W Zakładzie Rzadkich Wiązek Izotopowych osiągnięto znaczny postęp dzięki pomyślnemu przyspieszeniu wiązki uranu o dużej mocy, osiągając niespotykaną dotychczas moc ciągłą wiązki wynoszącą 10,4 kilowata.
To osiągnięcie nie tylko podkreśla trudności w postępowaniu z uranem, ale podkreśla jego znaczenie w wytwarzaniu różnorodnego zakresu izotopów do badań naukowych. Wiązka dużej mocy doprowadziła do odkrycia trzech nowych izotopów w ciągu pierwszych ośmiu godzin działania, co oznacza znaczący przełom w nauce jądrowej i poszerza naszą wiedzę na temat krajobrazu nuklearnego.
Przełom w badaniach nad izotopami
Naukowcy i inżynierowie z Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) osiągnęli znaczący kamień milowy w badaniach nad izotopami, przyspieszając wiązkę jonów uranu o dużej mocy, aby dostarczyć do celu rekordową moc ciągłej wiązki wynoszącą 10,4 kilowata. Uran, znany jako pierwiastek najtrudniejszy do przyspieszenia, odgrywa kluczową rolę w badaniach naukowych. Według Narodowej Akademii Nauk i Komitetu Doradczego Nauk Jądrowych ponad połowa z 17 najważniejszych priorytetowych programów naukowych wykorzystujących wiązki rzadkich izotopów opiera się na pierwotnej wiązce uranu. Wynika to ze zdolności uranu do wytwarzania różnorodnych izotopów w wyniku fragmentacji lub rozszczepienia.
Pomyślne przyspieszenie wiązki uranu do bezprecedensowych poziomów mocy stanowi kluczowy moment dla FRIB. Ten przełom nie tylko toruje drogę nowym kierunkom badań nad rzadkimi izotopami, ale także w ciągu pierwszych ośmiu godzin pracy umożliwił identyfikację trzech nieznanych wcześniej izotopów: galu-88, arsenu-93 i selenu-96. Osiągnięcie tego wymagało stabilnej pracy wszystkich elementów akceleratora przy optymalnych gradientach przyspieszania. Ten kamień milowy kładzie podwaliny pod generację najcięższych wiązek jonów do tworzenia rzadkich izotopów. Rozszerza także nasze badania naukowe na wcześniej niewykorzystane obszary krajobrazu nuklearnego.
Pionierskie techniki akceleracji i odkrycie nowych izotopów
Akcelerator we FRIB wytworzył wiązkę uranu o fali ciągłej o największej mocy, jaką kiedykolwiek widziano, co doprowadziło do oddzielenia i identyfikacji trzech nieznanych wcześniej izotopów. Osiągnięcie to było możliwe dzięki udanej eksploatacji FRIB, w tym nowemu nadprzewodzącemu akceleratorowi liniowemu złożonemu z 324 rezonatorów w 46 kriomodułach, nowo opracowanemu urządzeniu do usuwania ciekłego litu oraz nowatorskim technologiom, takim jak produkcja uranu w jonach rezonansu cyklotronowego elektronowego (ECR). źródło, unikalny kwadrupol o częstotliwości radiowej (RFQ) z ciężkimi jonami, cel o dużej mocy i zrzut wiązki.
Naukowcy opracowali nowe techniki umożliwiające jednoczesne przyspieszanie trzech stanów naładowania uranu po odpędzaniu warstwą ciekłego litu. Dzięki temu podejściu osiągnięto rekordową moc dla uranu. Trzy wcześniej niezaobserwowane izotopy — gal-88, arsen-83 i selen-96 — wytworzono w tarczy grafitowej o średnicy 1,2 mm, oddzielono i po raz pierwszy zidentyfikowano w zaawansowanym separatorze rzadkich izotopów w FRIB. Prace te wykonano we współpracy z naukowcami ze Stanów Zjednoczonych, Japonii i Korei Południowej.
Referencje:
„Przyspieszenie wiązki uranu do rekordowej mocy 10,4 kW i obserwacja nowych izotopów w Zakładzie Rzadkich Wiązek Izotopów” do 17 czerwca 2024 r., Akceleratory i wiązki przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevAccelBeams.27.060101
„Przejście FRIB do operacji użytkownika, zwiększenie mocy i perspektywy modernizacji” autorstwa J. Wei, H. Ao, B. Arend, S. Beher, G. Bollen, NK Bultman, F. Casagrande, W. Chang, Y. Choi , S. Cogan, C. Compton, M. Cortesi, JC Curtin, KD Davidson, XJ Du, K. Elliott, B. Ewert, A. Facco, A. Fila, K. Fukushima, V. Ganni, A. Ganshyn, TN Ginter, T. Glasmacher, J.-W. Guo, Y. Hao, W. Hartung, NM Hasan, M. Hausmann, K. Holland, H.-C. Hseuh, M. Ikegami, DD Jager, S. Jones, N. Joseph, T. Kanemura, SH Kim, C. Knowles, T. Konomi, BR Kortum, E. Kwan, T. Lange, M. Larmann, TL Larter, K. Laturkar, RE Laxdal, J. LeTourneau, Z. Li, SM Lidia, G. Machicoane, C. Magsig, PE Manwiller, F. Marti, T. Maruta, ES Metzgar, SJ Miller, Y. Momozaki, DG Morris, M. Mugerian, IN Nesterenko, C. Nguyen, PN Ostroumov, MS Patil, AS Plastun, L. Popielarski, M. Portillo, J. Priller, X. Rao, MA Reaume, K. Saito, BM Sherrill, MK Smith, J Song, M. Steiner, A. Stolz, O. Tarasov, BP Tousignant, R. Walker, X. Wang, JD Wenstrom, G. West, K. Witgen, M. Wright, T. Xu, Y. Yamazaki, T. Zhang, Q. Zhao, S. Zhao, K. Hosoyama, P. Hurh, poseł Kelly, Y. Momozaki, RE Laxdal, SO Prestemon i M. Wiseman, 19 lipca 2023 r., Witryna internetowa Journals of Accelerator Conferences (JACoW).
DOI: 10.18429/JACoW-SRF2023-MOIAA01
Niniejszy materiał powstał na podstawie prac wspieranych przez Biuro Naukowe Departamentu Energii, Biuro Fizyki Jądrowej, Narodową Fundację Nauki i Instytut Nauk Podstawowych w Korei Południowej.
