FAIR - Evropski center za raziskave z ioni in antiprotoni

Institut “Jožef Stefan”

Jamova 39

Ljubljana

Slovenija

T:+38640267696


Vodja: dr. Jelena VesićSodelavci: doc. dr. Matjaž Vencelj, Žiga Brenčič, Gregor Košir

Sodelovanja

Spektroskopija z visoko ločljivostjo med letom / spektroskopija z razpadom (HiSpec/DeSpec) je namenjena spektroskopiji z visoko ločljivostjo po razpadu nestabilnega atomskega jedra ali vzbujenih stanj v eksotičnih jedrih po jedrskem vzbujanju. Poskusi obravnavajo ključna vprašanja jedrske strukture, reakcij in jedrske astrofizike na mejah jedrskega obstoja. Osnovno orodje je polje γ-žarkov z visoko ločljivostjo, ki ga dopolnjujejo različni pomožni detektorski sistemi za razlikovanje izomernih γ žarkov jeder, ki nas zanimajo, od neželenega sevanja v ozadju (pričakovana skupna hitrost želenega signala je okoli 0,001-1 razpada na sekundo, z ozadjem okoli 100-500 na sekundo na detektor). Naš sistem je optimiziral ključni sistem veta, ki temelji na detektorjih BGO (bizmutov germanat), vključno z optičnimi simulacijami transporta, razvojem elektronike za odčitavanje rezultatov in optimizacijo postavitve fotodiod. Trenutno poteka razvoj druge generacije elektronike, vključno z avtomatskimi temperaturnimi kompenzacijskimi in diagnostičnimi podsistemi, ki naj bi jo preizkusili leta 2022. Aktivno smo sodelovali v poskusih HiSpec/DeSpec Phase 0. Vključeni smo tudi v razvoj instrumentacije HISPEC-10, katerega namen je raziskati kratkotrajna ali kemično inertna jedra.

despec

Zgoraj: Postavitev DESPEC za FAIR Phase 0

 

Osrednji instrument sodelovanja NUSTAR je Super-FRS. Edinstvenost pospeševalnega sistema FAIR je v tem, da je edini na svetu, ki bo lahko proizvedel izjemno intenzivne, visokoenergetske žarke najtežjega naravnega elementa, urana. Eksotična jedra bodo nastala bodisi z drobljenjem bodisi z cepitvijo. Reakcijske produkte bomo ločili od primarnih žarkov s pomočjo SFRS. SFRS bo skupaj s svojimi detektorji na žarkovnih linijah omogočal identifikacijo eksotičnih jeder od dogodka do dogodka. Visoka zmogljivost SFRS, pa tudi primarni žarki z visoko energijo/intenzivnostjo in uporaba najsodobnejših detektorskih sistemov bodo omogočili občutljivost poskusov, potrebnih za potrditev obstoja jedra za številne izotope.

Glavni instrument sodelovanja NUSTAR je separator fragmentov (FRS), ki ga bo nadomestil zmogljivejši SFRS, zasnovan kot edini magnetni separator na svetu, ki lahko loči intenziven žarek ionov katerega koli elementa, do mase urana. Masna slektivnost (S) FRS se dodatno drastično izboljša z ločevalnikom mase TOF - za slednjega smo razvili monitor za stabilizacijo elektrostatičnih leč in kmalu po namestitvi dosegli svetovni rekord v masni ločljivosti spektrometrov TOF. Sodelovali smo v poskusih FAIR Phase 0 SFRS.

Slovenska ekipa sodeluje pri razvoju eksperimentalne opreme, potrebne za natančne meritve izredno visokih napetosti. Sodelujemo tudi pri razvoju simulacijskega orodja za napovedovanje vedenja FRS-IC, ki operaterjem eksperimentov omogoča boljše in bolj poglobljeno razumevanje sistema.

frs

Zgoraj: Shema FRS-IC

 

Poskus R3B na FAIR bo edina postavitev na svetu, ki bo omogočala kinematično dokončane meritve reakcij z relativističnimi žarki težkih ionov do približno 1 AGeV, kar zagotavlja dovolj visoko ločljivost, da omogoči celovito eksperimentalno preiskavo temeljnih vprašanj, povezanih z jedrsko zgradbo, astrofiziko in lastnosti razsutega (izospin-asimetričnega) jedrskega materiala. CALIFA (kalorimeter za odkrivanje (v letu) γ-žarkov in lahkih nabitih delcev), ki bo obkrožal reakcijski cilj, je eden ključnih detektorjev objekta R3B, zato je optimiziran za zahteve ambicioznega programa fizike s sodelovanjem R3B. Za sodelovanje z R3B smo pri nas sestavili in okarakterizirali 60 detektorskih elementov za scintilacijski kalorimeter CALIFA.

fair_logoEvropski center za raziskave z ioni in antiprotoni FAIR je mednarodni pospeševalniški raziskovalni center v gradnji. S curki antiprotonov in ionov bo izvajal raziskave na področjih fizike jedra, hadronov in osnovnih delcev, atomske fizike, fizike antisnovi, fizike goste plazme in aplikacij na področju študija kodenzirane snovi, biologije in biomedicinskih znanosti.

Center nastaja v Darmstadtu v Nemčiji in slovenska ekipa aktivno sodeluje pri številnih eksperimentih, ki so že v teku na delno izgrajeni infrastrukturi.

Evropski center za raziskave z ioni in antiprotoni FAIR je eden največjih projektov za temeljne raziskave na svetu. Kompleks pospeševalnika se trenutno gradi v prostorih enega vodilnih laboratorijev za jedrsko fiziko, GSI (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung), Nemčija. Že obstoječi pospeševalniki bodo postali del FAIR in bodo služili kot prva stopnja pospeševanja. Vključno s Slovenijo je trenutno devet polnopravnih članic in en pridruženi partner FAIR. Države članice FAIR so podpisale mednarodni sporazum, ki je tudi ustanovil podjetje FAIR GmbH, na katerega so prenesle odgovornost za gradnjo in delovanje pospeševalnika delcev FAIR. Vzporedno z izgradnjo FAIR-ja v objektu GSI poteka raziskovalni program FAIR Phase-0. Phase 0 FAIR je namenjena testni uporabi detektorskih sistemov v žarku, načrtovanih za FAIR, pa tudi najsodobnejšim raziskovalnim programom, ki uporabljajo že obstoječe in trenutno nadgrajene pospeševalne sisteme na GSI. Ti poskusi so izjemnega pomena, saj bodo izhodišče za prve poskuse na FAIR infrastrukturi. Naši znanstveniki aktivno sodelujejo pri razvoju in nabavi detektorjev FAIR ter pri načrtovanju in pripravi najnovejših jedrskih poskusov FAIR Phase 0.

shema

Slika zgoraj: Obstoječi pospeševalniki GSI UNILAC, SIS18 in ESR (modri) in objekti FAIR (rdeči). FAIR obsega sinhrotron SIS100; separator antiprotona in separator super fragmentov (Super-FRS); zbiralni obroč (CR); visokoenergijski shranjevalni obroč (HESR); in poskusne postaje za APPA, CBM, NUSTAR in PANDA. Protonski linac in CRYRING prav tako spadata v sklop instrumentov FAIR. Fotografija: GSI/FAIR

 

nustar

Prizadevanja naših znanstvenikov so usmerjena v program fizike NUSTAR, ki vključuje študije jedrske strukture, astrofizike in reakcije eksotičnih atomskih jeder, pomembnih za razumevanje nastajanja elementov v vesolju. Večinoma smo bili vključeni v dve pod-sodelovanji NUSTAR, in sicer HiSpec/DeSpec (Spektroskopija med letom z visoko ločljivostjo/Spektroskopija razpada) in SuperFRS (Super FRagment Separator).

Objekt FAIR bo omogočal vzporedne fizikalne programe in bo slovenskim znanstvenikom zagotovil izjemne raziskovalne priložnosti ter ogromne možnosti za tesno sodelovanje tudi s slovensko industrijo pri razvoju novih tehnologij. FAIR kot največji znanstveni mednarodni projekt je priložnost za izmenjavo znanja med slovenskimi in svetovnimi sodelavci v skupnih prizadevanjih za razvoj najsodobnejših detektorjev in vrhunske fizike v poskusih z najbolj eksotičnimi jedri atomov.