معمل لحزم النظائر النادرة

معمل حزم النظائر النادرة ( باختصار FRIB Facility for Rare Isotope Beams) هو مرفق علمي مخصص للعلوم النووية، ممول من قبل مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية وجامعة ولاية ميشيغان و ولاية ميشيغان . وقد ساهمت جامعة ولاية ميشيغان بمبلغ إضافي قدره 212 مليون دولار أمريكي بطرق مختلفة، بما في ذلك أرض البناء. أنشأت جامعة ولاية ميشيغان معمل وابلات النظائر النادرة وتديره كمرفق مخصص لمكتب الفيزياء النووية التابع لمكتب العلوم بوزارة الطاقة الأمريكية. في هذا المعمل يبحث العلماء خصائص النظائر النادرة لتعزيز المعرفة في مجالات الفيزياء النووية ، والفيزياء الفلكية النووية والتفاعلات الأساسية للنوى ، والتطبيقات العملية للنظائر النادرة. بدأ بناء المرافق التقليدية لللمعمل في ربيع عام 2014 واكتمل في عام 2017. أما أعمال البناء التقنية فقد بدأت في خريف عام 2014 واكتملت في يناير 2022. بلغت التكلفة الإجمالية للمشروع 730 مليون دولار أمريكي، واكتمل في يونيو 2022.

يُوفر معمل أشعة النظائر النادرة للباحثين الإمكانيات التقنية اللازمة لدراسة خصائص النظائر النادرة (أي النوى الذرية قصيرة العمر التي لا توجد عادةً في الأرض). تشمل التطبيقات العملية لهذا البحث علم المواد ، والطب النووي ، والفهم الأساسي للمواد النووية، وهو أمر بالغ الأهمية لإدارة مخزون الأسلحة النووية. وقد تم تنظيم أكثر من 20 مجموعة عمل متخصصة في المعدات التجريبية والمواضيع العلمية من خلال منظمة مستخدمي المعمل.

يسعى مشروع معمل وابلات النظائر النادرة إلى توسيع قائمة النوى المعروفة من حوالي 3000 نظير مُحدد إلى أكثر من 6000 نظير قابل للتعيين. يستطيع المشروع تسريع حزم (وابلات) النظائر المعروفة عبر ماتركس (مصفاة) لتفكيك النوى، مُشكلاً مجموعة متنوعة من النظائر غير المألوفة ذات عمر النصف القصير. ثم تُصفّى هذه النظائر بتوجيه النظائر غير المرغوب فيها (من حيث الشحنة/الكتلة) وفصلها بواسطة مجال مغناطيسي، تاركًا حزمة صغيرة من النظير الجديد المطلوب للدراسة. يمكن لهذه الحزمة أيضًا استهداف نظائر أخرى معروفة، والاصتدام والاندماج في هدف مادي معين ، لتكوين المزيد من النظائر غير المعروفة، لإجراء مزيد من الدراسة. تهدف هذه الطريقة إلى توسيع قائمة النوى المعروفة والتعرف على أنوية جديدة ، وهذا ما يُعرف بخط التنقيط النووي . كما تهدف إلى توسيع القائمة نحو النظائر الأثقل، نحو جزيرة الاستقرار وما بعدها.

يُعد إنشاء معمل لحزم النظائر النادرة أن تكون التوصية الأولى لعام 2012 لدراسات الأكاديميات الوطنية العشرية للفيزياء النووية: ألا وهو استكشاف جوهر المادة . وقد أُدرجت أولوية إنجاز هذا المشروع في الخطة طويلة المدى للعلوم النووية لعام 2015: تنفيذ استراتيجية الوصول إلى الأفق  الصادرة عن اللجنة الاستشارية للعلوم النووية التابعة لوزارة الطاقة/المجلس الاستشاري الوطني للعلوم.

يضم المرفق برنامجًا كبيرا في الفيزياء الصحية تحت مظلة قسم الصحة والسلامة البيئية بالجامعة.
تصغير|في مارس 2015 قام العمال بصب ما يقارب 3600 ياردة مكعبة من الخرسانة في نفق المسرع الخطي. الصورة مقدمة من قسم الاتصالات والاستراتيجية بجامعة ولاية ميشيغان.
تصغير|تُظهر هذه الصورة، التي التُقطت في 4 مارس 2017 عملية بناء منشأة حزم النظائر النادرة.

 التطورات 

 الإنشاء والتشغيل 
في 11 ديسمبر 2008 أعلنت وزارة الطاقة الأمريكية اختيار جامعة ولاية ميشيغان لتصميم وإنشاء معمل FRIB.

حصل المشروع على موافقة القرار الحاسم 1 (CD-1) في سبتمبر 2010، والتي حددت البديل المفضل ونطاقات التكلفة والجدول الزمني المرتبطة به.

في 1 أغسطس/آب 2013 وافقت وزارة الطاقة الأمريكية - ولاية كارولاينا الجنوبية على الخطة الأساسية للمشروع (CD-2) وبدء أعمال الإنشاءات المدنية (CD-3a)، في انتظار إشعار البدء.

في 25 فبراير 2014 اجتمع مجلس إدارة صندوق ميشيغان الاستراتيجي  في جامعة ولاية ميشيغان ووافق على ما يقرب من 91 مليون دولار لدعم بناء المعمل FRIB.

شهد مركز أبحاث النظائر بدء أعمال الإنشاءات المدنية رسميًا بحفل وضع حجر الأساس  في 17 مارس 2014. وحضر الحفل ممثلون عن وفد ولاية ميشيغان و ولاية ميشيغان و جامعة ولاية ميشيغان ، ومكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. وبدأت الأعمال الإنشائية التقنية في أكتوبر 2014 - بعد الحصول على موافقة وزارة الطاقة الأمريكية (DOE-SC) بموجب القرار CD-3b.

في مارس 2017 حقق مرفق وابلات النظار النادرة FRIB تشغيل فعال لأعمال الإنشاءات المدنية، وتزايدت أنشطة التركيب الفني نتيجة لذلك.

وفي فبراير 2019 قام مسرع FRIB بتسريع الحزم عبر أول 15 وحدة تبريد (من أصل 46 وحدة) إلى 10% من طاقة الحزمة (الوابل) النهائية لـلمعمل. وفي أغسطس 2019 تم ضبط ترددات الراديو الرباعية (RFQ) فوق 100 كيلوواط، وهي الطاقة المستمرة اللازمة لتحقيق هدف مهمة المعمل المتمثل في تسريع حزم اليورانيوم. يقوم جهاز ضبط الترددات بتحضير الحزمة لمزيد من التسريع في المعجل الخطي.

اكتملت أعمال بناء بنائين ملحقين ممولين من جامعة ولاية ميشيغان بشكل كبير في يناير 2020. يُستخدم مبنى التجميع المبرد لصيانة وحدات التبريد ولإجراء أبحاث هندسة التبريد. أما قبو مطياف الصلابة العالية وتجميع النظائر فيضم معدات أبحاث حصاد النظائر ويوفر مساحة لإجراء التجارب.

في مارس 2020 قام مسرع المعمل FRIB بتسريع حزمة من الأرجون-36 عبر 37 من أصل 46 وحدة تبريد فائقة التوصيل إلى 204 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون أو 57 % من سرعة الضوء.

في سبتمبر 2020 صنّفت وزارة الطاقة الأمريكية معمل أبحاث النظائر FRIB كمرفق مستخدم تابع لها. وأعلن وزير الطاقة الأمريكي دان بروليت عن هذا التصنيف في حفل خاص أقيم في الهواء الطلق بجامعة ولاية ميشيغان، تحت خيمة مجاورة للمعمل أبحاث البلازما.
مركز|تصغير|640x640بك|في مارس 2017حقق معمل FRIB إشغالاً مفيداً لأعمال البناء المدني.
وفي 24 فبراير 2021 أعلن معهد أبحاث وابلات النظائر النادرة FRIB عن تلقيه 82 مقترحًا تتضمن طلبات للحصول على 9784 ساعة من وقت استخدام حزم النظائر، بالإضافة إلى 6 رسائل نوايا لإجراء بحوث، تغطي 16 من أصل 17 معيارًا من معايير الأكاديميات الوطنية الأمريكية الخاصة بمعمل FRIB، وذلك استجابةً لدعوته الأولى لتقديم المقترحات. وتمثل هذه المقترحات مجتمع الباحثين الدولي لمركز FRIB الذي يضم أكثر من 1500 عالم. ويشمل المستجيبون 597 عالمًا، 354 منهم من الولايات المتحدة. وهم يمثلون 130 مؤسسة في 30 مدينة و 26 ولاية أمريكية.

في 25 يناير 2022 قام فريق مشروع المعمل FRIB بتسليم أول حزمة من الأيونات الثقيلة إلى المستوى البؤري لفصل الشظايا الناتجة، مما يعتبر الإكتمال التقني لمشروع المعمل.

في الفترة من 1 إلى 2 فبراير 2022 قام مكتب تقييم المشاريع التابع لوزارة الطاقة الأمريكية بمراجعة جاهزية المشروع FRIB وتقدمه، وأوصى بأن المعمل جاهز لاتخاذ القرار الحرج رقم 4 (الموافقة على إنجاز المشروع).

أقامت جامعة ولاية ميشيغان حفل قص الشريط في 2 مايو 2022.

 التشغيل 
في 22 يونيو/حزيران 2022 اختُتمت بنجاح أول تجربة في معمل لحزم النظائر النادرة  FRIB، وهي خاصة بدراسة تحلل بيتا لشظايا الكالسيوم-48 غير المستقرة حيث أنها لا تدوم إلا جزءا من الثانية. وشارك في أول تجربة علمية للباحثين في المعمل كلٌ من مختبر أرغون الوطني ، ومختبر بروكهافن الوطني ، وجامعة ولاية فلوريدا ، ومختبر معمل لحزم النظائر النادرة FRIB ، ومختبر لورانس بيركلي الوطني ، ومختبر لورانس ليفرمور الوطني ، وجامعة ولاية لويزيانا ، ومختبر لوس ألاموس الوطني ، وجامعة ولاية ميسيسيبي ، ومختبر أوك ريدج الوطني ، وجامعة تينيسي . وفي 14 نوفمبر/تشرين الثاني 2022 نُشرت نتائج التجربة الأولى في المجلة العلمية Physical Review Letters .

في عام 2023 أنتج معمل النظائر النادرة أول نظائره الجديدة: الثوليوم-182 ، والثوليوم-183 ، والإيتربيوم-186 ، والإيتربيوم-187 ، واللوتيتيوم-190 . ويُعتقد أن هذه النظائر - بصرف النظر عن مسرعات الجسيمات - لا تتكون إلا في النجوم النيوترونية .

في عام 2024 نجح معمل لحزم النظائر النادرة في تسريع حزمة من أيونات اليورانيوم-238 إلى طاقة 10.4 كيلوواط ، مسجلاً بذلك أعلى طاقة لحزمة مستمرة لأيونات اليورانيوم تم إنتاجها آنذاك. وخلال الساعات الثماني الأولى من تشغيله أسفرت حزمة اليورانيوم عن اكتشاف ثلاثة نظائر لم يسبق معرفتها : الغاليوم-88 ، والزرنيخ-93 ، والسيلينيوم-96. وفي مارس 2025، ضاعف مسرع الحزم الأيونية هذا الرقم القياسي، منتجاً حزمة من اليورانيوم بطاقة 20.0 كيلوواط.

 ملحوظات 
 "FRIB | Facility for Rare Isotope Beams | Michigan State University". frib.msu.edu. Retrieved September 3, 2023.
 "Biggest expansion of known chemical universe targeted by FRIB nuclear facility". Physics World. February 16, 2021.
 "FRIB | Facility for Rare Isotope Beams | Michigan State University". frib.msu.edu. Retrieved September 3, 2023.
 "Biggest expansion of known chemical universe targeted by FRIB nuclear facility". Physics World. February 16, 2021.
 "Nuclear Physics: Exploring the Heart of Matter" (PDF). The National Academy of Sciences. 2012. Retrieved September 3, 2023.

 "Reaching for the horizon: The 2015 long range plan for nuclear science". inspirehep.net.
 "Contacts". ehs.msu.edu. Retrieved September 3, 2023.
 "Fact Sheet". Department of Energy. Retrieved November 12, 2008.
 Miller, Matthew. "Feds OK design concept for MSU nuclear physics facility" (PDF). Lansing State Journal. Archived from the original (PDF)
 "Nuclear Physics: Exploring the Heart of Matter" (PDF). The National Academy of Sciences. 2012. Retrieved September 3, 2023.
 "Reaching for the horizon: The 2015 long range plan for nuclear science". inspirehep.net.
 "Contacts". ehs.msu.edu. Retrieved September 3, 2023.
 "Fact Sheet". Department of Energy. Retrieved November 12, 2008.
 Miller, Matthew. "Feds OK design concept for MSU nuclear physics facility" (PDF). Lansing State Journal. Archived  the original (PDF)

 انظر أيضاً 
 مصادم أيونات ثقيلة بسرعات النسبية
 المختبر الوطني للسيكلوترون فائق التوصيل
 فاصل كتلة النظائر عبر الإنترنت
 مشروع علمي للنظائر النادرة
 المسرع الوطني الكبير للأيونات الثقيلة فرنسا

 المراجع 











  Archived from the original on March 15, 2016.




 روابط خارجية 

 معمل لحزم النظائر النادرة
 منظمة مستخدمي FRIB

تصنيف:جامعة ميشيغان الحكومية
تصنيف:فيزياء نووية
تصنيف:كيمياء نووية
تصنيف:نظائر
تصنيف:مسرعات الجسيمات
تصنيف:الإحداثيات على ويكي بيانات
تصنيف:صفحات تستخدم صندوق معلومات إطار خريطة بدون روابط في ويكي بيانات
تصنيف:صفحات بترجمات غير مراجعة