Научная работа «Магнитный анализатор высокого разрешения — МАВР — для исследований характеристик ядерных реакций», выполненная Ю. Э. Пенионжкевичем, В. А. Масловым, С. М. Лукьяновым, Н. К. Скобелевым, И. В. Колесовым, Г. Г. Гульбекяном и др. была удостоена поощрительной премии ОИЯИ за 2020 год. Подробнее о работе рассказывают авторы.

Одним из направлений научной деятельности Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ является исследование механизмов ядерных реакций со стабильными и радиоактивными пучками ускоренных ядер. Ведутся также исследования свойств ядер, расположенных у границ нуклонной стабильности. Эксперименты проводятся на циклотронах ЛЯР — У400, У-400М, а также в кооперации с другими научными центрами в GANIL (Франция), RIKEN (Япония) и Циклотронной Лабораторией (Юваскюля, Финляндия). Во всех экспериментах используются магнитные спектрометры и сепараторы, позволяющие получать высокую степень очистки продуктов реакций от первичного пучка и иметь высокое разрешение по импульсу и, соответственно, энергетическое и массовое разрешение этих продуктов реакций. Учитывая большой импульс образующихся в реакциях с тяжелыми ионами продуктов реакций, необходимо регистрировать их под передними углами. Поэтому основной методической проблемой в этом случае является разделение продуктов реакции от ядер первичного бомбардирующего пучка, интенсивность которых на несколько порядков выше. Поэтом коэффициент очистки используемых магнитных анализаторов должен составлять не хуже 10^-3. Этому условию удовлетворяет созданный в ЛЯР ОИЯИ магнитный анализатор высокого разрешения (МАВР). Анализатор МАВР обладает относительно большим телесным углом захвата (15 мср), высоким импульсным разрешением (10^-4) и большой дисперсией вдоль фокальной плоскости (1.9 м). С помощью этого анализатора можно регистрировать продукты ядерных реакций с энергией до 30 МэВ/нуклон с высоким разрешением по массе и заряду, что особенно важно для разделения и идентификации тяжелых продуктов ядерных реакций. Регистрация продуктов ядерных реакций осуществляется с помощью многодетекторного спектрометра MULTI, расположенного в фокальной плоскости анализатора, который позволяет регистрировать и идентифицировать продукты ядерных реакций по заряду Q, атомному номеру Z и массе A с точностью до единицы по массе и заряду. Продукты ядерных реакций идентифицируются по A, Z и Q посредством измерения магнитной жесткости анализатора, потерь энергии в фокальном детекторе(DE), времени пролета (Т) и полной энергии частиц (Е).

Анализатор МАВР может работать как на первичных пучках тяжелых ионов, так и на пучках радиоактивных ядер ускорительного комплекса циклотронов У400 и У400R. Он может быть использован и используется непосредственно как в качестве анализатора для измерения энергетических спектров продуктов ядерных реакций, так и в качестве монохроматора энергии пучка.

Для повышения эффективности регистрации низкоэнергетичных продуктов ядерных реакций за счет более узкого ионного зарядового распределения их в газе анализатор предполагается использовать в газонаполненном варианте. Основными целями использования данного анализатора являются:

• получение данных о массовых, зарядовых и энергетических распределениях продуктов ядерных реакций со стабильными тяжелыми ионами (например, ⁴⁸Ca, ⁵⁶Fe, ⁶⁴Ni) и с энергиями 10≤Е≤20 МэВ/нуклон, образующихся в реакциях многонуклонных и глубоконеупругих передач под передними углами;
• измерение энергетических спектров легких заряженных частиц высоких энергий вплоть до кинематического предела двухтельного канала реакции;
• исследование с высоким энергетическим разрешением продуктов ядерных реакций на пучках экзотических ядер легких и средних масс, получаемых на ускорительном комплексе DRIBs в около барьерной области энергий.

Проведенные первые эксперименты на пучках тяжелых ионов У-400 с использованием магнитного анализатора МАВР показали, что:

1. достигаются заявленные при его создании параметры (большой телесный угол, высокое разрешение по импульсу);
2. реализуются возможности регистрации и идентификации легких продуктов реакции в области масс ядер А = 2-60 и регистрации тяжелых трансурановых продуктов реакций слияния и осколков деления;
3. достигается высокий фактор очистки продуктов реакций от первичного пучка;
4. появляется возможность проведения корреляционных измерений под передними углами при относительно высокой интенсивности первичного пучка.

Часть исследований направлено на изучение характеристик реакций многонуклонных и глубоконеупругих передач, реакций с вылетом быстрых заряженных частиц под передними углами, с целью нахождения оптимальных реакций, имеющих максимальное сечение s, и тем самым, обеспечивающих максимальные выходы ядер, расположенных у границ нуклонной стабильности. Не менее важным представляется вопрос исследования реакций глубоко неупругих передач с ионами с массой А > 100. В таких реакциях с относительно большой вероятностью могут образовываться нейтроноизбыточные ядра вблизи линии нейтронной стабильности. Не исключено, что эти реакции могут оказаться эффективным методом синтеза тяжелых элементов. В этом случае в фокальной плоскости предполагается измерять корреляцию высокоэнергетических альфа-частиц с энергией ≥80 МэВ в совпадении с холодным ядром остатком. Использование монохроматичных пучков тяжелых ионов после реконструкции циклотрона У- 400 в У-400R и магнитного спектрометра МАВР-2 может явиться эффективным методом для дальнейшего проведения подобных исследований в ЛЯР.

Фотография магнитного анализатора высокого разрешения МАВР со стороны фокальной плоскости.