

3 – ускоритель У-70 в ИФВЭ (Серпухов), энергия 70 ГэВ.

Интересно отметить, что достигнутая максимальная энергия машины растёт экспоненциально со временем.

История ускорителей не завершена. В настоящее время обсуждаются несколько проектов машин с энергией пучка около 100 ГэВ. Длина кольца составляет около 100 км, стоимость проекта около IQ-15 млрд долларов.

В Лаборатории нейтронной физики им. И. М. Франка действует единственный в мире импульсный реактор. Он является источником нейтронов с самым высоким потоком частиц в импульсе в мире. Формируется 14 пучков, на которых одновременно могут действовать 14 установок (рис. 5). На реакторе были открыты ультрахолодные нейтроны. Ежегодно в Лаборатории выполняется около 200 экспериментов исследователями из более чем 20 стран.

Рис. 5. Импульсный реактор и схема пучков нейтронов

Нейтрон изучается как элементарная частица, и сам нейтрон используется в качестве инструмента для исследования структуры и динамики конденсированных сред, включая кристаллы и наносистемы, конструкционные материалы, сложные жидкости и полимеры, горные породы. Результаты этих исследований находят применения в молекулярной биологии и фармакологии, технической диагностике и других областях науки и техники.

Значительная часть результатов исследований ОИЯИ широко цитируются и получила развитие в институте и в других центрах. Коллективы института удостоены 13 государственных премий СССР и России, что свидетельствует о широком общественном признании достижений ОИЯИ. Ниже приводится список работ, которые оказали значительное влияние на пути развития науки и техники.