Объединённый институт ядерных исследований

Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) — единственная в России международная межправительственная научная организация. Создана в 1956 г., зарегистрирована ООН в 1957 г. Территориально институт расположен в городе Дубна Московской области.

В состав научного центра входят 19 стран-участниц. Девиз ОИЯИ — «Наука сближает народы».Основные направления теоретических и экспериментальных исследований в ОИЯИ: физика элементарных частиц, ядерная физика и физика конденсированных сред.

За прошедшие 10 лет в ОИЯИ было открыто 10 элементов таблицы Менделеева, именно здесь строится мегасайнс-установка — коллайдер NICA. Институт является одной из ведущих организаций в международной научной коллаборации в проекте Baikal-GVD — создании Байкальского нейтринного телескопа.

Лаборатория теоретической физики им. Н. Н. Боголюбова

Лаборатория теоретической физики ОИЯИ – один из крупнейших в мире институтов теоретической физики. В научной программе Лаборатории – исследования в ключевых областях фундаментальной теоретической физики: квантовой теории поля и физике элементарных частиц, теории ядра, теории конденсированных сред, а также развитие методов математической физики. Тематика исследований теоретиков формировалась под влиянием выдающихся ученых – Д.И.Блохинцева, Н.Н.Боголюбова, М.А.Маркова. Возрастающую роль в исследованиях играет связь современной математической физики, физики частиц и ядра с астрофизикой и космологией.

Один из проектов, над которыми работают в ЛТФ, – это "суперсимметричные калибровочные теории: новые модели, амплитуды и эффективные действия". Его руководитель – доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, профессор Дмитрий Игоревич Казаков. Проект посвящен построению новых теорий с расширенной суперсимметрией и калибровочной инвариантностью в различных измерениях и изучению их квантовой структуры.

Загляните в лабораторию, чтобы узнать больше о том, какие проблемы решают ее сотрудники.

Посетить

Темная комната "Зеленой лаборатории"

Темная комната в Лаборатории ядерных проблем им. В. П. Джелепова ОИЯИ изначально предназначалась для тестирования крупногабаритных фотоумножителей эксперимента JUNO. Этот эксперимент, который будет проведен на базе Цзяньминьской подземной нейтринной обсерватории (JUNO), проектируется для изучения иерархии масс нейтрино, а также для точного измерения осцилляционных параметров нейтрино через регистрацию реакторных антинейтрино в сцинтилляционном детекторе.

Ученые смогут использовать детектор и для изучения солнечных нейтрино, геонейтрино (рождающихся при распаде радионуклидов внутри Земли) и атмосферных нейтрино. Исследования такого рода помогут физикам ответить на ключевые вопросы о том, как устроен микро- и макромир, что происходило и происходит во Вселенной и как можно использовать эти знания в будущем.

Вакуумные фотоэлектронные умножители (ФЭУ), которые тестируются в Темной комнате, − это сверхчувствительные приборы, способные регистрировать одиночные кванты света – фотоны. Чтобы уменьшить фон от внешнего света, вся комната изнутри окрашена в черный цвет и полностью светоизолирована.

В комнате предусмотрена компенсация магнитного поля Земли: на полу, стенах и потолке смонтированы катушки Гельмгольца. По катушкам пропускается электрический ток, который создает вектор магнитного поля, строго противоположный магнитному полю Земли. Таким образом оно компенсируется почти до нуля (единицы − мкТл). Ученым это нужно для того, чтобы убрать силу Лоренца, которая действует внутри ФЭУ на электроны и делает эксплуатацию крупногабаритных ФЭУ в магнитном поле Земли (50 мкТл) практически невозможной.

Загляните в Темную комнату, чтобы узнать, как исследователи тестируют вакуумные фотоэлектронные умножители.

Посетить

“Зеленая лаборатория” — лаборатория тестирования фотодетекторов

Лаборатория тестирования фотодетекторов, или как ее называют из-за цвета здания «Зеленая лаборатория», представляет собой лабораторно-экспериментальный комплекс для изучения и испытаний фотодетекторов, а также сцинтилляционных детекторов. Исследования в области нейтринной физики, проведенные с помощью этих устройств, помогут ученым ответить на ключевые физические вопросы, "заглянуть" за пределы Стандартной модели, понять почему вещества во Вселенной больше, чем антивещества, а также раскрыть другие тайны природы.

В “Зеленой лаборатории” ученые работают прежде всего над методикой изучения вакуумных фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) и полупроводниковых кремниевых фотоумножителей (SiPM). Эти фотодетекторы нужно тестировать для того, чтобы определить их точные параметры. Они учитываются в дальнейшем при проектировании физических установок. Например, такой параметр, как PDE (эффективность регистрации фотонов) очень важен: он влияет на точность измерения энергии детектора (энергетическое разрешение). Комплекс базируется в Лаборатории ядерных проблем им. В. П. Джелепова Объединенного института ядерных исследований. Сегодня основная деятельность коллектива “Зеленой лаборатории” – это работа в экспериментах, изучающих нейтринные осцилляции: JUNO/TAO (Китай) и NOvA/DUNE (США).

Для эксперимента TAO в “Зеленой лаборатории” разрабатывается методика массового тестирования матриц SiPM. Матрица SiPM— это плата, на которую устанавливается до 64 кремниевых фотодетекторов. Всего ученые планируют протестировать более 4000 матриц. Для детектора JUNO в Темной комнате была разработана сканирующая станция. При помощи разработанной методики уже были протестированы более 3000 крупногабаритных ФЭУ.

Здесь также изучается жидкий сцинтиллятор детектора NOvA, был исследован эффект гашения сцинтилляций (коэффициент Биркса), сейчас анализируется вклад черенковского света в отклик сцинтиллятора. А еще разрабатывается система считывания света (LRO) в жидкоаргоновой времяпроекционной камере ближнего детектора (ND-LAr) эксперимента DUNE.

В лабораторном комплексе располагается также комната удаленного управления эксперимента NOvA, где ученые из ОИЯИ и других институтов, работая посменно, контролируют работу детекторов и процесс набора данных.

Посетить

Центр Удаленного управления эксперимента NOvA

В 2015 году в ОИЯИ, в Лаборатории ядерных проблем им. В. П. Джелепова, был организован первый неамериканский Центр удаленного управления эксперимента NOvA (англ. Remote Operation Center, ROC-Dubna). Фундаментальная цель этого крупного международного проекта — измерение параметров нейтрино. Нейтрино — фундаментальная частица, которая не имеет заряда, обладает крайне малой массой и очень слабо взаимодействует с веществом. Несмотря на такой набор характеристик ученые все же научились регистрировать взаимодействия нейтрино в детекторах на высокоточном уровне. Неизмеренными сегодня остаются лишь некоторые параметры. В эксперименте NOvA пучок нейтрино (в основном мюонных), который создается ускорителем в Лаборатории Ферми (США), направляется в два детектора: ближний и дальний. Проходя через толщу земли, нейтрино осциллируют, то есть превращаются в нейтрино другого типа. А ученые регистрируют потоки “выживших” мюонных нейтрино и вновь родившихся электронных нейтрино.

Посетить

Многофункциональный информационно-вычислительный комплекс (МИВК) в Лаборатории информационных технологий им. М.Г. Мещерякова

Многофункциональный информационно-вычислительный комплекс (МИВК) – это технологическая база для проведения научных исследований в единой информационно-вычислительной среде. Здесь находится большое количество компьютеров, часть из которых обеспечивает хранение полученных данных, а другая часть – их обработку.

МИВК объединяет в себе четыре ключевые составляющие: грид-инфраструктуру, центральный вычислительный комплекс, облачную инфраструктуру и высокопроизводительную платформу HybriLIT, в состав которой входит суперкомпьютер «Говорун». Такое разнообразие компонентов нужно для решения широкого спектра актуальных задач: от теоретических исследований до обработки, хранения и анализа экспериментальных данных. Суммарная мощность всего оборудования составляет около 30 тысяч процессорных ядер. Общий объем доступной памяти на дисковых и флеш накопителях – порядка 40 петабайт, то есть 40 миллионов гигабайт!

В МИВК хранятся и обрабатываются данные, поступающие с экспериментальных установок российских и международных научных проектов, в которых ОИЯИ принимает активное участие: например, с Байкальского нейтринного телескопа – обсерватории, которая находится на дне озера Байкал, экспериментов коллайдера NICA, от экспериментов ATLAS, ALICE и CMS на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе и так далее. Сотрудники лаборатории помогают коллегам из ОИЯИ адаптировать их программы под вычислительные ресурсы комплекса.

Посетите тур, чтобы узнать больше о вычислительном комплексе.

Посетить

Лаборатория номер 13 в Научно-экспериментальном отделе нейтронных исследований конденсированных сред Лаборатории нейтронной физики им. И. М. Франка

В Лаборатории номер 13 исследователи готовят образцы к нейтронным и рентгеновским дифракционным экспериментам. Дифракционные эксперименты помогают ученым определять атомное строение кристаллических материалов – как созданных людьми (это могут быть сверхпроводники или электроды для аккумуляторов), так и окружающих нас в природе (в их число входят различные минералы, такие как кварц, кремний и многие другие, а также кристаллизующиеся органические вещества, например белки и аминокислоты). 

Чаще всего для изучения материалов требуется особая подготовка: например, некоторые образцы “боятся” контакта с воздухом, и поэтому нужно их изолировать от внешней атмосферы, а для исследований других образцов важным является наличие гладкой поверхности, поэтому такие образцы требуется отполировать перед экспериментом. Сейчас в лаборатории также активно ведется работа по созданию и тестированию электродов для литий-, а также  натрий-ионных аккумуляторов – перспективных накопителей энергии, которые планируется в будущем использовать в самых разных областях – от накопителей энергии от альтернативных источников до бытовой техники.

Электроды – это ключевые элементы любого аккумулятора, ведь именно они определяют его энергоемкость. Из готовых электродов собираются “тестовые” аккумуляторы – модельные электрохимические ячейки. Используя их, ученые с помощью дифракционных методов исследуют структуру электродов во время того, как они заряжаются и разряжаются. Такие эксперименты называются эксперименты реального времени или operando.

Загляните в лабораторию, чтобы узнать, как ученые исследуют аккумуляторы будущего!

Посетить

Фурье-дифрактометр высокого разрешения

Фурье-дифрактометр высокого разрешения (ФДВР) — это уникальный инструмент для исследований кристаллических материалов в виде порошка. Он находится на реакторе ИБР-2 Лаборатории нейтронной физики им. И. М. Франка Объединенного института ядерных исследований. ФДВР отличается от других нейтронных дифрактометров высоким разрешением, что позволяет исследовать структуру веществ с особо высокой точностью.

Нейтроны не имеют электрического заряда, поэтому рассеиваются они в основном ядром, а не электронами в атоме. Как следствие, “барьеров” на их пути становится меньше, что позволяет частицам проникать гораздо глубже в вещество, чем другие виды излучений (включая хорошо знакомое нам рентгеновское). Этот эффект дает возможность охарактеризовать интересующий материал по всему объему, а не только его поверхность. С помощью нейтронов ученые могут получать информацию о материале, находящегося внутри какого-то устройства или оболочки — например, внутри металлического кейса — не разбирая саму оболочку. Это делает их удобным инструментом для исследования многокомпонентных реальных объектов, таких как аккумуляторы. Кроме того нейтроны имеют магнитный момент, что позволяет исследовать некоторые магнитные свойства вещества.

Нейтроны, как и рентгеновское излучение, при выполнении ряда условий, могут дифрагировать на кристалле , то есть рассеиваться по определенным законам: например, усиливаться или ослабляться в зависимости от направления рассеяния. Такое рассеянное излучение можно регистрировать и затем анализировать, получая информацию об атомном строении исследуемого вещества: симметрии кристалла, расположении и типе атомов, дефектах кристаллической решетки и многом другом. Эти данные нужны, чтобы ответить на фундаментальные вопросы — например, как работает материал и какие процессы в нем происходят. Особенно это актуально для создания аккумуляторов нового поколения.

Загляните в комнату, чтобы узнать, как работает фурье-дифрактометр!

Посетить