Rządowy projekt ustawy o ratyfikacji Konwencji dotyczącej budowy i funkcjonowania Ośrodka Badań Antyprotonami i Jonami w Europie, sporządzonej w Wiesbaden dnia 4 października 2010 r.

Dla programu badawczego dot. zderzania jąder o
■ Struktura hadronowa, teoria Chromodynamiki
energiach do 35 AGeV z wykorzystaniem uranu w pełni
kwantowej silnych oddziaływań (QCD) oraz
pozbawionego elektronów (stan naładowania 92+),
próżni QCD, badane głównie za pomocą
potrzebny jest drugi pierścień synchrotronu SIS300 o
wiązek antyprotonów;
odpowiednio wyższej mocy uginającej. Został
■ Diagram fazowy materii jądrowej oraz plazma
zaprojektowany dla długi okresów ekstrakcji i może być
kwarkowo-gluonowa, badane za pomocą
wykorzystywany jako pierścień rozciągający.
wiązek ciężkich jonów o wysokiej energii.
■ Fizyka bardzo gęstej plazmy, badana za
Tabela 1 podsumowuje parametry techniczne i
pomocą wysoce skompresowanych pęków
charakterystyki osiągów różnych akceleratorów
wiązek ciężkich jonów oraz przy
składowych instalacji FAIR.
współdziałaniu obecnie budowanego lasera
wysokiej mocy.
■ Fizyka atomowa, elektrodynamika kwantowa
2.3 Równoległe działanie i synergia
(QED) oraz pola elektromagnetyczne wysokich
energii, badane za pomocą ciężkich jonów o
Ważną kwestią dot. projektu instalacji było uzyskanie
wysokim ładunku oraz antymaterii.
wysokiego stopnia rzeczywiście równoległej realizacji
■ Prowadzone za pomocą wiązek jonów badania
różnych programów badawczych. Proponowany schemat
technologiczne oraz badania stosowane na
synchrotronów i pierścieni przechowujących, jak też
potrzeby materiałoznawstwa i biologii.
właściwe im długości cyklu przyspieszania wiązki,
akumulacji, przechowywania i chłodzenia dają
Odnośne propozycje doświadczeń i projektów
potencjalną możliwość optymalizacji takiego
współpracy zostały przedstawione w Tabeli 2. Tabela
równoległego i wysoce synergicznego działania.
pokazuje także główną aparaturę doświadczalną, która
Instalacja obsługuje różne programy w przybliżeniu tak,
będzie angażowana w odnośnych programach
jak instalacja dedykowana. Rysunek 2 ilustruje to na
badawczych.
przykładzie.
4. Inżynieria budowlana
3. Programy i instalacje doświadczalne
4.1. Zarys
Ogólnie rzecz biorąc, cele badawcze i naukowe
realizowane w instalacji FAIR można zgrupować w 3
Kompleks ośrodka FAIR zostanie zbudowany na wschód
głównych obszarach:
od istniejącego ośrodka GSI. Pierścieniowy tunel zostanie
zbudowany pod ziemią. Wszystkie inne obiekty zostaną
i) Głębsze zrozumienie struktury i właściwości materii.
wybudowane nad ziemią. Budowa FAIR będzie
Obejmuje to rozłożenie struktury materii na
wymagała wycięcia ok. 14 hektarów lasu, które zostaną
podstawowe komponenty i podstawowe prawa, siły i
następnie znów pokryte roślinnością, albo ubytek drzew
symetrie, jak też zrozumienie tego, jak złożoność -
zostanie skompensowany w innym miejscu.
która nie pochodzi ze zwykłej linearnej
Procedury i regulacje prawne dotyczące planu
superpozycji, lecz obejmuje nieliniowe procesy,
rozwojowego (Bebauungsplanverfahren) już zostały
korelacje i związki - wyłania się z podstawowych
zakończone z powodzeniem. Odnośna decyzja
składników.
administracyjna została podjęta przez Radę Miejską
miasta Darmstadt w dniu 14 lutego 2006.
ii) Rozszerzenie wiedzy o ewolucji Wszechświata.
Hierarchiczna struktura materii, od wymiaru
Projekt wykorzysta istniejący akcelerator w charakterze
mikroskopowego po makroskopowy, jest
akceleratora wstrzykującego. Tunel pierścienia zostanie
bezpośrednio powiązana z sekwencją faz ewolucji i
wybudowany metodą wycinania i pokrywania na
generowania widzialnego świata.
głębokości ok. 17 metrów. Zostanie przykryty 10 m
warstwą ziemi, w celu zapewnienia zgodności z
iii) Wykorzystanie wiązek jonowych w technologii i
wymogami dot. bezpieczeństwa urządzeń emitujących
badaniach stosowanych.
promieniowanie. Usunięta ziemia zostanie użyta do
ekranowania i modelowania terenu przy budowie nowej
Owe ogólne cele badawcze można pogrupować w
instalacji. Obejmuje to konieczne ekranowanie za
następujące konkretne pola badań prowadzonych w
pomocą ziemi, konieczne dla ochrony przed
instalacji FAIR:
promieniowaniem. Tunel pierścienia jest połączony z 3
budynkami, które zostały rozlokowane symetrycznie
■ Struktura jądrowa i astrofizyka jądrowa badane
wokół pierścienia i jest dostępny przez tunel obejściowy
za pomocą wiązek stabilnych, ale w
oraz labirynty przejść i nisz z każdego z budynku.
szczególności dalekich od stabilności jąder
Wszystkie inne budynki zostaną zgrupowane na południe
(radioaktywnych) o krótkim okresie trwałości;
od wielkiego tunelu pierścieniowego. Z powodu
ogromnej skali prac i obszaru budowy, rozważane jest
rozwiązanie instalacji nadziemnej jako bardziej
ekonomicznej.



5
Tabela 2. Poszczególne programy badawcze zatwierdzone dla ośrodka FAIR, wraz z celami badawczymi związanymi z
instrumentem badawczym. Wymieniono także niektóre możliwe opcje oceniane przez komisję, ale nie uwzględnione w
podstawowym projekcie bazowym instalacji.

Doświadczenie
Obszar
Program badawczy
Instalacja techniczna
Instalacja
naukowy
bazowa
R3B
NUSTAR1
Badania nad odwrotną reakcja
Duża konfiguracja reakcyjna, umożliwiająca
tak
kinematyczną za pomocą
pełne badania nad reakcjami kinematycznymi
relatywistycznych wiązek jonów
radioaktywnych
HISPEC/
NUSTAR
Spektroskopia gamma jąder dalekich
detektory γ (AGATA) oraz urządzenia do
tak
DESPEC
od stabilności, wykonywana z wysoką
wykrywania naładowanych cząstek i
rozdzielczością i wydajnością
neutronów
LASPEC
NUSTAR
Spektroskopia laserowa
Wieloczynnościowa stacja spektroskopii
tak
radioaktywnych odmian jonów
laserowej
MATS
NUSTAR
Pomiary masy i czasu życia jąder
Połączone urządzenia pułapki jonowej wiązki
tak
radioaktywnych, wykonywane z
elektronowej (do zwiększania ładunku),
wysoką precyzją i wydajnością.
pułapki jonowej (do przygotowania wiązki),
oraz precyzyjny system pułapki Penninga.
ILIMA
NUSTAR
Masa i okres trwałości uwięzionych i
Spektroskopia masowa i izochroniczna
tak
schłodzonych strumieni
masowa Schottky'ego
radioaktywnych jonów
EXL
NUSTAR
Działanie lekkich jonów o
Konfiguracja reakcji wewnątrz pierścienia
tak
kinematyce odwrotnej na
radioaktywne jądra.
AIC
NUSTAR
Promienie masowe (rms) jąder
Zderzacz (radioaktywnych) jonów
nie
dalekich od stabilności
ELISe
NUSTAR
Elastyczne, nieelastyczne i quasi-
Urządzenie do zderzania elektronów i jonów,
tak
dowolne rozproszenie elektronów z
wraz ze spektrometrem elektronowym
jąder dalekich od stabilności
wysokiej rozdzielczości
NCAP
NUSTAR
Produkcja konkretnych nuklidów
Brak
nie
promieniotwórczych do badań
wychwytywania neutronów (poza
instalacją)
EXO-pbar
NUSTAR
Obfitość p-n na powierzchni jąder
Bardzo nisko-energetyczne jony z
nie
dalekich od stabilności
antyprotonami, uwięzione w pułapce
Panninga.
PANDA
QCD2
QCD i fizyka hadronów – badania z
Duży wewnętrzny system wykrywania
tak
użyciem schłodzonych wiązek
celu, obejmujący niemal wykrywanie w
antyprotonów o wysokich energiach
pełnym kącie bryłowym
CBM
QCD
Diagram fazowy QCD w zderzeniach
Duży stały system wykrywania celu,
tak
jąder o wysokich energiach
obejmujący niemal wykrywanie w
pełnym kącie bryłowym
PAX / ASSIA
QCD
QCD i fizyka hadronów – badania z
System detekcyjny zderzacza,
nie
użyciem spolaryzowanych wiązek
obejmujący szeroki kąt bryłowy
antyprotonów
HEDgeHOB/
APPA3
Gorąca i gęsta materia
Stacje badawcze z zakresu
tak
WDM
skondensowana, wytworzona przez
fizyki plazmowej
intensywne naświetlanie jonami
i/lub laserem
FLAIR
APPA
Precyzyjne badania z
Pierścień do przechowywania
tak
niskoenergetycznymi lub
elektrostatycznego o ultra-niskich
wstrzymanymi wiązkami jonów
energiach, pułapka Penninga, stacje
antyprotonowych
bombardowania celów antyprotonami o
niskiej energii
SPARC
APPA
Badania spektroskopowe i zderzeniowe Badania ze stałym celem oraz wewnątrz
tak
z zakresu fizyki atomowej za pomocą
pierścienia
przechowywanych wiązek jonów o
wysokiej energii
BIOMAT
APPA
Zastosowanie wiązek jonów i
Szereg celów bombardowania do różnych
tak
antyprotonów w biofizyce, biologii,
zastosowań
badaniach materiałowych oraz w
innych dyscyplinach.
1 Struktura jądrowa, astrofizyka i reakcje
2 Chromodynamika kwantowa i fizyka hadronów
3 Fizyka atomowa, fizyka plazmy i zastosowania



6


Rysunek 3: Fazy budowy i działania ośrodka FIAR. W pierwszej fazie (po lewej) zbudowane zostaną tylko elementy
oznaczone na czerwono. Wstawka pokazuje działania z zakresu inżynierii lądowej wykonywane w fazie 1. W fazie drugiej (w
środku) zbudowane zostaną elementy zaznaczone na czerwono, zaś elementy akceleratora zaznaczone na niebieską będą już
działały. Budynki oznaczone na niebiesko już będą istniały. W fazie trzeciej (po prawej) nie będą wykonywane prace z zakresu
inżynierii lądowej. Budowane będą komponenty akceleratora oznaczone na czerwono.
4.2. Stadia budowy
planowania ośrodka FAIR. Fazy budowy zostały
Budowa, przekazania do eksploatacji i rozpoczęcie
zademonstrowane na Rys. 3.
działania ośrodka FAIR będą przebiegać w trzech fazach.
5. Zabezpieczenia przed promieniowaniem
Całkowity czas budowy ośrodka FAIR będzie wynosił 8
lat.
Plan osłon antyradiacyjnych dla ośrodka FAIR opiera się
na szczegółowych obliczeniach dot. wytwarzania,
Faza 1 – Fizyka strumieni radioaktywnych: struktura
przenoszenia i łagodzenia promieniowania.
jądrowa i astrofizyka jądrowa; fizyka atomowa i fizyka
Wykorzystano dwa podejścia:
plazmy – badania za pomocą jonów o wysokim ładunku
i) model Moyera (prawo odwrotnego kwadratu oraz
i/lub jonów radioaktywnych
zmniejszania wykładniczego dozy w materiale
osłonowym);
Faza 2 - Fizyka protonu-antyprotonu oraz
relatywistyczne ciężkie jony: badania z zakresu
ii) techniki Monte Carlo do symulacji generowania
chromodynamiki kwantowej (QCD) za pomocą protonów
promieniowania i jego przenoszenia przez osłony;
i antyprotonów; precyzyjne badania za pomocą wiązek
Instalacje FAIR będą spełniały warunki wymagane przez
antyprotonów, dotyczące podstawowych symetrii i
niemieckie ustawodawstwo dot. ochrony przed
oddziaływań; fizyka gęstej materii barionowej za pomocą
promieniowaniem:
ciężkich jonów relatywistycznych o energiach 1 – 10
(i) Promieniowanie wyłaniające się bezpośrednio z
GeV/u; fizyka atomowa przy energiach
instalacji nie może przekroczyć poziomu 0,7 do 1
relatywistycznych.
mSv rocznie (8760 godzin)
Faza 3 – Pełna wydolność instalacji oraz uruchomienie
(ii) Wystawienie na działanie promieniowania w postaci
wszystkich programów badawczych: równoczesna
emisji nuklidów promieniotwórczych nie może
obsługa do czterech programów badawczych; pełna
przekroczyć poziomu 0,3 mSv rocznie.
energia i jasność na potrzeby programu zderzeń jąder;
(iii) Suma (i) i (ii) musi pozostawać poniżej 1 mSv (§46
precyzyjne badania z zakresu QCD w kompleksie
StrlSchV – niemieckiego rozporządzenia dot.
PANDA; badania nad plazmą; badania nad reakcjami
zabezpieczeń przeciw promieniowaniu).
atomowymi za pomocą szybkich wiązek.
(iv) Wystawienie na działanie promieniowania (poza
obszarami o kontrolowanym promieniowaniu) nie
Podział na stadia odzwierciedlony jest kolejnym
może przekroczyć poziomu 6 mSv rocznie (2000
udostępnianiu budynków. Planowanie zoptymalizowano
godzin) na terenie instytutu oraz mSv rocznie – poza
pod względem minimalizacji kosztów budowy oraz czasu
terenem instytutu.
budowy. Możliwe są rozwiązania alternatywne, ale mogą
być realizowane jedynie przy zwiększeniu kosztów.
Proponowany harmonogram, uzyskany przez BUNG
Beratende Ingenieure, został uznany za bazę obecnego

6

7
Część B

Modułowa Wersja początkowa -
Podejście etapowe do realizacji
Ośrodka Badań Antyprotonami i Jonami w Europie
(FAIR)

Ten Dokument Techniczny 1B jest uzupełnieniem do
Dokumentu Technicznego 1A i nie powinien być traktowany
jako dokument autonomiczny.

Przedmowa

W celu umożliwienia szybkiego rozpoczęcia konstrukcji FAIR, biorąc pod uwagę ostatnie
oszacowania kosztów i zadeklarowanych funduszów, jednocześnie utrzymując najwyższą naukową
doskonałość i wybitny potencjał odkrywczy ośrodka, podejście modułowe do konstrukcji FAIR jest
planowane i zostało zaakceptowane.

To modułowe podejście bierze pod uwagę następujące cele:

• Umożliwienie wzniesienia pojedynczych, względnie niezależnych modułów konstrukcyjnych,
które mają służyć wszystkim naukowym środowiskom FAIR.
• Zapewnienie elastycznej realizacji FAIR stosownie do dostępnego funduszu.

Prowadzi to do definicji siedmiu modułów, których podzbiór czterech modułów stanowi Modułowa
Wersja Startowa, która będzie konstruowana na początku. Pozwala to na szybkie osiągnięcie
głównych naukowych celów dla czterech naukowych środowisk1
FAIR:

APPA:
Fizyka atomowa i plazmy oraz zastosowania w biologii, medycynie i badaniach
materiałowych;
CBM:
Fizyka hadronów i kwarków w skompresowanej materii jądrowej, materia
hiperjądrowa;
NuSTAR: Struktura
jąder, fizyka reakcji jądrowych, jądrowa astrofizyka i wiązki jonów
radioaktywnych (RIB);
PANDA:
Struktura i spektroskopia hadronów, fizyka dziwności i powabu, fizyka
hiperjądrowa z wiązkami antyprotonów.







1 W porządku alfabetycznym

8
Opis Modułów FAIR

Inherentnym ab-initio podejściem dla FAIR jest to, że zawiera stanowiska różnych tarcz i pierścieni
akumulacyjnych obsługiwanych przez podwójny synchrotron SIS100/300. Modułowe podejście
zapewnia to podejście. Tabela 1 daje krótki przegląd modułów, koncentrując się na celach
eksperymentalnych i technicznych wyzwaniach.

Tabela 1: Przegląd modułów wraz z objaśnieniem i krótkim opisem celów i wyzwań

Konfiguracja modułu
Objaśnienia
Cele i wyzwania
Moduł 0
Centralna jednostka
Nowatorskie technologie akceleratorów
SIS100 z połączeniem
akceleracyjna wykorzystywana
(np. szybkie rampowanie
do istniejących
przez wszystkie programy
nadprzewodzących magnesów,
akceleratorów GSI
naukowe
kompaktowe szerokopasmowe
rezonatory częstości radiowych, XHV,
...)
Moduł 1
Budynki mieszczące detektory
Eksperymenty z gęstą, silnie
Obszary eksperymentów
CBM/HADES oraz zestawy
skorelowaną materią jądrową z
eksperymentalne dla fizyki
CBM/HADES; fizyka atomowa
atomowej, BIOMAT i
wysokich energii, plazma, nauki
eksperymentów wysokich
materiałowe, i nauki bio (medyczne)
energii (APPA)
(ESA rekomendowane lab)
Moduł 2
Główne urządzenie dla
Wiązki jonów radioaktywnych (RIB);
Super-FRS
NUSTAR: produkcja RIB oraz
struktura jądrowa i reakcje, jądrowa
(bez CR)
separator izotopów z jedną
astrofizyka
gałęzią tarczy stacjonarnej i
gałęzią pierścienia
Moduł 3
Wytwarzanie i przygotowywanie Fizyka hadronu i QCD z antyprotonami
Antyprotony wysokich
intensywnych wiązek
z HESR/PANDA; chłodzone precyzyjne
energii
antyprotonów przez HESR dla
wiązki, jądra hiper-materii
(p-linac, tarcza
PANDA
antyprotonowa, CR,
HESR)
Moduł 4
Pierścień NESR z hala; Hala
Stanowiska eksperymentalne dla
Niskoenergetyczne
FLAIR i drugi obszar tarczy
spowolnionych wysoko-ładunkowych
RIB i antyprotony
stacjonarnej dla NuSTAR
jonów dla APPA i program

niskoenergetycznych antyprotonów
(FLAIR),
Schładzacz elektronowy RIB-ów dla
NUSTAR
Moduł 5
Równoległe działanie NuSTAR i Pełny równoległy tryb działania;
Pierścień akumulacyjny
APPA z PANDA, zwiększona
maksymalna świetlność dla PANDA
RESR
intensywność wiązki

antyprotonów
Moduł 6
SIS300 dostarczenie wiązek o
Pełny program eksperymentalny dla
SIS300
wyższych energiach i centralne
CBM;
e-schładzacz
dla wszystkich czterech
dostarczenie trybu wysokiej świetlności
dla HESR
programów naukowych
dla PANDA;
ER@NESR
umożliwienie pełnego
Powolna ekstrakcja dla NuSTAR
równoległego działania;
chłodzone elektronami
wysokoenergetycznych
antyprotonów; Pierścień
Elektronowy dla NuSTAR


9