Реактор в дубне где находится
Лаборатория Нейтронной Физики им. И.М. Франка
Объединенный Институт Ядерных Исследований
- Главная />
- Установки />
- ИБР-2
Импульсный реактор ИБР-2
Реакторный зал
ИБР-2 со своими уникальными техническими решениями имеет один из самых высоких потоков нейтронов у замедлителя в мире:
10 16 н/см 2 /с с 1850 МВт пиковой мощности.
Несмотря на это, реактор экологически выгоден: он потребляет гораздо меньше энергии, чем другие исследовательские реакторы и использует очень мало топлива (меньше чем 20 л) которое служит около 15-20 лет.
Реактор работает непрерывно в двенадцатидневном цикле и потом останавливается для подготовки следующих экспериментов. Существует также летняя, более длительная, остановка реактора для технической профилактики. Обычно реактор работает 9 циклов в году.
Реактор в дубне где находится
Как реакторы получили личные имена, почему кек – жёлтый, а лужайка – зелёная, зачем нужна ловушка расплава, кто придумал Петру Капице прозвище Кентавр и какие вопросы больше всего огорчают атомщиков, узнали участники научно-популярного лектория «Пойми атомщика», организованного сетью Информационных центров по атомной энергии (ИЦАЭ) на Летней школе.
Лекции прошли с 1 по 3 августа на летней базе Института объединённых ядерных исследования (ОИЯИ), где вот уже почти 20 лет традиционно проводится Летняя школа.
В мир атомной терминологии слушателей погрузила кандидат филологических наук, координатор специальных проектов АНО «ИЦАО» Наталия Фельдман.
«Точных данных о том, кто назвал «Объект А» «Аннушкой», нет. В некоторых источниках пишут, что это Курчатов, в других – что Славский. Ясно одно – атомщики относились к «Аннушке» очень трепетно, поэтому первый промышленный реактор СССР получил уменьшительно-ласкательный вариант имени. Реактор строился в обстановке строгой секретности, и слова «реактор» и даже «котёл» употреблять было нельзя, поэтому использование личного имени в качестве наименования стало хорошим выходом», — рассказала Наталья Фельдман в начале лекции «Путешествие по ономастическому пространству атомной отрасли».
Иногда в названии реактора увековечивали имена их создателей. В частности, по одной из версий, имя реактора ПИК расшифровывается как «Петров и Коноплёв», а по другой – представляет собой аббревиатуру словосочетания «пучковый исследовательский комплекс». А в «СМ-3» — исследовательском реакторе, находящемся в НИИАРе (Димитровград), «спрятаны» инициалы его конструктора Савелия Моисеевича Фейнберга. Другая версия гласит, что «СМ» означает «самый мощный».
Рассказала Наталья и о прозвищах. Так, Игорь Курчатов знал о том, что его зовут Бородой, и спокойно к этому относился, а вот Петру Капице его прозвище Кентавр не нравилось. Получил он его благодаря остроумной находчивости Александра Шальникова, работавшего у Капицы. По воспоминаниям Исаака Халатникова, один из посетителей Капицы, раздосадованный нелюбезным обращением с ним, вышел из кабинета и в раздражении воскликнул, обращаясь к Шальникову: «Так кто же ваш директор – человек или скотина?», на что Александр дал мгновенный ответ: «Кентавр!»
На лекции «Пойми атомщика: как создать терминологический словарь» Наталья Фельдман объяснила значение некоторых терминов и особенности терминосистемы атомной отрасли. Оказалось, что жёлтый кек – это перевод словосочетания yellow cake, в которой прилагательное перевели на русский язык, а существительное из «пирога» превратилось в созвучный ему «кек» — так в химии называют нерастворимый осадок в суспензии. «Зелёная лужайка» и «коричневая лужайка» — это виды радиационного обеззараживания территории расположения бывших атомных объектов. «Зелёная лужайка» предполагает создание на месте АЭС или другого атомного объекта парков и зон отдыха, в которых радиационный фон не будет отличаться от природных значений.
«У словосочетания «ловушка расплава» интересная терминологическая судьба, так как в нём есть оттенок образности, который для термина недопустим. Поэтому совсем недавно появился более официальный вариант, который уже можно смело называть термином – устройство локализации расплава», — объяснила спикер.
О том, что печалит филологов, рассказывающих об атомной отрасли, Наталья Фельдман рассказала на психотерапевтическом ток-шоу «Наука – боль». «Моя главная печаль – это журналисты, а если быть более точной, то их кликабельные заголовки. Листая новостную ленту, натыкаюсь на заголовок «Россию ждёт второй Чернобыль?», открываю… И что вы думаете – речь идёт не об АЭС и даже не о «Росатоме», а всего лишь о потенциальной опасности аварии на химическом предприятии в Сибири. Это было несколько лет назад. И кстати, сейчас Федеральный экологический оператор, входящий в «Росатом», занимается ликвидацией накопленного вреда на этом предприятии. К сожалению, журналисты иногда ради яркого заголовка искажают факты, и это настоящая боль», — пояснила эксперт.
Кроме того, Наталья Фельдман приняла участие в совместной Открытой планёрке мастерской «Школа научной журналистики» и редакции журнала «Кот Шрёдингера», на которой участники мастерской презентовали свои проекты редакторам. Так, один из научных комиксов был посвящён вкладу Лизы Мейтнер в объяснение механизма протекания ядерной цепной реакции деления, которую открыли Отто Ган и Фриц Штрассман.
«Летняя школа» (ранее – «Летняя школа «Русского репортёра»») – научно-просветительский проект, который проводится в формате полевого лагеря и ежегодно собирает более 1000 школьников, студентов и экспертов, увлечённых наукой. «Летняя школа» — финалист II Всероссийской премии Министерства образования и науки РФ «За верность науке».
Импульсный реактор ИБР-2
ИБР-2 со своими уникальными техническими решениями имеет один из самых высоких потоков нейтронов у замедлителя в мире:
10 16 н/см 2 /с с 1850 МВт пиковой мощности.
При этом, в отличии от других исследовательских реакторов потребляется гораздо меньше энергии и используется очень мало топлива (меньше 20 л), которое служит около 15-20 лет, что минимизирует нагрузку на окружающую среду.
Реактор работает непрерывно в двенадцатидневном цикле и потом останавливается для подготовки следующих экспериментов. Существует также летняя, более длительная, остановка реактора для технической профилактики. Обычно реактор работает 9 циклов в году.
Расписание работы ИБР-2
Параметры реактора ИБР-2
Список инструментов, включенных в программу пользователей
| Название установки | Область и предмет исследования | Ответственный |
| Дифракция | ||
| ФДВР | Определение с высокой точностью структурных параметров и микроструктуры кристаллических веществ | Сумников С.В. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. |
| ФСД | Определение остаточных напряжений в объемных промышленных изделиях и новых перспективных материалах | Папушкин И.В. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. |
| ДН-12 | Определение параметров кристаллической и магнитной структуры материалов при воздействии высокого давления | Кичанов С.Е. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. |
| ДН-6 (в разработке) | Определение параметров кристаллической и магнитной структуры материалов при воздействии высокого давления | Лукин Е.В. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. |
| ЭПСИЛОН | Исследования макро- и микронапряжений (горных пород, конструкционных материалов) | Сиколенко В. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. |
| СКАТ | Исследования текстуры геологических образцов (пород, минералов, конструкционных материалов) | Николаев Д. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. |
| Малоугловое рассеяние | ||
| ЮМО | Определение структурных характеристик (размер и форма частиц, агломераты, поры, фракталы) наноструктурных материалов и наносистем, включая полимеры, липидные мембраны, белки, растворители и т.д. | Куклин И.А. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. |
| Рефлектометрия | ||
| ГРАИНС | Исследования поверхности и связующих процессов в мягких и жидких наносистемах (магнитные жидкости, полимеры, липидные мембраны) | Тропин Т .В. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. |
| РЕМУР | Определение намагниченного профиля многослойных магнитных наноструктур, исследования эффектов близости в наносистемах. | Петренко А.В. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. |
| РЕФЛЕКС | Определение структурных характеристик тонких пленок и многослойных гетеросистем | Садилов В. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. |
| Неупругое рассеяние | ||
| НЕРА | Исследование динамики кристаллической решетки и структурных параметров молекулярных кристаллов, кристаллов с молекулярными ионами, особенно с широким полиморфизмом | Горемычкин Е.А. Dr. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. co- responsible: Худоба Д. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. |
| Нейтронно-активационный анализ | ||
| РЕГАТА | Определение элементного состава экологических, геологических, биологических, и других типов образцов. | Зиньковская И. Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. |
Ответственный за установку
Сиколенко Вадим Витальевич
Тел. +7 (49621) 6-40-45
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
Измерения напряжений, деформаций и текстуры в геологических, металлических и керамических образцах.
Ответственный за установку
Лукин Евгений Валерьевич
тел. +7(49621) 6-20-47
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
1. Кристаллическая структура материалов в широком диапазоне давлений;
2. Изменение магнитной структуры материалов при высоком давлении;
3. Исследование кристаллической и магнитной структуры соединений с малым объемом методом нейтронной дифракции в широком температурном диапазоне;
4. Фазовый анализ микрообразцов.
Ответственный за установку
Сумников Сергей Викторович
тел. +7 (49621) 62-132
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
1. Прецизионный анализ кристаллической структуры поликристаллов;
2. Анализ формы дифракционных пиков от монокристаллов с Δd/d ≈ 0.001;
3. Анализ микроструктуры кристаллических материалов;
4. Анализ магнитного упорядочения в поликристаллах.
Ответственный за установку
Куклин Александр Иванович
Тел. +7 (49621) 6-74-17
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований:
1. Размеры, пространственные корреляции и форма частиц, агломератов, пор и (или) фрактальная размерность кристаллических, аморфных образцов, коллоидных растворов, биологических объектов в диапазоне от 1 нм до нескольких сотен нанометров;
2. Структурные изменения при фазовых переходах;
Ответственный за установку
Цулая Мурман Иванович
тел. +7 (49621) 6-23-75
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
1. Ядерная прецессия спина нейтронов;
2. Исследование магнитной структуры.
Ответственный за установку
Николаев Дмитрий Игоревич
Тел. +7 (49621) 6-59-72
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
Измерения текстуры в образцах из конструкционных материалов, а также геологических и биологических образцах
Ответственный за установку
Бескровный Анатолий Иванович
тел. +7 (49621) 6-53-03
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
1. Анализ кристаллической и магнитной структур функциональных материалов в широком интервале температур;
2. Изучение твердофазных химических реакций, процессов кристаллизации, гидратации/дегидратации, кинетики структурных и магнитных фазовых переходов в реальном времени;
3. Особенности кристаллической и магнитной структур.
Ответственные за установку:
Горемычкин Евгений Анатольевич
тел. +7 (49621) 6-54-86
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
1. Молекулярная динамика водород содержащих соединений, включая фармакологические вещества;
2. Атомная динамика и структура конденсированного состояния, в частности, изучение веществ с фазовым полиморфизмом;
3. Исследование магнитной и атомной динамики сильно коррелированных систем.
Ответственный за установку
Зиньковская Инга
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
тел. +7 (49621) 6-56-09
Основные направления исследований
1. Контроль качества воздуха (исследования аэрозольных фильтров, биомониторинг с использованием мхов, лишайников, листьев);
2. Оценка состояния водных объектов;
3. Биоремедиация почв и очистка сточных вод;
4. Геология и геоэкология;
5. Анализ продуктов питания, медицинских растений;
6. Нанотоксикология;
7. Материаловедение;
8. Биотехнологии (разработка новых медицинских препаратов и сорбентов);
9. Археология;
10. Анализ объектов внеземного происхождения.
Ответственный за установку
Гундорин Николай Алексеевич
тел. +7 (496) 216-30-69
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Храмко Константин
Тел.+7 (496) 216-37-56
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
Элементный анализ по мгновенным гамма квантам
Ответственный за установку
Петренко Александр Викторович
Тел. +7 (49621) 6-31-19
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
1. Слоистые магнитные и сверхпроводящие тонкие пленки;
2. Объёмные наноструктуры;
3. Коллоидные растворы;
4. Ферромагнитные жидкости.
Ответственный за установку
Руткаускас Антон Владимирович
тел. +7 (496) 216-49-69
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
1. Исследование внутренней структуры объектов с помощью нейтронной радиографии и томографии;
2. Процессы проникновения воды в материалы методами нейтронной радиографии в реальном времени.
Ответственный за установку
Круглов Александр
тел. +7 (496) 216-47-89
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
Исследования внутренних напряжений в конструкционных материалах и промышленных изделиях.
Ответственный за установку
Зель Иван Юрьевич
тел. +7 (49621) 6-49-69
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
1. Кристаллическая и магнитная структура функциональных материалов под высоким давлением;
2. Структурные и магнитные фазовые переходы под высоким давлением;
3. Динамика водородосодержащих соединений под высоким давлением;
4. Исследования малых объемов образцов методом нейтронной дифракции в широком диапазоне температур.
Ответственный за установку
Папушкин Игорь Викторович
Тел. +7 (496) 216-21-33
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований:
Исследование внутренних механических напряжений в материалах.
Ответственные за установку
Тропин Тимур Васильевич
Тел. +7 (496) 21 6-41-65
E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
1. Рефлектометрия в вертикальной плоскости рассеяния;
2. Границы раздела жидких сред;
3. Рассеяние поляризованных нейтронов.
Ответственный за установку
Садилов Валентин
Тел. +7 (496) 216-42-41
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
1. Исследование структуры тонких пленок на твердотельной подложке;
2. Режим неполяризованного нейтронного пучка: восстановление параметров эффективной толщины слоев, шероховатости границ между слоями и свободной поверхности, определение нейтронно-оптической плотности материалов слоев;
3. Режим поляризованного нейтронного пучка: оценка магнитных свойств структуры слоев на поверхности подложки, тип магнитного упорядочения слоев во внешнем магнитном поле, магнитные параметриты — эффективной толщины слоев, шероховатости границ между слоями и свободной поверхности, определение нейтронно-оптической плотности материалов слоев.
Ответственный за установку
Тел. 216-54-86; 216-41-73
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
1. Исследование на микроскопическом уровне структурных фазовых переходов;
2. Исследование процессов диффузии протонов в системах с различными типами водородных связей;
3. Исследование динамики протонов в молекулярных кристаллах, в широкой области передач энергий;
4. Исследования ассоциативных взаимодействий химических частиц, в том числе систем с образованием водородных связей различных типов;
5. Исследования магнитной динамики в соединениях с 4f и 3d переходных металлов.
Ответственный за установку
Тел.: +7 (496) 216-26-74
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Основные направления исследований
1. Комплексные жидкости, включая магнитные жидкости, растворы ПАВ, анизотропные жидкости, жидкие кристаллы и др.
2. Магнитные нанокомпозиты
3. Полимеры, в том числе магнитные полимеры
4. Биологические макромолекулы, мембраны, везикулы
5. Липосомы, включая магнитосомы.
6. Дисперсии углеродных материалов
7. Неоднородности в конструкционных материалах.
"Думали, что придется вернуться назад". Как в Дубне создали самые тяжелые в мире элементы
В просторном зале, заставленном оборудованием, сквозь гул вентиляции и разговоры снующих техников раздался скрежет металла. "Я думал, стремянка привинчена к полу", — виновато сказал наш фотограф. Только что он чуть не свалился на трубу новенького циклотрона ДЦ-280 за $25 млн, который создали 18 стран (вместе со зданием проект стоил где-то $60 млн). Тестовые пуски прошли успешно, но циклотрон еще нужно наладить. Из-за этого вокруг больше инженеров и рабочих в спецовках, чем ученых, которые специально для нас пришли из кабинетов, надели белые халаты и со знанием дела позируют рядом с аппаратурой. Наука — это еще и ожидания от науки: мы ждем, что ученые выглядят именно так, а они согласны подыграть.
Сопровождающий нас доктор физико-математических наук Александр Карпов, посмотрев на стремянку и фотографа, замолчал и едва заметно нахмурился, но через пару секунд продолжил рассказывать, что затеяли в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ). Здесь, в Дубне, занимаются тем, что раньше считалось делом господа и о чем мечтали алхимики: создают материю, превращая одни химические элементы в другие, прежде невиданные. 105-й так и называется — дубний, 115-й — московий (Дубна расположена на севере Московской области), 114-й, флеровий, напоминает об основателе Лаборатории ядерных реакций Георгии Флерове, а 118-й — о его ученике и нынешнем научном руководителе лаборатории Юрии Оганесяне.
На 118-й клетке, которую занимает оганесон, заканчивается таблица Менделеева. С помощью циклотрона ДЦ-280 — фабрики сверхтяжелых элементов — дубнинцы рассчитывают лучше изучить свойства этого и соседних элементов, чтобы проверить существующие теории. Прежде сделать это было не так-то просто: пойди разберись, когда у тебя всего пять или шесть атомных ядер, к тому же живущих подчас где-то миллисекунду. Есть и вторая цель. Теоретически оганесон не последний химический элемент. В новых экспериментах физики надеются синтезировать два следующих, которые начнут восьмой период таблицы Менделеева и, может быть, приоткроют тайны мироздания.
Элементарная история всего
Все, что мы видим, — драцена в пластиковом горшке, осевшая на ее листьях пыль, коллега, обернувшаяся на шелест, Солнце за окном, само окно — состоит в основном из протонов и нейтронов, частиц, образующих ядра всех-всех атомов. Атомное ядро — невообразимая штука, чем-то напоминающая одновременно и каплю электрически заряженной жидкости, и газ; чрезвычайно маленькая, но такая плотная, что 100-литровая бочка такого вещества весила бы, как вся вода в Байкале. И хотя ученые смогли заглянуть внутрь ядер, творящиеся там процессы до сих пор остаются загадкой.
Сначала физиков удивляло, что ядра атомов вообще существуют: протоны заряжены положительно и по идее должны отталкиваться друг от друга, а у нейтронов заряда нет — им бы летать, ни с кем не связываясь. Ученые ломали голову, в чем дело, пока не поняли: на расстоянии, которое меньше вишни во столько же, во сколько вишня меньше расстояния от Земли до Солнца, действует особая сила, удерживающая протоны и нейтроны вместе. Ее назвали сильным взаимодействием.
Природа этой силы до конца не ясна, но без нее привычный нам мир точно не появился бы. А возникать он начал спустя считаные минуты после Большого взрыва: тогда образовались ядра первых и самых легких химических элементов — водорода, гелия и немного лития. Эти элементы отличаются прежде всего числом протонов: в водороде протон всего один, в гелии — два, в литии — три (поэтому-то они идут друг за другом в таблице Менделеева).
Из водорода и гелия получились первые звезды — колоссальные газовые шары с таким давлением и температурой, что атомные ядра в их недрах сливаются в более тяжелые, вплоть до 26-го элемента, железа, если звезда особенно большая. Наше Солнце — звезда заурядная и на последнем издыхании сможет породить в значительном количестве только шестой элемент — углерод. Но и стараний всех звезд — что маленьких, что колоссальных — за всю историю Вселенной не хватило, чтобы значительно изменить состав материи: спустя почти 14 млрд лет после Большого взрыва примерно три четверти вещества по-прежнему водород, еще четверть — гелий, а остальное составляет менее 1%.
Элементы за железом в звездах почти не образуются. Для этого в атомное ядро должно попасть извне несколько нейтронов: когда их много, часть способна превратиться в протоны, а именно количество протонов, как мы помним, отличает один элемент от другого. Загвоздка в том, что встречи с нейтронами в звездах разделяют сотни, иногда тысячи лет. За это время атомные ядра зачастую распадаются, не дождавшись частицу, которая перевернет их жизнь.
Делая по одному протонному шажку, можно добраться до 82-го элемента, свинца. Дальше — пропасть из радиоактивных ядер, которые быстро распадаются на более легкие осколки. Чтобы ее перепрыгнуть, нужно поистине устрашающее и завораживающее событие — взрыв сверхновой, когда умирающая звезда вспыхивает ярче, чем что-либо в галактике, и сбрасывает оболочку. На ее месте остается обвалившаяся сама в себя сердцевина размером где-то 10–20 км и массой, как одно-два Солнца. Вещество получившегося шара, нейтронной звезды, по плотности сравнимо с атомным ядром. Считается, что во всей Вселенной еще плотнее только черные дыры.
Во время этой немыслимой катастрофы высвобождается гигантское количество нейтронов — столько, что попавшимся на пути атомным ядрам не нужно ждать встречи с частицами веками. Катаклизм еще грандиознее — когда две такие штуковины сталкиваются: в этот момент само пространство-время дрожит, как вода, в которую бросили камень (за открытие гравитационных волн от слияния двух других объектов, черных дыр, в 2017 году вручили Нобелевскую премию по физике). В таких событиях тоже вылетает порядочно нейтронов, и получаются тяжелые элементы.
Что именно образуется при появлении и слиянии нейтронных звезд, наверняка не известно. Точно — 92-й элемент, уран, залежи которого есть на нашей планете (почти все многообразие элементов на Земле — результат жизни и смерти звезд; именно в этом смысл романтического утверждения, что каждый человек на 97% состоит из звездного вещества). В горных породах также были найдены ничтожные количества следующих за ураном нептуния и плутония, но они появились из-за распада урана, а не прилетели из космоса.
Чтобы элементы тяжелее урана пережили путешествие до нашей планеты, нужна удача. Последний раз сверхновая взрывалась в окрестностях Земли в 1604 году. В окрестностях — это примерно в 13 тыс. световых лет (150 млн км от нашей планеты до Солнца — это чуть больше 8 световых минут). Если бы атомы летели с предельной скоростью, столько времени занял бы их путь до нас. Чаще сверхновые загораются на расстоянии миллионов и даже миллиардов световых лет. Тяжелые ядра обычно погибают в радиоактивном распаде намного быстрее, к тому же в звездах их образуется так мало, что счастливчиков чрезвычайно трудно засечь.
Чтобы все-таки получить такие ядра, физикам ничего не остается, кроме как создать условия, похожие на звездные.
"Красивая сказка!"
Колоссальный поток нейтронов, нужный для превращения одних химических элементов в другие, возникает в атомных реакторах и при термоядерных взрывах. Изучив пыль в бумажных фильтрах из самолетов, пролетевших сквозь облако после детонации водородной бомбы, и кораллы на месте испытания, в 1952 году американцы из Калифорнийского университета в Беркли открыли два новых элемента. Их назвали эйнштейний (99-й в таблице Менделеева) и фермий (100-й).
Едва ли природа питает слабость к круглым числам, но после сотого элемента от ядерных взрывов и реакторов не было толка. Все, что тяжелее фермия, получили на специальном оборудовании — ускорителях, например циклотронах, как в Дубне. В циклотронах атомные ядра разгоняются и направляются по трубе в мишень — тонкий слой тщательно подобранного вещества на вращающемся диске. Если повезет, при попадании снарядов в мишень образуются новые ядра.
В отличие от частиц в знаменитом Большом адронном коллайдере, снаряды летят сравнительно медленно, со скоростью около 1/10 скорости света. Правда, этого все равно хватило бы, чтобы обогнуть Землю примерно за секунду. В циклотроне ДЦ-280 расстояние намного меньше: мишень расположена в соседнем зале. Скорость выбрана так, чтобы снаряды преодолели силу электрического отталкивания, но при этом не раскалывали мишень: как капли жидкости, два ядра должны слиться в более крупное, где будет столько же протонов и нейтронов, сколько в мишени и снаряде по отдельности.
Ядра самых тяжелых элементов были получены этим же способом, только на старом циклотроне У-400. Многие физики думали, что это вообще невозможно. "Одна теоретическая модель показывала, что за фермием больше нет элементов, там глубокое море нестабильности: полученные ядра моментально делятся. Но другая модель говорила: "Да-да, совершенно правильно, именно так оно и есть. Но если вы уйдете очень далеко, в этом море найдется остров, состоящий из сверхтяжелых элементов. Доберетесь — увидите". Красивая сказка!" — рассказывает Юрий Оганесян.
Проверка гипотезы казалась делом насколько сложным, настолько и безнадежным. В лабораториях разных стран и в Дубне годами проводили эксперименты, но безуспешно. "С очень большой вероятностью ничего не получилось бы, — вспоминает Юрий Оганесян. — Мы начали в непростое время, 1990-е годы. Нам казалось, что есть еще одна реакция, которую надо бы попробовать. Я говорил коллегам, что если не выйдет, то этим будут заниматься не наши дети, а наши внуки".
Из-за обилия протонов в тяжелых ядрах накапливается очень большой заряд — силы отталкивания раскалывают их на части. Выход был один — "плыть" к острову стабильности, а для этого ядро нужно сильно "разбавить" нейтронами. "Каждый дополнительный нейтрон продлевает время жизни примерно в десять раз", — объясняет Александр Карпов. Три лишние частицы — и ядро продержится не миллисекунду, а секунду, еще плюс три — счет пойдет на минуты, а три нейтрона сверху дадут несколько суток.
Но снаряды и мишени с избытком нейтронов не так-то просто добыть. "Один из элементов, плутоний-244, сам искусственный. Сначала его надо было приготовить на мощном реакторе в Америке, на котором когда-то делали материалы для первой атомной бомбы. Реактор работал круглый год и был способен создать 10 мг нужного вещества. А мы со своей стороны должны были взять совершенно удивительный, очень редкий и безумно дорогой изотоп кальция, кальций-48. Грамм, по-моему, стоит $250 тыс. К тому же вся наша аппаратура не годилась для этой задачи. На подготовку ушло семь лет", — рассказывает Юрий Оганесян.
Сами эксперименты по синтезу сверхтяжелых элементов тоже проходят не быстро, растягиваясь на недели и месяцы. Дело в том, что ядра образуются чрезвычайно редко. В старом циклотроне мишень каждую секунду обстреливали 6 трлн частиц кальция — это почти в 800 раз больше, чем людей на Земле. 6 трлн встреч в секунду, а например, чтобы получить оганесон, потребовалось полтора месяца непрерывной работы. Как это бывает в жизни, большинство встреч ни к чему не привели: в жутком хаосе детекторы засекли всего три атома оганесона, которые почти тут же каскадом превратились в более легкие. Но дубнинцам этого было достаточно, чтобы понять: вот оно.
Зачем нужны циклотроны
Новая фабрика сверхтяжелых элементов убыстрит работу благодаря более плотному пучку снарядов и усовершенствованному агрегату для сортировки ядер после попадания в мишень. "Где эксперимент длился месяц, там теперь можно провести его за день", — объясняет Александр Карпов. В идеале фабрика будет в 100 раз эффективнее прежней установки. Это позволит лучше изучить свойства элементов: атомов все равно получится считаное число, но все-таки как минимум десятки и сотни. Этого будет достаточно, чтобы во многом разобраться.
Один из вопросов — вписываются ли новые элементы в таблицу Менделеева. "112-й, который живет 3 секунды, находится под ртутью. Интересна она тем, что это благородный металл, а такие металлы образуют соединения друг с другом. Например, ртуть и золото дают амальгаму ртути, известную со Средневековья. Раньше на жестяные крыши соборов кисточкой наносили ртуть, а сверху накладывали золотую фольгу — и все, на века. Вопрос: а 112-й элемент дает амальгаму? Такой эксперимент был сделан здесь в 2007 году. Да, дает", — рассказывает Юрий Оганесян. Но, по его словам, есть опасение, что периодичность перестанет работать совсем скоро — на 122-м или 123-м элементе.
Только добраться туда будет сложно. Еще более тяжелые ядра не получить бомбардировкой кальцием: нет подходящей мишени. Выход один — менять снаряд. Для синтеза 119-го и 120-го физики планируют использовать титан. "Не было этого острова стабильности и спали спокойно. Появился — возникла новая проблема: это последний остров? А может, дальше есть еще. Может, есть гипертяжелые элементы. Мы не дошли до границы существования ядер? Нет, не дошли. Они могут быть, но где — мы не можем сказать", — рассуждает Юрий Оганесян.
У обычных людей, далеких от ядерной физики, возникает другой вопрос: зачем это нужно, зачем тратить столько денег? От ученых ждут, что они будут не только ходить в белых халатах по лаборатории, постигая мироздание, — хочется, чтобы они приносили пользу. Они и приносят.
Конечно, от трех атомов, распадающихся за миллисекунду, толку мало. Но чтобы их синтезировать, нужно хорошо постараться. "С помощью палочки и веревочки это не сделаешь", — говорит Юрий Оганесян. Для разгона частиц требуются особые магниты, разгоняющие электроды-дуанты, системы охлаждения, для обнаружения атомных ядер — детекторы, компьютеры, алгоритмы обработки данных. Многие узлы ускорителей нельзя было построить, используя известные технологии, — пришлось изобретать новые. Что-то из этого применяют в областях, далеких от физики. В конце концов, даже сами циклотроны нужны не только ученым: такие установки стоят в больницах и производят, например, радиоактивные препараты для лечения рака.
"У общества есть заботы кроме науки: здравоохранение, образование, уровень жизни. Каждое общество решает, сколько класть на то, что нужно решить сегодня, а сколько — на будущее, на познание, на то, что не пойдет прямо сегодня в дело тамбовскому крестьянину, но, может, спустя годы даст новый источник энергии или сверхбыстрый компьютер. Для общества открытия — это скорее флаг, чем конкретный результат. Но финансируя научные исследования, общество заставляет передовые умы заниматься чем-то неизвестным, и может, сам процесс важнее", — считает Юрий Оганесян.
Есть и еще один ответ на вопрос обывателей. Через два дня после Дубны я уехал на Сицилию в школу для научных журналистов и коммуникаторов. За ужином сидевший рядом парень из Лондона спросил, чем я занимаюсь. Я начал рассказывать первое, что пришло на ум, — про разговор с физиком, в честь которого назвали последний химический элемент. "Ого, Оганесян?!" — перебил Иен. Я гордо кивнул. Но дело не в гордости, да и гордиться, если на то пошло, лично мне было нечем. Главное — ядерная физика помогла найти общий язык двум людям из очень разных культур (и научным организациям из 18 стран). Очень быстро, хоть и не за микросекунды, как в детекторе циклотрона, встреча с англичанином обрела смысл.
Фундаментальные науки имеют гуманитарное значение. Пытаясь понять универсальные законы природного мира, физики создают человеческий мир — в своем роде универсальный, то есть общий для всех нас. Взять хотя бы недавно опубликованную фотографию черной дыры: трансляцию пресс-конференции одновременно смотрели сотни тысяч людей — редкий случай для науки. Мы, человечество, добились чего-то действительно впечатляющего (пусть объяснить, чего именно, не так-то просто). Исследователи из других областей часто делают то же самое, но говорят о бедах и угрозах: изменении климата, последней галапагосской черепахе, автоматизированном будущем без работы, неравенстве, несвободе и экспериментах, чьи результаты не воспроизводятся. Может, дело в пейзажах Сицилии, но в тот вечер я подумал, что физики, изучающие ядра, по крайней мере оживляют веру в поступательный прогресс, раскритикованную и высмеянную во второй половине XX века, веру в завтрашний день, который будет лучше вчерашнего.