CENTA
Centrum pre nukleárne a urýchľovačové technológie (CENTA), ktoré bolo založené na Univerzite Komenského v Bratislave v roku 2013, pozostáva z tandemového urýchľovača iónov, navrhnutého na analýzy vzoriek iónovými zväzkami (IBA), modifikácie materiálov iónovými zväzkami (IBM), analýzu environmentálnych a materiálových vzoriek pomocou jadrových rekcií (NRA), a na urýchľovačovú hmotnostnú spektrometriu (AMS), zo začiatku len pre Be-10. Preto AMS analýzy sme realizovali v spolupracujúcich laboratóriách (Univerzita vo Viedni, univerzity v USA (Tucson a Athens) a v Ústave pre jadrový výskum v Debrecíne (C-14).
Súčasný vývoj v urýchľovačových technológiách pre IBA/IBM/NRA a AMS analýzy a ich aplikácie v nukleárnych, environmentálnych, biomedicínskych a materiálových vedách bol inšpiráciou pre vznik CENTA laboratória, s možnosťami širokého využitia najmä na:
- IBA aplikácie v environmentálnom, medicínskom a materiálovom výskume, vrátane analýz vzoriek na štúdium kultúrneho dedičstva;
- NRA štúdie s nabitými časticami pre novú generáciu štiepnych reaktorov, pre termonukleárne reaktory, ako aj pre environmentálny, biomedicínsky a astrofyzikálny výskum;
- IBM - modifikácie materiálov použitých pri konštrukcii novej generácie štiepnych reaktorov a termonukleárnych reaktorov, na výskum v oblasti nanotechnológií, ako aj pre kozmický výskum;
- AMS štúdie dlhožijúcich rádionuklidov v nukleárnych, astrofyzikálnych, environmentálnych, geologických a v biomedicínskych vedách.
Orientácia laboratória vyplynula zo všeobecnej potreby vybudovať na Slovensku národné laboratórium zamerané na štúdie a aplikácie s využitím iónových zväzkov a zaistiť pre budúcnosť výskumné kapacity a aplikácie širokého rozsahu. Kvôli finančným obmedzeniam sa budovanie CENTA laboratória realizovalo v dvoch etapách. V prvej etape, vďaka projektom v rámci Štrukturálnych fondov EÚ a v spolupráci s Medzinárodnou agentúrou pre atómovú energiu, boli inštalované dva iónové zdroje (Alphatross pre plynné vzorky a MC-SNICS pre tuhé vzorky), injekčný kanál iónov do urýchľovača, 3 MV tandemový urýchľovač iónov Pelletron, a analyzátormi urýchlených iónov s dvoma koncovými kanálmi. V druhej etape, v rámci projektu "Advancing University Capacity and Competence in Research, Development and Innovation (ACCORD, TMS2014+:313021X329)", spolufinancovaného zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja, bol inštalovaný unikátny Analyzátor vysokoenergetických iónov na urýchľovačovú hmotnostnú spektrometriu izotopov. V blízkej budúcnosti sú plánované ďalšie inštalácie, ktoré budú zahŕňať nukleárny mikroskop, rastrovací systém pre IBM štúdie materiálov a zariadenie pre biomedicínsky výskum. All these applications represent probably the most successful developments in small accelerator technologies dedicated for various branches of science.
Novoinštalovaný Analyzátor vysokoenergetických iónov priamo analyzuje rádioaktívne jadrá ako keby boli stabilné, netreba teda čakať na ich rádioaktívnu premenu, pretože analyzuje sa priamo hmotnosť iónov, nie žiarenie, ktoré vzniká pri rádioaktívnej premene jadier (napr. beta-žiarenie), čo pri ich dlhých polčasoch premeny je vážny problém. Terčík, pripravený zo skúmanej vzorky sa vloží do iónového zdroja, odkiaľ sa zväzok študovaných iónov privedie cez injekčný kanál do tandemového urýchľovača iónov, a po ich urýchlení a fokusácii sú ióny analyzované v Analyzátore vysoko energetických iónov, ktorý zahŕňa plne vybavenú AMS časť s elektromagnetom s vysokým rozlíšením, dvoma 45o elektrostatickými analyzátormi a ionizačnou komorou ako koncovým detektorom iónov. Použitím urýchlených iónov sa podstatne zníži pozadie, takže je možné analyzovať napr. uhlík-14 už vo vzorkách s hmotnosťou 1 mikrogram uhlíka, teda aspoň miliónkrát menšie vzorky ako bolo možné analyzovať predtým pomocou plynových detektorov. Doba merania sa tiež zmenšila, z niekoľkých dní až týždňov na niekoľko minút, takže podstatnú časť zaberá príprava vzoriek (niekoľko hodín). AMS umožní podstatne rozšíriť výskum najmä dlho žijúcich rádionuklidov od trícia cez berýlium-10, uhlík-14, alumínium-26, chlór-36, vápnik-41, železo-55, stroncium-90, iód-129, cézium-135,137, olovo-210, rádium-226, izotopy tória, uránu, neptúnia, plutónia, amerícia až po izotopy curia. AMS znamená revolúciu v analýze izotopov, pretože umožňuje robiť výskumy, ktoré predtým neboli možné buď pre nízku citlivosť analytických zariadení alebo pre nevyhnutnosť používať príliš veľké vzorky, ktoré však nebolo možné získať.
Analyzátor, spolu s už existujúcim zariadením na analýzu vzoriek pomocou iónových zväzkov, podstatne rozšíri výskum a využitie urýchľovačových technológií v prírodných, biomedicínskych, technických a humanitných vedách, od astrofyziky až po archeológiu. Medzi najdôležitejšie aplikácie bude patriť výskum klimatických zmien (Milankovičove cykly, variácie slnečnej aktivity, erupcie sopiek v minulosti), výskum kozmického počasia (slnečné erupcie v minulosti, možné dopady na pozemskú infraštruktúru a kozmické lety), využitie rádionuklidov ako stopovačov prírodných procesov v ekosystémoch atmosféra-biosféra a atmosféra-hydrosféra (oceán), výskum rádioaktívneho znečistenia životného prostredia prevádzkou a haváriami jadrových elektrární, výskum zriedkavých jadrových procesov a premien, štúdium jadrových reakcií pre astrofyzikálny (vrátane hľadania častíc temnej hmoty) a pre termojadrový výskum, výskum rádioaktívneho znečistenia novej generácie materiálov, výskum modifikácie vlastností materiálov po ich ožiarení na urýchľovači, výskum poškodenia DNA a živých organizmov po ich ožiarení ionizujúcim žiarením, výskum degeneratívnych zmien v mozgu pacientov trpiacich Alzheimerovou a Parkinsonovou chorobou, výskum pravosti umeleckých diel a dokumentov (obrazy, sošky), datovanie archeologických a geologických vzoriek, a veľa ďalších aplikácií. Veľa z týchto výskumov bude možné realizovať vďaka pozemským izotopovým archívom (letokruhy stromov, vzorky ľadu z hĺbkových vrtov, stalagmity/stalaktity, sladkovodné a morské sedimenty, atď.), ale aj vďaka mimozemským archívom (meteority, mesačné vzorky a perspektívne tiež vzorky hornín z Marsu), pretože uchovávajú izotopové informácie od tisícok rokov až po stovky miliónov rokov. Široká domáca a medzinárodná spolupráca, vrátane spoločných vedeckých projektov s účasťou študentov, doktorandov a post-doktorandov, bude dôležitou súčasťou výskumu v takom širokom spektre vedeckých programov.
Vybudované urýchľovačové centrum, zahrňujúce AMS a IBA/NRA technológie (výrobca National Electrostatic Corp., USA), spolu s nízkopozaďovou gama-spektrometriou, ktorá patrí na KJFB k tradičným vedeckým zameraniam, bude patriť medzi unikátne laboratóriá v oblasti urýchľovačových technológií a výskumu rádioaktivity pozemských a mimozemských objektov.
Tandemový urýchľovač sa nachádza v samostatnej hale, ktorá bola postavená v areáli Univerzity Komenského v Mlynskej doline. Hala bola navrhnutá tak, že iónové kanály (umiestnené v bunkri, ktorý je prikrytý zeminou) sú oddelené od AMS časti, čo umožňuje pracovať v odlišných radiačných prostrediach.
