Коллайдер NICA поможет лечить рак и спасать от гибели спутники
Главная задача коллайдера NICA, который планируется построить в Подмосковье — изучение экзотического состояния материи, кварк-глюонного «супа», который существовал в первые мгновения после Большого взрыва, однако эта установка поможет ученым в создании безопасных АЭС, новых методов лечения рака и даже повышении надежности космической электроники, сказал РИА Новости Владимир Кекелидзе, директор Лаборатории физики высоких энергий Объединенного института ядерных исследований.
«Возможные прикладные применения — это и трансмутация ядерных отходов, и поиск новой безопасной ядерной энергетики, новых методов лучевой терапии, это может стать базой для тестирования радиоэлектронных компонентов», — сказал Кекелидзе.
Накануне представители пяти стран, а также России подписали протокол о намерении участвовать в постройке коллайдера NICA, который начнет работать в Объединенном институте ядерных исследований в подмосковной Дубне в 2017 году.
Попробовать кварковый суп
Коллайдер тяжелых ионов NICA предназначен для исследования свойств «кварковой» материи. Протоны и нейтроны «обычной» материи (адроны) состоят из кварков, которые не могут существовать в свободном состоянии. Кварки «склеивают» между собой глюоны, переносчики сильного ядерного взаимодействия, которое растет при попытке их «раздвинуть». Его сила составляет около 160 килоньютонов, что эквивалентно весу в 16 тонн.
Физики в ходе наблюдений за столкновениями ядер тяжелых ионов в ускорителях, в частности, на коллайдере RHIC в Брукхейвене впервые обнаружили возникновение «кварковой жидкости», настолько плотной и горячей, что сильное взаимодействие не собирало их в адроны. Ученые считают, что этот кварковый «суп» мог существовать в мгновения после рождения Вселенной.
В дубненском коллайдере будут сталкиваться пучки ядер золота, разогнанные навстречу друг другу до энергий 5,5 гигаэлектронвольт на нуклон. В точке столкновения на сверхкраткое время будут рождаться капли кварк-глюонной жидкости. Ученые отмечают, что NICA будет работать в «пограничном» диапазоне энергий, там, где существует так называемая «смешанная фаза», переходное состояние на грани между кварковой и ядерной материей. Это диапазон не закрыт другими ускорителями, поэтому физики ОИЯИ смогут получить уникальные результаты.
Безопасный атом
Будущий коллайдер будет состоять из целого семейства ускорителей, два из которых уже работают — это начальный линейный ускоритель и сверхпроводящий ускоритель нуклотрон, построенный в 1993 году здании знаменитого в советского время дубненского синхрофазотрона. В 2015 году планируется запустить третью ступень ускорителя — бустер, откуда ионы пойдут в кольца самого коллайдера. Уже на стадии работы бустера ученые смогут начать ряд прикладных исследований, например, в области технологии новых безопасных ядерных энергетических установок, так называемых субкритических реакторов.
«Мы ищем новые возможности в новой энергетической области, где пока еще мало данных. Нынешние реакторы загружают топливом, и они дальше работают сами по себе, вы их можете только заглушить. А здесь идет управляемая ядерная реакция. Включил рубильник — пошла реакция, выключил — все остановилась», — сказал Кекелидзе.
Концепция таких реакторов была предложена нобелевским лауреатом Карло Руббиа (Carlo Rubbia). Эта технология предполагает «обстрел» ионами урановой мишени, которая в свою очередь становится источником энергии и позволяет получить энергию.
«У нас есть уникальная 20-тонная урановая мишень, оставшаяся с советских времен, и пучки ионов с энергиями в несколько гигаэлектронвольт — такое сочетание есть только у нас. Мы должны показать, будет ли при определенных энергиях выход нейтронов тот, который позволяет развивать эту безопасную технологию. Мы обязаны закрыть это окно», — сказал ученый.
Другое направление — «трансмутация», переработка ядерных отходов. Ученые предлагают обстреливать тяжелыми ионами отработанное ядерное топливо. «Радиоактивные элементы при облучении пучками ядер распадаются и переходят в долгоживущие или наоборот очень короткоживущие изотопы, и уже не представляют опасности», — сказал ученый.
Лучевая терапия
Для лечения многих типов раковых опухолей лучше использовать не традиционную лучевую терапию — гамма- или рентгеновское излучение, а пучки частиц, например, протонов или тяжелых ионов. Частицы не проникают глубоко в ткани, более того, они выделяют энергию на определенной глубине — это позволяет точечно воздействовать на опухоль и не повреждать здоровые ткани.
Один из перспективных методов — использование для лучевой терапии пучков ионов углерода. «У нас источники углеродных пучков — именно нужной энергии пучки будут в бустере. Как раз тот диапазон, который требуется. У нас, конечно, будет не лечебная база, но мы будет готовить методологию использования этих пучков, подбирать «инструментарий», — сказал Кекелидзе.
Галактические частицы на Земле
Космические лучи пока остаются главной и пока непреодолимой угрозой для любых космических аппаратов. Если гамма- и рентгеновское излучение от Солнца сравнительно безопасны, то протоны и ядра гелия могут наносить серьезный урон электронике и выводить из строя спутники. Особенно опасны галактические космические лучи — ионы тяжелых элементов, возникающие за пределами Солнечной системы в результате взрывов сверхновых.
Тяжелые частицы обладают гигантской энергией, и легко «пробивают» любую защиту, «защелкивают» ячейки памяти, выводя их из строя, меняют состояния транзисторов. Именно такая тяжелая заряженная частица, согласно выводам комиссии, вывела из строя российский зонд «Фобос-Грунт».
«Наиболее разрушительны ионы железа. Эти частицы хоть и редкие, но «убивают» все. Пучки ионов железа есть только у нас, и в Брукхейвене (который закрыт для всех, кроме военных и НАСА)», — сказал Кекелидзе.
По его словам, на базе коллайдера NICA можно создать центр проверки и испытаний космической электроники. «Мы хотим создать настоящую инфраструктуру для этого. Использовать ресурс пучков в ущерб другим задачам, не имея адекватной инфраструктуры — это неэффективно. Это, конечно, требует вложений», — сказал ученый.