Коллайдер NICA - новый этап в развитии ядерной энергетики
- Автор
- Дата публикации
Главная задача коллайдера NICA - изучение экзотического состояния материи, кварк-глюонного "супа".
Главная задача коллайдера NICA, который планируется построить в Подмосковье — изучение экзотического состояния материи, кварк-глюонного "супа", который существовал в первые мгновения после Большого взрыва, однако эта установка поможет ученым в создании безопасных АЭС, новых методов лечения рака и даже повышении надежности космической электроники, сказал Владимир Кекелидзе, директор Лаборатории физики высоких энергий Объединенного института ядерных исследований, передает "Телеграф", со ссылкой на "Наноньюз".
"Возможные прикладные применения — это и трансмутация ядерных отходов, и поиск новой безопасной ядерной энергетики, новых методов лучевой терапии, это может стать базой для тестирования радиоэлектронных компонентов", — сказал Кекелидзе.
Накануне представители 5-ти стран, а также России подписали протокол о намерении участвовать в постройке коллайдера NICA, который начнет работать в Объединенном институте ядерных исследований в подмосковной Дубне в 2017 году.
Коллайдер тяжелых ионов NICA предназначен для исследования свойств "кварковой" материи. Протоны и нейтроны "обычной" материи (адроны) состоят из кварков, которые не могут существовать в свободном состоянии. Кварки "склеивают" между собой глюоны, переносчики сильного ядерного взаимодействия, которое растет при попытке их "раздвинуть". Его сила составляет около 160 килоньютонов, что эквивалентно весу в 16 т.
Физики в ходе наблюдений за столкновениями ядер тяжелых ионов в ускорителях, в частности, на коллайдере RHIC в Брукхейвене впервые обнаружили возникновение "кварковой жидкости", настолько плотной и горячей, что сильное взаимодействие не собирало их в адроны. Ученые считают, что этот кварковый "суп" мог существовать в мгновения после рождения Вселенной.
В дубненском коллайдере будут сталкиваться пучки ядер золота, разогнанные навстречу друг другу до энергий 5,5 гигаэлектронвольт на нуклон. В точке столкновения на сверхкраткое время будут рождаться капли кварк-глюонной жидкости. Ученые отмечают, что NICA будет работать в "пограничном" диапазоне энергий, там, где существует так называемая "смешанная фаза", переходное состояние на грани между кварковой и ядерной материей. Это диапазон не закрыт другими ускорителями, поэтому физики ОИЯИ смогут получить уникальные результаты.
Будущий коллайдер будет состоять из целого семейства ускорителей, 2 из которых уже работают — это начальный линейный ускоритель и сверхпроводящий ускоритель нуклотрон, построенный в 1993 году здании знаменитого в советского время дубненского синхрофазотрона. В 2015 году планируется запустить третью ступень ускорителя — бустер, откуда ионы пойдут в кольца самого коллайдера. Уже на стадии работы бустера ученые смогут начать ряд прикладных исследований, например, в области технологии новых безопасных ядерных энергетических установок, так называемых субкритических реакторов.
"Мы ищем новые возможности в новой энергетической области, где пока еще мало данных. Нынешние реакторы загружают топливом, и они дальше работают сами по себе, вы их можете только заглушить. А здесь идет управляемая ядерная реакция. Включил рубильник — пошла реакция, выключил — все остановилась", — сказал Кекелидзе.
Концепция таких реакторов была предложена нобелевским лауреатом Карло Руббиа. Эта технология предполагает "обстрел" ионами урановой мишени, которая в свою очередь становится источником энергии и позволяет получить энергию.
"У нас есть уникальная 20-тонная урановая мишень, оставшаяся с советских времен, и пучки ионов с энергиями в несколько гигаэлектронвольт — такое сочетание есть только у нас. Мы должны показать, будет ли при определенных энергиях выход нейтронов тот, который позволяет развивать эту безопасную технологию. Мы обязаны закрыть это окно", — сказал ученый.
Другое направление — "трансмутация", переработка ядерных отходов. Ученые предлагают обстреливать тяжелыми ионами отработанное ядерное топливо. "Радиоактивные элементы при облучении пучками ядер распадаются и переходят в долгоживущие или наоборот очень короткоживущие изотопы, и уже не представляют опасности", — сказал ученый.
Для лечения многих типов раковых опухолей лучше использовать не традиционную лучевую терапию — гамма- или рентгеновское излучение, а пучки частиц, например, протонов или тяжелых ионов. Частицы не проникают глубоко в ткани, более того, они выделяют энергию на определенной глубине — это позволяет точечно воздействовать на опухоль и не повреждать здоровые ткани.
Один из перспективных методов — использование для лучевой терапии пучков ионов углерода. "У нас источники углеродных пучков — именно нужной энергии пучки будут в бустере. Как раз тот диапазон, который требуется. У нас, конечно, будет не лечебная база, но мы будет готовить методологию использования этих пучков, подбирать "инструментарий", — сказал Кекелидзе.
Космические лучи пока остаются главной и пока непреодолимой угрозой для любых космических аппаратов. Если гамма- и рентгеновское излучение от Солнца сравнительно безопасны, то протоны и ядра гелия могут наносить серьезный урон электронике и выводить из строя спутники. Особенно опасны галактические космические лучи — ионы тяжелых элементов, возникающие за пределами Солнечной системы в результате взрывов сверхновых.
Тяжелые частицы обладают гигантской энергией, и легко "пробивают" любую защиту, "защелкивают" ячейки памяти, выводя их из строя, меняют состояния транзисторов. Именно такая тяжелая заряженная частица, согласно выводам комиссии, вывела из строя российский зонд "Фобос-Грунт". "Наиболее разрушительны ионы железа. Эти частицы хоть и редкие, но "убивают" все. Пучки ионов железа есть только у нас, и в Брукхейвене (который закрыт для всех, кроме военных и НАСА)", — сказал Кекелидзе.
По его словам, на базе коллайдера NICA можно создать центр проверки и испытаний космической электроники.
"Мы хотим создать настоящую инфраструктуру для этого. Использовать ресурс пучков в ущерб другим задачам, не имея адекватной инфраструктуры — это неэффективно. Это, конечно, требует вложений", — сказал ученый.