Разработаны прототипы детекторов регистрации фотонов для станции ЦКП «СКИФ»
Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения (ИЯФ СО) РАН разработали и ввели в эксплуатацию два детектора для экспериментов на источниках синхротронного излучения ВЭПП-3 и ВЭПП-4 — интегрирующий и счетный. С их помощью будет проводиться измерение плотности вещества в экстремальных условиях и рентгеноструктурный анализ. Аналог счетного детектора ИЯФ СО РАН есть только в Швейцарии, однако он уступает российскому по возможностям отбора фотонов по энергии. Ожидается, что разработанные в научном институте счетный и интегрирующий детекторы будут установлены на станции Центра коллективного пользования (ЦКП) «СКИФ». Прототип интегрирующего детектора уже испытан и показал хорошие результаты.
Синхротронное излучение (СИ) уже более четверти века является эффективным инструментом для исследования динамики быстрых физических и химических процессов. Короткие вспышки излучения, генерируемые в источниках СИ электронными пучками, позволяют проводить измерения с высоким временным и пространственным разрешением с использованием соответствующих детекторов. Лучшие результаты в таких экспериментах достигаются с помощью многоканальных координатных детекторов с полосовыми структурами в качестве чувствительных детектирующих элементов, где каждый канал работает либо в интегрирующем, либо в счетном режиме.
Инженер-исследователь и аспирантка ИЯФ СО РАН Анастасия Глушак входит в команду, занимающуюся разработкой детекторов. Она пояснила, что интегрирующий режим используется для исследования сверхбыстрых (взрывных) процессов.
«В этом случае регистрируется сумма сигналов от всех фотонов в одном канале детектора в течение одной вспышки СИ. Результат эксперимента представляется в виде серии кадров, содержащих информацию о величине сигнала в каждом канале. Каждый кадр соответствует отдельной вспышке СИ. Счетный режим работы детекторов используется для исследования относительно медленных процессов и подразумевает регистрацию сигналов от отдельных фотонов, что в сочетании с потенциальной возможностью отбора фотонов по энергии открывает возможности получения более детальной информации об исследуемых процессах», — отметила Анастасия Глушак.
Она также уточнила, что в ИЯФ СО РАН детекторы для экспериментов с использованием СИ разрабатываются, изготавливаются и используются на источниках СИ ВЭПП-3 и ВЭПП-4 уже более двадцати лет. Среди них новейшей разработкой является счетный координатный детектор с координатным сенсором на основе арсенида галлия с координатным разрешением 50 микрон.
«Помимо станций на источниках СИ ВЭПП-3 и ВЭПП-4, разрабатываемые детекторы планируется использовать на пользовательских станциях ЦКП «СКИФ». Сейчас идет работа с прототипами счетного и интегрирующего детекторов. Прототип интегрирующего детектора введен в эксплуатацию и испытан в режиме с несколькими сгустками на ВЭПП-4. Результаты показали, что детектор может быть успешно использован на пользовательских станциях СКИФ. Для прототипа счетного детектора на данный момент разрабатывается необходимое программное обеспечение», — прокомментировала Анастасия Глушак.
Уникальные возможности детектора востребованы среди ученых из области химии, физики и материаловедения. Первые эксперименты с новым счетным детектором запланированы на май 2022 года.
Научные работы велись в рамках государственного задания Минобрнауки России по теме «Исследования по генерации и использованию синхротронного излучения».
Центр коллективного пользования «СКИФ» является источником синхротронного излучения поколения 4+ и реализуется в Новосибирской области в рамках национального проекта «Наука и университеты» и во исполнение Указа Президента России от 25 июля 2019 года «О мерах по развитию синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры в Российской Федерации». Строительные работы на площадке будущей уникальной установки класса «мегасайенс» в наукограде Кольцово под Новосибирском начались в июле 2021 года.
Такие установки фактически являются мощнейшим гигантским рентгеновским микроскопом, с помощью которого можно изучать любые материалы на атомном уровне или быстропротекающие процессы в реальном времени. В отличие от коллайдера, излучение синхротрона позволяет проводить исследования даже на бытовом уровне. С его помощью можно изучать действие лекарств, новые материалы, исторические артефакты, различные устройства и многое другое.
