Старый аппарат МРТ обрел вторую жизнь, став одним из главных инструментов, с помощью которых физики из CERN изучают природу ядерных реакций.
ISOLDE: как старый аппарат МРТ помогает исследовать ядерные реакции

На прошлой неделе старый аппарат МРТ (магнитно-резонансной томографии) совершил поездку в Женеву, и не просто так. С его помощью физики из CERN убили двух зайцев одним выстрелом: во‑первых, они сэкономили больше миллиона долларов, заполучив огромный магнит для своих опытов за ничтожную сумму, приобретя списанное оборудование; а во-вторых, с его помощью они надеются понять природу атомных ядер и даже ядерных реакций, происходящих внутри звезд.

CERN — это не только знаменитый Большой адронный коллайдер, но также крупный научный комплекс, на базе которого осуществляется порядка двух десятков активных исследований природы материи, вплоть до расположения нейтронов и протонов в атомных ядрах. Как всем нам известно из курса школьной химии, ядро атома составляют элементарные частицы, но вот как именно устроена их структура, для ученых до сих пор остается загадкой. Со стороны строение ядра может показаться даже абсурдным: с одной стороны, частицы удерживаются вместе, а с другой электромагнитная сила между положительно заряженными протонами пытается разорвать эту целостность.

Исследователь Лиам Гаффни говорит, что многие ядерные изотопы, даже успешно полученные в лабораторных условиях, часто остаются для ученых загадкой, поскольку до сих пор не существует универсальной ядерной теории, которая объясняла бы механизм ядерного формирования и взаимодействия ядра с другими частицами. Новый магнит, Isotope Mass Separator On-Line (или ISOLDE) может пролить немного света на эти сложные вопросы.

ISOLDE — это эксперимент, в рамках которого используется пучок протонов, которые в свою очередь генерирует малый ускоритель частиц, являющийся составной частью БАК. На данный момент 40% протонов, которые CERN использует для исследований, получаются с помощью того самого старого аппарата МРТ. Суть эксперимента проста: пучок протонов на большой скорости поражает мишень (обычно урановую), расщепляя атомы урана на низкоэнергетические «пучки» различных радиоактивных частиц. Далее потоки частиц, в зависимости от их характера и структуры, используются в тех или иных работах.

Недавно ISOLDE получил новую модификацию под названием HIE-ISOLDE (High Intensity и Energy ISOLDE). С ее помощью радиоактивные лучи поражают мишени и взаимодействуют друг с другом, играя роль пушки, стреляющей тяжелыми радиоактивными элементами. Далее эти огромные ядерные частицы отправляются в следующую камеру, наполненную куда более меньшими ядрами, состоящими из одиночных сцепок протонов и нейтронов. Этот процесс сродни тому, как если бы баскетбольный мяч влетел в комнату, набитую шариками для пинг-понга. Вот тут-то в действие и вступает МРТ: магнит изгибает траекторию движения некоторых протонов и заставляет их вращаться. Специальные детекторы в камере фиксируют протонные сигналы и позволяют ученым собирать данные о характеристиках тех или иных ядер.

ISOLDE — не единственный эксперимент с МРТ: Argonne National Laboratory в США проводит ряд аналогичных экспериментов, правда работает не с радиоактивными, а со стабильными веществами.