Датчики для адронного коллайдера предложили создать из томских алмазов
По мнению ученых, такие датчики будут обладать высокой прочностью и быстрой реакцией на столкновения заряженных частиц, а также радиационной стойкостью. Поэтому полученные в ходе экспериментов на БАК данные станут более точными. Попробовать создать детекторы на основе тонких алмазных пленок предложил Европейскому центру ядерных исследований (ЦЕРН) Павел Каратаев, профессор университета Royal Holloway, заведующий лабораторией разработки источников электромагнитного излучения центра RASA в Томске.
- Высокие энергии, которые возникают в Большом адронном коллайдере, уникальны. Условия экспериментов тоже необычные - столкновения частиц происходят каждые 28 наносекунд. Соответственно, нужны специальные детекторы, которые дают быстрый отклик, восстанавливаются, а главное, мы должны понимать поступающую с них информацию. Эта проблема актуальна для ЦЕРНа, где используется много детекторов, которые реагируют на пучок частиц, однако не всегда удается их понять, - отмечает Павел Каратаев.
В ближайшем будущем для продолжения экспериментов на коллайдере ученые ЦЕРНа планируют увеличить интенсивность протонного пучка в десять раз с целью увеличения светимости. Если это сделать сейчас, оборудование не выдержит высокой нагрузки. Поэтому сейчас ЦЕРН вкладывает большие ресурсы в модернизацию оборудования БАК. Детекторы на основе алмазов, по словам Павла Каратаева, вполне подходят для решения этих задач.
- Алмаз - это не только самый крепкий в мире минерал, он также является очень хорошим детектором заряженных частиц. Преимущество таких детекторов - в том, что они способны работать в экстремальных условиях. Поскольку алмаз радиационно-стойкий материал, то мы можем не бояться, что такой детектор повредится под воздействием частиц с самой высокой энергией, когда-либо полученной человеком. С помощью алмаза можно регистрировать поток заряженных частиц с околосветовой скоростью, - сообщил Павел Каратаев.
Детекторы на основе алмазов уже используются в ЦЕРНе, однако они состоят из монокристаллов, которые трудно получать, а главное, сложно гарантировать качество их изготовления. Природный алмаз необходимо правильно обработать, сохранив при этом требуемые размеры. Плюс в нем могут содержаться природные примеси других элементов, способных исказить данные о столкновении частиц. Для выращивания искусственных моноалмазов требуется большое количество времени. Поэтому лучше всего подходит поликристаллическая пленка, которую можно изготовить любой требуемой формы и размера.
Технологию получения таких пленок разрабатывают ученые Института физики высоких технологий Томского политехнического университета. Для синтеза используют так называемый метод горячей нити. Его суть заключается в термическом разложении газовой смеси метана и водорода при помощи вольфрамовой нити, разогретой до температуры свыше 2 000 градусов Цельсия.
- Детекторы на основе поликристаллических алмазных пленок сейчас изготавливают и испытывают только в научных целях. Эту технологию исследуют ученые из разных стран мира, но она еще не доведена до нужного уровня. И если мы получим детекторы с требуемыми параметрами и нужными характеристиками, то будем первыми, кому это удастся, и первыми, кто предложит эту технологию ЦЕРНу, - отмечает инженер-исследователь лаборатории Александр Гайдайчук.
Кстати
В 2015 году разработка томских политехников получило поддержку Российского фонда фундаментальных исследований, выделившего грант в размере 5,1 миллиона рублей сроком на три года.