Специалисты Новосибирского государственного университета, Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» и Института археологии и этнографии СО РАН в составе научной группы Центра коллективного пользования «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ—ННЦ» продолжают работу над созданием отечественного низковольтного универсального ускорительного масс-спектрометра. Проект реализуется при поддержке программы «Приоритет-2030». Уже готовы первые узлы: на завершающем этапе их объединят в единый комплекс УМС, после тестирования и серии испытаний запустят в серийное производство.
«Мы постепенно продвигаемся к созданию низковольтного ускорительного масс-спектрометра собственного производства. Подобная работа уже была проделана более 15 лет назад, когда в ИЯФ СО РАН была собрана первая большая установка УМС, которая, проработав более 10 лет, находится на модернизации, но в серийное производство она не пошла. Теперь наша цель — наладить производство комплексов, включающих не только установку УМС для анализа С-14, но и приборы и оборудование, необходимые для всех стадий анализа редких изотопов — от пробоподготовки и изготовления мишеней до обработки полученных на УМС результатов. Мы намерены сначала конструировать и собирать отдельные узлы новой установки УМС — ионный источник, перезарядную мишень, детектор, — тестировать их, одновременно с этим создавать элементы пробоподготовки и получения катодов для анализа других редких изотопов, в частности Be-10, а потом объединить их в единый комплекс», — рассказала директор ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ—ННЦ», исполняющая обязанности заведующего кафедры физической химии факультета естественных наук НГУ кандидат химических наук Екатерина Васильевна Пархомчук.
В конце прошлого года был сконструирован ионный источник установки УМС. Для этого ученые провели реверс-инжиниринг ионного источника установки MICADAS. Новый источник будет обладать измененными параметрами, направленными на повышение производительности, повышение качества пучка ионов и упрощение обслуживания установки. Также был создан и протестирован детектор. Его разработкой занимались специалисты ИЯФ СО РАН, основным разработчиком стала аспирантка института Тамара Шакирова, которая проводила испытания детектора на отечественном ускорителе. Первые тесты прошли успешно, и применимость детектора для УМС была подтверждена.
Преимущество нового детектора заключается в его универсальности — он рассчитан на работу не только с С-14, как установка MICADAS, но и с другими редкими изотопами: Be-10, Al-26, I-129. По мнению разработчиков, новый детектор подходит и для крупных, и для компактных ускорительных масс-спектрометров. Одновременно с этим он расширяет возможности ученых в области анализа редких изотопов, которые, как и радиоуглерод, могут быть верно посчитаны в выделенных и очищенных соответствующих веществах. Поскольку у таких изотопов существенно разные периоды полураспада, появится возможность датировать более древние объекты и расширить направления исследований. Это важно, потому что радиоуглеродный анализ позволяет определять возраст биологических образцов не старше 75 тысяч лет, а например анализ Ве-10 в геологических объектах — изучать историю происхождения и развития рельефа, хронологию ледников и многое другое. К тому же появится возможность количественно оценивать климатические процессы, которые происходили на нашей планете сотни тысяч лет назад, и прогнозировать будущие.
«В этом году мы планируем произвести все детали нового ионного источника и, возможно, его сборку. Конструкторская документация была подготовлена еще в прошлом году. Часть работ будет выполнена в мастерских ИЯФ СО РАН, а тестирование — на испытательном стенде, — пояснила Екатерина Пархомчук.
Проведена также модернизация графитизатора — добавлены опции, позволяющие создавать графитовые мишени из песков, суглинков, донных осадков и меченых биологических веществ. Ранее для изготовления мишеней необходимой массы из образцов песка было необходимо многократно сжигать пробу. Многократные процедуры приводят к накоплению ошибки в результате увеличения изотопного сдвига и, следовательно, могут исказить радиоуглеродный возраст образца. Теперь же достаточно однократного сжигания большего объема песка, глины или донных осадков, содержащих малое количество углерода, чтобы получить достаточное количество материала для изготовления графитовой мишени. Такое однократное воздействие на образец существенно увеличивает достоверность датирования.
Создание отечественного низковольтного ускорительного масс-спектрометра позволит решить кадровую проблему, с которой сталкиваются пользователи такой аппаратуры во всем мире. Екатерина Пархомчук отметила, что на физическом факультете НГУ готовят высококвалифицированных специалистов по ускорительной физике, но именно специфика ускорительной масс-спектрометрии пока не поддержана кадрами — студентами, аспирантами, магистрантами, а также специалистами более высокого уровня.
Новый российский комплекс ускорительной масс-спектрометрии универсального назначения совместит в себе все преимущества уже имеющихся в Новосибирском научном центре приборов, каждый из которых подтвердил свою точность радиоуглеродного датирования на международном уровне. Работы над его созданием стартовали в прошлом году. При эффективной поддержке работ комплекс УМС будет готов через пять лет, и в дальнейшем планируется его запуск в серийное производство.
Пресс-служба НГУ
