Задачи ядерной фотоники. Радиационные задачи и прямое использование электронного пучка

1.

В качестве первой масштабной научной установки
Национального центра физики и математики
(НЦФМ, Саров) предлагается создание комплекса
ИНОК (ИНтенсивный Обратный Комптон) –
источника (квази)монохроматических рентгеновских
и g-квантов, основанного на эффекте обратного
комптоновского рассеяния фотонов на
релятивистских электронах
В качестве основы научной программы ИНОК выбираются
задачи ядерной фотоники. Однако эта программа в целом
гораздо обширнее включая радиационные задачи от единиц
кэВ по примерно 1 ГэВа и прямое использование
электронного пучка.

2.

Научная программа ИКИ НЦФМ
~ 20 организаций
~ 70 участников
~ 40 статей
~ 100 страниц
~ 380 ссылок
http://address.for.pdf

3.

Концепция ИКИ НЦФМ
Основные научные
направления:
– Прикладные
исследования с
монохромным
рентгеном (1)
– Ядерная
фотоника (2)
– Адронная
фотоника (3)
– Излучение высокой
плотности (нелинейный комптон) (4)
– Задачи ВНИИЭФ (5)
Адронная фотоника,
Ядерная фотоника
ИКИ НЦФМ
высоких энергий
Стадия 2
3
Отраженное
СИ
Гаммакванты
Eg ~ 70 1350 МэВ
+
К e -e
коллайдеру
Гамма-кванты
Eg ~ 1 70 МэВ
Ядерная
фотоника
Лазеры
Накоп. кольцо
Ee ~ 500 2000 МэВ
2
ИКИ НЦФМ
Рентген
Стадия 1
Eg ~ 10 180 кэВ
1
Материаловедение
Биология, Неразр. контроль
5
Лазеры
Накоп. кольцо
Ee ~ 70 100 МэВ
Тэраваттный лазер
Электронный ускоритель
(для XCELLs
ИКИ НЦФМ
5
петаваттный)
Эксперименты на импульсном
Задачи излучения
ИКИ НЦФМ
4 высокой плотности электронном пучке
Стадия 0
Электронный ускоритель перспективного многофункционального
e+-e коллайдера продолжает электронный ускоритель ИКИ
НЦФМ или делит с ним инженерную инфраструктуру
“Политические” аспекты проекта:
– Высокий интерес среди исследователей – Консенсус среди научных организаций
– Надежный генподрядчик (ИЯФ СО РАН)
– Стадийность реализации – 3 стадии – Низкий риск задержки старта научной программы
– Инфраструктура для возможного будущего мегапроекта – e+-e- коллайдера

4.

Ключевые научные возможности ИКИ НЦФМ 1
Стадия 0
Исследования на прямом электронном пучке
Эти пучки вводятся в «научный оборот» на весьма ранней стадии
проекта
Электронный ускоритель ИКИ НЦФМ обеспечит мощные (~1 нк) и
весьма короткие (~20 пс) импульсы для прикладных задач требующих
высокого временного разрешения
Электронный ускоритель ИКИ НЦФМ будет оптимизирован для получение
электронных сгустков минимального эмиттанса под задачи обратного комптона.
Специализированных ускорителей такого класса нет, т. к. оптимизация
всегда велась под другие задачи (например синхротрон)
В «стандартной комплектации» комплекса предусматриваются
исследования с излучением высокой плотности (нелинейный
эффект комптона) с использованием тераваттного лазера.
В перспективе может использоваться петаваттное и
мультипетаваттное
излучение лазерных модулей проекта XCELS

5.

Ключевые научные возможности ИКИ НЦФМ 2
Стадия 1
Прикладные исследования с монохромным
рентгеном на «малом» накопительном кольце
Нужно понимать: источники СИ «старших» поколений позволяют выполнить
большую часть работ предполагаемых для «малого» источника ИКИ за очень
малое время. Однако спектр СИ непрерывный и широкий.
«Малый» источник ИКИ имеет однако хорошо определенный диапазон задач
в рамках НЦФМ:
- Есть ряд технологий очень естественно реализуемых на ИКИ, не на ИСИ
- «Малый» источник ИКИ можно использовать как «домашний» ИСИ, в том
числе и для методической подготовки к работе на ИСИ
- «Малый» источник ИКИ НЦФМ позволит начать научную и методическую
работу на площадке НЦФМ, развернуть подготовку персонала ИКИ

6.

Ключевые научные возможности ИКИ НЦФМ 3
Стадия 2
Исследования на основном накопительном кольце
Нужно понимать: тормозное излучение является несравненно более
эффективным механизмом генерации фотонов чем обратный комптон.
Однако тормозной спектр непрерывный и широкий.
Для ИКИ НЦФМ поставлены рекордные требования (~0.3% s) по
энергетическому разрешению g-квантов для задач ядерной фотоники
Устройство ИКИ НЦФМ подразумевает новое качество экспериментов
ядерной фотоники
- Монохроматизация g-квантов может быть выполнена и другими средствами.
Однако на ИКИ она получается естественно и сопутствует очень комфортным
Фоновым условиям.
Почему концепция ИКИ НЦФМ прекрасна для ядерной фотоники?
- Существующие ИКИ создавались при ускорителях другого назначения
(например, при источниках СИ) не были оптимизированы по эмиттансу
а значит и по энергетическому разрешению g-квантов
- Источники типа HIGS (лазерный резонатор на прямолинейном
электронном пучке) имеют проблему с перестроением по энергии
- Проект VEGA идейно близкий ИКИ НЦФМ имеет гораздо более низкие
плановые параметры

7.

Ключевые научные возможности ИКИ НЦФМ 4
Стадия 2
Ядерная фотоника основа научной программы ИКИ НЦФМ
Нужно понимать: этим всем занимались давно и со вкусом. С чего бы это быть
прорыву на ИКИ НЦФМ?
Тонкие свойства гигантских резонансов и ПДР
ГДР и уравнение состояния. Уравнение состояния — основа темы нейтронных
звезд
Низкоэнергетические радиационные переходы и темы ядерной
астрофизики
Физика изомеров. Тема «возможности управления» энерговаделением
из изомерических состояний или надежное доказательство невозможности
этого

8.

Мотивация к созданию ИКИ НЦФМ
Таким образом уникальность комплекса ИКИ НЦФМ состоит не в
уникальности по какому то параметру или возможностям отдельной
установки. Уникальными являются кумулятивные возможности
комплекса по проведению высокоточных и низкофоновых
радиационных исследований в широчайшем диапазоне от единиц
кэВ до примерно одного ГэВа.
В рамках этого проекта на одной площадке гармонично
сочетаются
Обширные программы как фундаментальных так и прикладных
исследований
Важнейшими «общественными» задачами ИКИ НЦФМ являются
- Обновление инструментальной базы (в том числе) фундаментальной
ядерной физики.
- Оживление или обновление как экспериментальных так и теоретических
ядерно-физических сообществ
- Формирования фундаментально-научного кластера с экспертизой в
областях имеющих прямое отношение к области интересов ВНИИЭФ