Строительство Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» под Новосибирском — один из самых масштабных проектов в российской науке за последние десятилетия. Ученые из Томского государственного университета и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН собрали и протестировали для ЦКП СКИФ первый координатный детектор на полупроводниках — GINTOS, способный выдерживать очень высокие потоки энергии. Им оснастят исследовательскую станцию для изучения быстропротекающих процессов.
«Детектор GINTOS позволит исследовать реакцию материалов на импульсные тепловые и механические нагрузки, — поясняет главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории детекторов синхротронного излучения ТГУ, руководитель проекта по созданию новых детекторов доктор физико-математических наук Лев Исаевич Шехтман. — Это необходимо для понимания процессов, которые будут происходить, например, в строящемся термоядерном реакторе ITER при попадании раскаленной плазмы на вольфрамовую стенку. Вместе с тем детектор позволит исследовать распространение ударных волн и других динамических процессов в микросекундном диапазоне».
Для решения подобных задач нужны быстродействующие сенсоры и быстродействующая специализированная электроника. В рамках проекта, поддержанного мегагрантом правительства РФ, радиофизики Томского госуниверситета разработали сенсоры на основе арсенида галлия, компенсированного хромом. Эти сенсоры будут производить съёмку со скоростью до 10 миллионов кадров в секунду. Электроника была разработана специалистами ИЯФ СО РАН.
«Полупроводниковые сенсоры преобразуют фотонный сигнал в электрический, а электроника регистрирует этот сигнал и передает изображение в компьютер, — прокомментировал руководитель команды разработчиков, заведующий лабораторией детекторов синхротронного излучения ТГУ, профессор доктор физико-математических наук Олег Петрович Толбанов. — Количество кадров очень велико, поэтому результат съемки — это не отдельные изображения, а фильм.
Как отмечают разработчики, на синхротронах в разных странах в основном используются кремниевые детекторы, однако на СКИФе будут проводиться эксперименты с излучением более высокой энергии, на которой у кремния низкая эффективность. Поэтому в качестве материала для таких сенсоров был выбран арсенид галлия, компенсированный хромом. Материал обладает повышенной радиационной стойкостью и чувствительностью к рентгеновскому излучению.
«Сенсоры на основе арсенида галлия позволяют работать с очень высокой энергией квантов, это даёт возможность просвечивать более массивные объекты, — говорит Олег Толбанов. — GINTOS — это первый шаг к расширению диапазона инструментальной базы, которая позволит решать больший спектр исследовательских задач».
Ученым предстоит создать ещё четыре детектора другого типа — для станции изучения быстропротекающих процессов. Специалисты ИЯФ СО РАН планируют разрабатывать их в тесном сотрудничестве с коллегами из ТГУ. Все это предстоит сделать до конца 2024 года, а запуск самой станции изучения быстропротекающих процессов запланирован на 2025 год.
«Рентгеновский детектор — это ключевая единица всех экспериментальных станций источника синхротронного излучения, без них невозможен ни один исследовательский проект, — рассказывает заместитель директора ЦКП СКИФ по научной работе доктор физико-математических наук Ян Витаутасович Зубавичус. — Технологии изготовления детекторов в постсоветское время в России были утрачены, поэтому такие изделия в основном закупались за рубежом. Сейчас стране очень нужны свои детекторы, поэтому результат работы ученых ТГУ и ИЯФ СО РАН — это существенный технологический прорыв».
Пресс-служба ТГУ
