Laboratori Nazionali di Legnaro ( Национальные лаборатории Леньяро , LNL ) — один из четырех основных исследовательских центров Итальянского национального института ядерной физики (INFN). [1] Основное внимание в этой лаборатории уделяется исследованиям в области ядерной физики и ядерной астрофизики , где в настоящее время используются пять ускорителей. Это один из важнейших объектов в Италии для исследований в этих областях. [2] Главным будущим проектом лаборатории является селективное производство экзотических видов (SPES), в котором будут производиться различные радионуклиды для исследовательских и медицинских целей. [3]
Создание лаборатории в Леньяро было впервые предложено в 1956 году для содействия исследованиям в области ядерной физики в Италии в дополнение к предыдущим работам в области физики элементарных частиц . В 1959 году Университет Падуи решил, что новая лаборатория будет построена недалеко от Леньяро, а не будет устанавливать новое оборудование в старых помещениях. Лаборатория была основана в 1960 году физиком Антонио Ростаньи , и исследования начались в течение следующего года. После того, как первоначальные исследования продемонстрировали задуманную роль лабораторий Леньяро в исследованиях в области ядерной физики, объект был интегрирован в INFN в 1968 году. [2]
В последующие годы было установлено или модернизировано несколько ускорителей. Первоначальный ускоритель CN, работа которого началась с открытием лаборатории, был модернизирован, чтобы позволить использовать и изучать более тяжелые ионы. В последующие десятилетия были установлены более совершенные установки: ускоритель XTU Tandem в 1981 году (открыт в 1982 году) и линейный сверхпроводящий ускоритель (ALPI) в 1991 году. Установка новых установок позволила проводить более сложные исследования в лабораториях Леньяро, что повысило их значимость в международных исследованиях в области ядерной физики. [2]
В настоящее время большая часть работы в Национальных лабораториях Леньяро включает исследования ядерной структуры , ядерных реакций и гамма-спектроскопии ; последняя получила международное признание в 1990-х годах. [1] Недавнее направление деятельности лабораторий Леньяро и главный будущий проект — это SPES (селективное производство экзотических видов). [3] Новый ускоритель для производства радиоактивных ионных пучков строится с 2007 года, [4] а альфа-фаза проекта, включающая новый циклотрон, была открыта в декабре 2016 года. [5] Последующие бета-, гамма- и дельта-фазы планируются, утверждаются и финансируются INFN и итальянским правительством; после их завершения станет возможным синтезировать новые изотопы и массово производить медицинские изотопы . [1]
В Национальной лаборатории Леньяро действуют шесть ускорителей: [1]
Все ускорители используются для ускорения различных ионов в целях ядерной физики.
Национальные лаборатории Леньяро являются местом расположения AURIGA , детектора гравитационных волн для исследования астрофизических гравитационных волн . [6] Он был введен в эксплуатацию в 2004 году и с тех пор непрерывно работает. В 2016 году было доказано, что детектор резонансной массы AURIGA достаточно чувствителен для поиска темной материи и, возможно, более пригоден, чем более современные детекторы, такие как LIGO . [7] Эксперимент закрыт, а антенна AURIGA является экспонатом в LNL (с апреля 2021 года).
Проект SPES ( селективное производство экзотических видов ) включает в себя строительство нескольких новых ускорителей, специально разработанных для производства радиоизотопов. В бета-фазе деление со скоростью 1013 делений в секунду [8] и фрагментация урана будут изучаться для получения экзотических изотопов, богатых нейтронами , и создания пучков с этими изотопами с более высокой интенсивностью, чем те, которые доступны в настоящее время. К ним относятся ядра вблизи ядерных капельных линий и замыканий оболочек , которые играют важную роль в астрофизическом r-процессе . [9] Различные медицинские полезные радиоизотопы также будут массово производиться в рамках гамма-фазы проекта. [1] [3] [8] К 2017 году был достигнут значительный прогресс в строительстве объекта SPES; ожидается, что первые пучки экзотических изотопов будут доступны в конце 2019 года. [9]
Эксперименты с использованием гамма-спектроскопии ведутся в нескольких европейских лабораториях, включая Национальные лаборатории Леньяро. Они изучают структуру атомных ядер, а также их несвязанные состояния и роль в процессах нуклеосинтеза . В настоящее время LNL поставляет стабильные ионные пучки, но с развитием SPES также будут доступны высокоинтенсивные радиоактивные ионные пучки. [10]
Основные приборы, установленные в лабораториях, включают PRISMA [11] (магнитный спектрометр тяжелых ионов с системой реконструкции траектории), GALILEO [12] (система детекторов гамма-излучения на основе сверхчистого германия, которая может быть дополнена сцинтилляционными детекторами ) и EXOTIC (устройство для получения и изучения легких экзотических пучков).
С 2021 года на комплексе Тандем-Альпи-Пьяве установлен передвижной европейский спектрометр AGATA [13] (Advanced Gamma Tracking Array). В настоящее время он сопряжен с магнитным спектрометром PRISMA. В будущем, благодаря новому лучевому соединению между комплексом Тандем-Альпи-Пьяве и проектом SPES, система AGATA будет получать экзотические лучи, производимые установкой SPES.