Китайський науковий прорив: запущено унікальний комплекс HIAF для дослідження екстремальних станів матерії
У місті Хуейчжоу, що в китайській провінції Гуандун, успішно завершено будівництво потужного прискорювального комплексу HIAF (High Intensity Heavy-ion Accelerator Facility). Його головне призначення – генерація надінтенсивних пучків важких іонів. 21 липня цього року установка пройшла технічну приймання і розпочала етап дослідної експлуатації. Важливо відзначити, що HIAF є першим у світі прискорювальним комплексом, який інтегрує надпровідний лінійний прискорювач та кільцеві прискорювачі, дозволяючи відтворювати ядерні процеси, що відбуваються всередині зірок.
Джерело зображень: HIAF
Розробка цього амбітного проєкту, вартість якого оцінюється приблизно в 2,6 мільярда юанів (близько 385 мільйонів доларів США, або приблизно 15,4 мільярда гривень за поточним курсом), велася з 2009 року Інститутом сучасної фізики (Institute of Modern Physics in Lanzhou) при Академії наук Китаю. Безпосередньо будівельні роботи тривали сім років. На території комплексу площею близько 32 гектарів прокладено приблизно 2 кілометри вакуумних каналів, значна частина яких розташована на глибині 13 метрів.
Технічні переваги та рекорди HIAF
HIAF став першим великим дослідницьким центром, що поєднав у собі надпровідний лінійний прискорювач довжиною близько 100 метрів, високошвидкісний синхротрон кільцевого типу із довжиною кола приблизно 570 метрів, а також накопичувальні кільця. Ця унікальна конфігурація дозволяє прискорювати широкий спектр частинок – від протонів та легких ядер до уранових іонів – до енергій від мільйонів до мільярдів електрон-вольт на нуклон. Під час налагоджувальних робіт була досягнута інтенсивність пучка кисню на рівні 2,5 × 1011 іонів за імпульс, а для вісмуту – 3,2 × 1010 іонів за імпульс. Ці показники втричі та в 7,5 раза відповідно перевищують попередні світові рекорди, які раніше належали прискорювачу зі США. Максимальна енергія пучка кисню досягла 4,25 ГеВ.
Для ефективного утримання та розгону таких щільних пучків інженери розробили спеціалізовані імпульсні джерела живлення. Вони здатні змінювати струм на тисячі ампер приблизно за 100 мілісекунд, забезпечуючи швидкість наростання магнітного поля до 12 Тл/с. Напруженість прискорюваного електричного поля сягає 35 кВ/м. Іони рухаються у камері з титановими стінками товщиною всього 0,3 мм, де підтримується надвисокий вакуум на рівні порядку 10-12 мбар. Комплекс включає шість експериментальних станцій, де планується проводити дослідження та синтезувати унікальні радіоізотопи. Вже на етапі налагодження було досягнуто вдвічі вищу точність вимірювання маси короткоживучого ізотопу золота-202 порівняно з попереднім рекордом, а також зареєстровано два нові ізотопи.
Перспективи досліджень та міжнародна співпраця
Науковці планують використовувати HIAF для вивчення меж існування атомних ядер та отримання тисяч різновидів нестабільних нуклідів, багато з яких існують лише частки секунди. Зіткнення швидких важких іонів з мішенями створюють мікроскопічні області надзвичайно високих температур і тиску, що дозволяє моделювати умови, які панують всередині зірок, під час вибухів наднових та на ранніх етапах розвитку Всесвіту. Крім фундаментальної ядерної фізики, установка знайде застосування у випробуваннях космічної електроніки та матеріалів на стійкість до радіації, розробці ядерних технологій, отриманні медичних радіоізотопів та методів терапії пухлин.
HIAF планується експлуатувати як міжнародний науковий центр, відкритий для дослідницьких груп з різних країн. Варто зазначити, що в Росії також наближається до завершення будівництво подібного прискорювача важких іонів – установки NICA в Дубні. Проте, на відміну від китайського HIAF, російська система призначена для зіткнення зустрічних пучків іонів, тоді як HIAF зорієнтований переважно на опромінення мішеней.
Примітка: Вартість у доларах США та еквівалент у гривнях наведено для довідки, виходячи з приблизного курсу на 2026 рік.
Порада від Soft Portal:
Запуск нового прискорювального комплексу HIAF відкриває безпрецедентні можливості для фундаментальних досліджень у галузі фізики високих енергій та ядерної фізики. Для наукової спільноти це означає доступ до потужних інструментів для дослідження екстремальних станів матерії, розуміння процесів, що відбуваються у Всесвіті, та розробки нових технологій, зокрема у медицині та космічній галузі. Комплекс HIAF стане важливим міжнародним хабом для наукових відкриттів.