Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego, założone wspólnie przez Ministerstwo Edukacji, Polską Akademię Nauk i Państwową Agencję Atomistyki, jest jedynym w kraju ośrodkiem eksperymentalnej fizyki jądrowej dysponującym cyklotronem ciężkich jonów oraz nowoczesnymi spektrometrami umożliwiającymi prowadzenie prac badawczych z dziedziny struktury jądra atomowego i reakcji jądrowych. Warszawski akcelerator, cyklotron izochroniczny o K=160, przyspiesza wiązki jonów do energii w zakresie od 2 do 10 MeV na nukleon, a uzyskiwane intensywności sięgają kilkuset pnA. W 2010 roku zainstalowano i uruchomiono w ŚLCJ UW nowe źródło ECR (elektronowy rezonans cyklotronowy), znacznie rozszerzające zakres wiązek jonów dostępnych w laboratorium. Oprócz dotychczas uzyskiwanych wiązek pierwiastków gazowych oraz posiadających związki w postaci gazowej, poczynając od boru, a kończąc na argonie, dostępne staną się także wiązki jonów metali, a także zdecydowanie cięższych pierwiastków (krypton, srebro...) Obecnie rozpoczynane są prace zmierzające do zainstalowania nowoczesnych generatorów wysokiej częstości, dzięki którym wzrośnie niezawodność pracy cyklotronu.

Dostęp do wiązki z akceleratora ŚLCJ UW jest przyznawany przez Dyrektora Laboratorium na podstawie rekomendacji międzynarodowego Komitetu Programowego (Programme Advisory Committee). Jedynymi kryteriami oceny projektów są wartość naukowa i techniczna wykonalność proponowanego eksperymentu. Grupy eksperymentalne mogą bezpłatnie korzystać z układów doświadczalnych zainstalowanych na stałe na traktach jonowych, lub używać swojej własnej wyspecjalizowanej aparatury. Wśród dostępnych układów pomiarowych należy wymienić: układ SYRENA - dużą uniwersalną komorę rozproszeń, IGISOL - separator masowy on-line typu skandynawskiego, CUDAC - układ krzemowych detektorów cząstek typu PIN-dioda, JANOSIK - system wielodetektorowy, w którego skład wchodzi duży kryształ NaI(Tl) z aktywnymi i pasywnymi osłonami oraz 32-częściowy filtr krotności, ICARE, wielodetektorowy układ pozwalający na identyfikację cząstek naładowanych i pomiar ich energii, przeniesiony do ŚLCJ ze Strasbourga. Najnowszym i wciąż rozbudowywanym narzędziem pomiarowym jest układ EAGLE - wielodetektorowy spektrometr promieniowania γ, który może współpracować z licznymi detektorami pomocniczymi: spektrometrem elektronów konwersji wewnętrznej, filtrem krotności cząstek naładowanych obejmującym kąt bryłowy 4π, komorą rozproszeń wyposażoną w 100 detektorów typu PIN-dioda, filtrem krotności kwantów γ złożonym z 60 kryształów BaF₂, polarymetrem HPGe, plungerem... W lipcu 2011 układ EAGLE został wzbogacony o 20 precyzyjnych detektorów germanowych promieniowania gamma o wysokiej wydajności, użyczonych na dwa lata przez europejskie konsorcjum GAMMAPOOL.

Wśród wielu interesujących projektów naukowych prowadzonych w ŚLCJ na szczególną uwagę zasługują badania nad koegzystencją kształtu w jądrach atomowych ("mikroskop jądrowy"), zjawiskiem Gigantycznego Rezonansu Dipolowego, pomiary rozkładu barier na fuzję, próby określenia struktury stanów o wysokich spinach, w tym badania tzw. pasm chiralnych, analizy mechanizmów reakcji jąder lekkich i rozpadu jąder "gorących". Dostępność wiązki dla projektów aplikacyjnych pozwoliła, między innymi, na konstrukcję scyntylacyjnego detektora cząstek naładowanych, używanego z układem EUROBALL.

Badania prowadzone w ŚLCJ UW mają charakter interdyscyplinarny i nie ograniczają się tylko do tematyki fizyki jądrowej. Duża część czasu pracy akceleratora jest przydzielana na eksperymenty z dziedziny fizyki ciała stałego, biologii, a także projekty aplikacyjne. Ważną rolę odgrywają prace dotyczące zastosowań medycznych fizyki jądrowej. W budynku ŚLCJ UW powstaje obecnie ośrodek produkcji radiofarmaceutyków do pozytonowej tomografii emisyjnej (PET). W lipcu 2011 został on wyposażony w wysokoprądowy cyklotron zdolny przyspieszać protony i deuterony do energii, odpowiednio, 16 i 8 MeV. Ośrodek będzie produkował radiofarmaceutyki na potrzeby warszawskich szpitali. Będą w nim również prowadzone prace badawcze nad nowymi farmaceutykami. Otwarcie ośrodka uświetni międzynarodowa konferencja "Positron Emission Tomography in Research and Diagnostics" organizowana przez ŚLCJ UW w maju 2012 roku.

We współpracy z Uniwersytetem Śląskim, Instytutem Fizyki Jądrowej PAN oraz Instytutem Chemii i Techniki Jądrowej w ŚLCJ UW realizowany jest projekt związany z wykorzystaniem izotopów alfa-promieniotwórczych w radioterapii nowotworów. W jego ramach, w roku 2011 rozpoczęto wytwarzanie izotopu astatu, ²¹¹At, wykorzystując reakcje ²⁰⁹Bi(alfa,2n) inicjowaną wiązką cząstek alfa przyspieszonych w cyklotronie ciężkojonowym. Obecnie ŚLCJ UW jest jedynym w kraju ośrodkiem wytwarzającym ten izotop.

Laboratorium współpracuje z wieloma krajowymi i zagranicznymi uczelniami i instytutami. W roku 2010 wraz z Instytutem Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie zawiązało konsorcjum pod nazwą „Narodowe Laboratorium Cyklotronowe”, którego celem jest zapewnienie warunków do prowadzenia w Polsce badań eksperymentalnych z dziedziny fizyki jądrowej oraz jej zastosowań w innych dziedzinach nauki, a także integracja z dużymi, pan-europejskimi infrastrukturami badawczymi. Zgodnie z najnowszym dokumentem „Perspectives of Nuclear Physics in Europe” opublikowanym przez ekspertów NuPECC (Nuclear Physics European Collaboration Committee) małe regionalne centra eksperymentalne, do których należy ŚLCJ UW, pełnią istotną rolę w krajobrazie europejskiej fizyki jądrowej poprzez prowadzone programy naukowe, rozwój nowych metod i technologii, jak również kształcenie kadr dla wielkich europejskich ośrodków badawczych.

Infrastruktura badawcza ŚLCJ UW jest wykorzystywana do celów dydaktycznych i szkoleniowych. Od 2005 Laboratorium organizuje corocznie „Ogólnopolskie Warsztaty Akceleracji i Zastosowań Ciężkich Jonów” dla studentów z całej Polski zainteresowanych fizyką jądrową. Uczestnicy warsztatów, pracując w małych grupach, przygotowują i przeprowadzają pomiary z zakresu fizyki jądrowej z wykorzystaniem specjalistycznej aparatury dostępnej w ŚLCJ UW. Na potrzeby warsztatów jest każdorazowo zapewniony tydzień wiązki z cyklotronu. Zadania eksperymentalne pozwalają studentom na zdobycie wprawy w posługiwaniu się nowoczesną aparaturą badawczą (detektory, elektronika, układy próżniowe) i zapoznanie się z zasadami pracy laboratoryjnej. W marcu 2011 odbyła się pierwsza międzynarodowa edycja tego przedsięwzięcia, współorganizowana przez Uniwersytet Warszawski, Uniwersytet w Huelvie (Hiszpania) i Uniwersytet w Sofii (Bułgaria) w ramach programu kursów intensywnych ERASMUS. Uczestniczyło w niej 19 studentów z Bułgarii, Hiszpanii i Polski. Kolejne uczelnie zagraniczne są zainteresowane przestąpieniem do projektu w następnych edycjach.

Laboratorium dysponuje infrastrukturą umożliwiającą organizację dużych konferencji. W ostatnich latach ŚLCJ gościło dwie znaczące konferencje międzynarodowe - “Nuclear Physics Close to the Barrier”, 1998 i XXIII European Cyclotron Progress Meeting, a także kilka mniejszych konferencji i warsztatów. Dla wygody zewnętrznych użytkowników w budynku ŚLCJ stworzono 10 pokoi gościnnych.

Badania prowadzone z wykorzystaniem wiązek Warszawskiego Cyklotronu zaowocowały znaczną liczbą publikacji w czasopismach naukowych z listy filadelfijskiej, a także stały się podstawą prac doktorskich, magisterskich i licencjackich. Szczegóły są dostępne w Raportach Rocznych ŚLCJ. Tam też można znaleźć informacje dotyczące działalności dydaktycznej i popularyzatorskiej ŚLCJ.

Dalsze informacje o Laboratorium (w języku angielskim)

• Krzysztof Rusek and Kirby W. Kemper (2012) Heavy Ion Laboratory of the University of Warsaw. Scholarpedia, 7(7):12378.
  
  
• Kwestionariusz IUPAP (plik PDF)