Объединенный институт выступает активным участником молодой международной коллаборации FLAP (Fundamental & Applied Linear Accelerator Physics collaboration), созданной вокруг уникальной установки ОИЯИ — линейного ускорителя электронов ЛИНАК-200. Задача этого объединения – сотрудничество в области фундаментальной и прикладной физики линейных ускорителей. У коллаборации также широкие возможности для обучения молодежи, которая может участвовать в реальных научных задачах.

Прошедший 2022 год стал для новой коллаборации весьма плодотворным. О становлении, работе и важных результатах FLAP рассказали представители коллаборации Антон Балдин, начальник сектора теоретической и методической поддержки проектов ЛФВЭ ОИЯИ, Александр Кубанкин, ведущий научный сотрудник ФИАН, и Александр Потылицын, профессор Томского политехнического университета (ТПУ).

В коллаборацию входят российские институты и университеты, научные центры стран СНГ и представители отдельных центров Великобритании, Японии, Чили. «В этом объединении физиков и инженеров различных научных и учебных центров была успешно реализована новая концепция сотрудничества – объединение усилий научных групп, представляющих различные организации, для совместного решения определенных задач», — отметил Антон Балдин. В ОИЯИ «местом сборки» этой коллаборации стал вводящийся в эксплуатацию линейный ускоритель электронов ЛИНАК-200. Это уникальный ускоритель электронов, способный генерировать электронные пучки с различной энергией в диапазоне от 26 до 200 МэВ. В дальнейшем планируется увеличение доступной энергии электронов до 2 ГэВ. Высокая привлекательность этого объекта для научных групп как в России, так и в других странах привела к формированию научного сотрудничества FLAP.

Коллаборация FLAP нацелена как на прикладные, так и на фундаментальные исследования. «Широкими мазками задачи коллаборации можно описать как поиск новых механизмов и исследование фундаментальных основ процессов взаимодействия пучков ускоренных электронов с веществом и внешними полями. Эти исследования интересны как для разработки новых наукоемких приборов и устройств, так и для решения фундаментальных проблем современной физики, например, поиска «Хиггс-подобных» частиц (Х17) в диапазоне масс около десятков МэВ», — рассказал Антон Балдин.

Валерий Кобец на пульте ЛИНАК-200

ЛИНАК-200 был создан в 1973-76 годах для голландского Национального института субатомной физики (NIKHEF) как часть синхротронной установки. В конце 1990-х годов амстердамский институт перенес все экспериментальные исследования в ЦЕРН. В 1999 году по договоренности руководства двух институтов, в Амстердаме и Дубне, ускоритель был демонтирован и перевезен в ОИЯИ, где его «оживлением» успешно занялась группа Валерия Кобеца. «В настоящее время ускоритель находится в процессе ввода в эксплуатацию. Можно ожидать, что в 2023 году ЛИНАК-200 станет полноценной и очень востребованной базовой установкой ОИЯИ», — подчеркнул спикер.

В 2022 году в рамках коллаборации FLAP на электронном ускорителе ЛИНАК-200 в режиме ввода в эксплуатацию успешно отработали экспериментальные группы исследователей ОИЯИ, НИУ «БелГУ» (Белгород), ФИАН (Москва), ВНИИЭФ (Саров), ТПУ (Томск).

Работа экспериментальных групп из ОИЯИ, МГУ, ФИАН, ВНИИЭФ, ТПУ во время пусконаладочных работ на ЛИНАК-200

Коллаборация FLAP также реализует образовательную программу в области ускорительной физики, детекторов элементарных частиц и излучений, радиационного материаловедения, генерации терагерцового излучения.

Уникальные возможности ускорителя позволяют проводить тестирование всех типов детекторов частиц для строящегося коллайдера NICA. Так, уже начаты следующие работы:

• исследование импульсной загрузки детекторов на основе микроканальных пластин;
• исследование MAPS (монолитных активных пиксельных детекторов) детекторов для эксперимента MPD;
• исследование характеристик и калибровка прототипа электромагнитного калориметра для SPD и FCAL;
• исследование характеристик строу детектора для SPD;
• исследование характеристик газовых детекторов.

Наряду с прикладными исследованиями, коллаборация FLAP нацелена на изучение генерации и специфических свойств различных излучений при взаимодействии релятивистских электронов с веществом. Это дифракционное черенковское излучение, переходное и терагерцовое излучение. Отдельно следует отметить возможность создания источников нейтронов с энергиями до 20 МэВ, генерируемых короткими (до 20 нс) импульсами электронов. Такие источники необходимы для разработки и калибровки детекторов, в частности, для проекта СИЯЭ (SHINE) по прикладным исследованиям в области ядерной энергетики на ускорительном комплексе NICA.

Группа НИУ «БелГУ» под руководством Александра Кубанкина, заведующего лабораторией радиационной физики НИУ «БелГУ» и ведущего научного сотрудника ФИАН, высоко оценивает возможности ЛИНАК-200 для проведения фундаментальных и прикладных работ в области использования ионизирующих излучений. «Сейчас в России строится несколько достаточно масштабных центров на базе ускорителей заряженных частиц, и встает вопрос подготовки кадров и испытания создающегося уникального оборудования, что является значимой проблемой. Наблюдается острый дефицит в инфраструктуре, где можно было бы восполнять данные пробелы на требуемом высоком уровне. Коллаборация FLAP является одним из немногих объединений специалистов, направленным на решение современных фундаментальных и прикладных задач в области взаимодействия пучков ускоренных частиц с веществом, в частности, по разработке и испытанию новых систем диагностики пучков современных ускорителей. Коллаборация включает достаточно много молодежи, и число желающих принять участие в интересной работе растет», — пояснил он.

В декабре группа сотрудников и студентов Томского политехнического университета испытывала созданную ими аппаратуру для диагностики и мониторирования электронного пучка в рамках пусконаладочных работ на ЛИНАК- 200.

«Мы разработали прецизионную методику диагностики электронных пучков ускорителей и начали тестировать ее на микротроне MAMIB (г. Майнц, Германия). К сожалению, завершить испытания не удалось, поэтому мы благодарны администрации ОИЯИ за разрешение апробировать методику во время пусконаладки ускорителя ЛИНАК-200. Разработанная методика позволяет за одну настройку измерить поперечный размер электронного пучка и его угловую расходимость с точностью лучше, чем 5 миллирадиан», — рассказал руководитель группы по диагностике пучков ТПУ профессор Александр Потылицын.

Студенты ТПУ проходят летнюю практику на ЛИНАК-200

Руководство РФЯЦ ВНИИЭФ также выразило искреннюю благодарность дирекции и руководству ОИЯИ за оказанную поддержку первых пробных экспериментов с пучками ускорителя ЛИНАК-200 и за предоставленную возможность экспериментального тестирования методик нейтронных измерений в режиме пусконаладочных работ ускорителя. Выполненные в 2022-м году измерения технических параметров нейтронного источника, получаемого при облучении разного типа конверторов электронным пучком ускорителя ЛИНАК-200, показали реальную перспективу разработки и создания калибровочного стенда для методик импульсных нейтронных измерений. Калибровка аппаратуры образцовым нейтронным излучением, которое можно получать с помощью ЛИНАК-200, востребована не только подразделениями ВНИИЭФ, но и другими организациями, в том числе участниками коллаборации FLAP. Отдельную благодарность руководство ВНИИЭФ выразило координатору коллаборации FLAP Антону Балдину и команде специалистов, обеспечивающих работу ускорителя во главе с Валерием Кобецом.

Научная программа коллаборации, включающая в настоящее время как фундаментальные, так и прикладные направления исследований, изложена в статье, опубликованной в журнале Physics of Particles and Nuclei Letters, 2021, Vol. 18, No. 3, pp. 338–353.