Лаборатория физики ускорительных процессов

С целью расширения экспериментальных возможностей была начата работа по созданию изохронного циклотрона на базе имеющегося «классического». Под руководством и силами лаборатории был проведен тщательный теоретический анализ движения ионов в секторных магнитных полях. Определены наиболее важные параметры орбит в циклотроне: равновесная орбита, частоты колебаний в линейном приближении, фазовое движение ионов в процессе ускорения. Одним из основных требований успешной реализации процесса ускорения является высокая точность формирования изохронного магнитного поля, имеющего азимутальную вариацию. Результатом работы явилась разработка оптимальной структуры магнитного поля с пространственной вариацией (трехсекторная, слабоспиральная структура с углом спиральности 25°, диаметр полюсных наконечников 150 см, расстояние между поверхностями секторов 21,7 см и между полюсными накладками 39 см) и уменьшением эффекта насыщения железа. Все этапы работы включали в себя моделирование элементов магнитной системы на специальном стенде (в масштабе 1:3).

Была разработана система измерения магнитного поля на основе термостатированного датчика Холла с калибровкой его по ЯМР, гарантирующего относительную точность измерения 2х10^-4. Была отлажена прецизионная техника монтажа элементов магнитной структуры. Круговые корректирующие обмотки с питанием током до 700 А, запеченные в эпоксид, были помещены в объем с промежуточным вакуумом (10^-3 Торр) с автономной откачкой. Эта система была первой в СССР.

Перевод циклотрона в изохронный режим с регулируемой энергией ионов и максимальной энергией до 30 МэВ/нуклон был осуществлен в 1972 году. Этот циклотрон стал первой как в СССР, так и на азиатском континенте регулярно эксплуатируемой установкой, на которой были получены максимальные энергии протонов (для циклотронов того времени).

На различных этапах работы по созданию «классического», а затем изохронного циклотрона и совершенствованию его систем внесли весомый вклад многие сотрудники Института ядерной физики. Решающая роль в этих работах принадлежит руководителю Отдела физики низких и средних энергий академику АН КазССР Л.М. Неменову и заведующему ЛФУП профессору А.А. Арзуманову. Трудно также переоценить значение деятельности главного инженера циклотрона С.И. Прокофьева. Большой вклад в эти работы внесли и многие другие сотрудники Института: В.А. Мещеров, П.Д. Федоров, С.П. Рыбкин, О.К. Анисимов, В.Н. Воротков, В.Ф. Езерский, Д.Д. Громов, В.Г. Круглов, Н.А. Ананьин, В.Ф. Гельвер, Ю.С. Попов, В.М. Ткачук, сотрудники ЛФУП С.С. Баталин, В.Н. Батищев, В.И. Герасимов, М.С. Горьковец, М.Х. Нигматов, Б.А. Волков, В.П. Завезионов и другие.

Следует отдельно отметить разработку и ввод в действие малогабаритного циклотрона с энергией 1 МэВ, на котором сотрудниками ЛФУП отрабатывались различные системы действующего циклотрона, а также работы, выполненные по реконструкции системы разводки выведенного пучка с организацией возможности облучения четырех мишеней.

Циклотрон У150-М был введен в действие в 1965 году и модернизирован в 1972 году. Используется для производства изотопов, проведения исследований в области ядерной физики, физики деления, радиационного материаловедения, адаптации и разработки ядерных технологий.

Одно из основных направлений деятельности ИЯФ – производство радиоактивных изотопов на циклотроне – развивалось благодаря значительному вкладу специалистов Лаборатории. Разработка и оптимизация конструкции внутренней твердотельной мишени циклотрона и внешней капсулированной мишени, отработка режимов облучения и режимов охлаждения, формирование пучка на мишени с требуемыми параметрами, расчеты равновесных и отклоненных орбит, координат выставки отклоняющей системы пучка, оптики пучка в канале транспортировки – все это основные вопросы, которые решала Лаборатория на первых этапах освоения технологии. Сегодня к ним можно дополнить расчеты ядерно-физических и тепловых характеристик мишеней, выходы целевых и примесных изотопов, что позволяет говорить о комплексном расчетном сопровождении работ по отработке технологии.

Немалый вклад специалистов Лаборатории внесен в деятельность ИЯФ, связанную с проектированием и экспертизой проектной документации объектов использования атомной энергии и, прежде всего, с использованием циклотронов для производства радиоизотопной продукции. При выполнении этих работ большое значение имеет компетенция специалистов для корректной оценки воздействия радиационных факторов опасности, знание норм радиационной безопасности, умение выполнить расчеты биологической защиты, а также осведомленность в области рассматриваемых технологических процессов. Высокий уровень квалификации специалистов Лаборатории позволил Институту успешно выполнить целый ряд заказов.

Начиная с 1997 на циклотроне У-150М были выполнены следующие программы активным с участием сотрудников ЛФУП:

I Республиканская Целевая Научно Техническая Программа «Развитие атомной энергетики в Казахстане» 1993-1998

Раздел 4 «Разработка и практическая реализация ядерно-физических методов и ядерных технологий в интересах науки и народного хозяйства Республики Казахстан»

I Республиканская Целевая Научно Техническая Программа «Развитие атомной энергетики в Казахстане» 1999-2003 гг.

Раздел 4 «Ядерно-физические методы и наукоемкие технологии для народного хозяйства Республики Казахстан»

IV Международные проекты:

1. Проект INTAS Call 1996 N662 «Исследование процессов деления» (совместно с ОИЯИ, г.Дубна)

2. Проект технической кооперации МАГАТЭ KAZ 4/003 «Применение Циклотрона для производства промышленных и медицинских радиоизотопов» 1997-1998 гг.

3. Проект Международного научно-технического центра К-036 «Производство радиоактивных изотопов в Республике Казахстан» 1997-2001 гг.

4. Проект технической кооперации МАГАТЭ KAZ 4/005 «Производство циклотронных радиоизотопов для нужд Казахстана» 2001-2002 гг.

5. Исследовательский проект RCP №11384 «Создание сильноточных твердотельных мишеней для производства на циклотроне изотопов таллий-201, йод-123, йод-124, палладий-103» 2001-2003 гг.

6. Проект Международного научно-технического центра К-926р «Производство изотопа Германия-68», совместный проект с Лос-Аламосской национальной лабораторией США при поддержке индустриального партнера TCI (США), 2003-2006гг.

7. Проект технической кооперации МАГАТЭ KAZ/6/007 «Создание Центра ядерной медицины и биофизики» 2005-2010 гг.

V Разработка, экспертиза и корректировка проектной документации объектов с использованием атомной энергии (работы по договорам и программам):

1. «Создание в Евразийском национальном университете им. Л.Н.Гумилева Междисциплинарного научно-исследовательского комплекса на базе ускорителя тяжелых ионов» (циклотрон ДЦ-60, г. Астана),

2. «Центр ядерной медицины и биофизики» (циклотрон Cyclone-30, ускоритель электронов ИЛУ-10, участок производства радиофармпрепаратов, диагностические отделения ПЭТ и ОФЭКТ, г Алматы, ИЯФ),

3. «Республиканский диагностический центр на 500 посещений в смену» (циклотрон Cyclone-18, участок производства радиофармпрепаратов, диагностические отделения ПЭТ и ОФЭКТ, г. Астана)

4. «Отделение радионуклидной диагностики и терапии регионального онкологического диспансера (г. Семей)» (циклотрон Cyclone-18, участок производства радиофармпрепаратов, диагностические отделения ПЭТ и ОФЭКТ, отделение радионуклидной терапии),

5. «Отделение радиофармдиагностики Клинико-реабилитационного комплекса медицинского центра Управления делами Президента РК» (диагностическое отделение ПЭТ и ОФЭКТ),

6. «Отделение радионуклидной диагностики Диагностического центра в г. Бишкек (Республика Киргизия)» (диагностическое отделение ОФЭКТ)

7. «Центр ядерной медицины в г. Нур-Султан, район «Есиль», ул. Е495, район здания №2», (циклотрон PETtrace 840, участок производства радиофармпрепаратов, диагностические отделения ПЭТ и ОФЭКТ, г. Нур-Султан, Больница УДП)

8. «Процедурные ускорителя “CLINAC” центра лучевой терапии при онкологическом диспансере г. Усть-Каменогорск»

9. «Инспекционно-досмотровый комплекс на таможенном пункте «Сарыагаш»

10. «Хранилище отработавших источников ионизирующего излучения» (г. Алматы, ИЯФ).