«Мы создали прототип интегрирующего детектора, предназначенного для изучения быстропротекающих процессов, который будет установлен на пользовательской станции Центра коллективного пользования «СКИФ». Прототип маленький, но он позволяет отработать технологии, необходимые для настоящего детектора, в частности, проверить электронику. Это называется макетирование режима работы, который следует после моделирования, то есть компьютерного расчета. Макетирование подразумевает реальный эксперимент», — прокомментировал главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Лев Исаевич Шехтман.

Отличие прототипа и реального детектора — в размере и апертуре. «У прототипа 96 каналов и апертура 5 мм, а в реальном детекторе будет 2048 каналов и апертура 10 см. Апертура влияет на размер изображения объекта. Пять миллиметров — это очень маленький размер, который не представляет интереса для пользователя, но для нас представляет, потому что позволяет отработать технологии и перейти от научно-исследовательских работ к опытно-конструкторским», — отметил Лев Шехтман.

Помимо экспериментов по физике высоких энергий, на коллайдере ВЭПП-4М проводятся исследования с синхротронным излучением. Для этих работ обычно используется режим, при котором в накопителе циркулируют два сгустка электронов с интервалом 610 наносекунд (одна миллиардная секунды). Как отметил заведующий сектором ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Павел Алексеевич Пиминов, с появлением новых детекторов для изучения быстропротекающих процессов стал использоваться режим с шестью сгустками электронов с интервалом около 200 наносекунд.

По словам Павла Пиминова, в источнике СИ СКИФ изначально был заложен режим накопления полного числа сгустков — 567 через 2.8 наносекунды. «Такой подход обусловлен необходимостью увеличить время жизни пучка и уменьшить потери частиц, что определяет радиационный фон вблизи установки. Для этого уменьшается заряд одного сгустка и увеличивается число сгустков, а полный ток пучка остается неизменным. Но для проведения быстропротекающих экспериментов с временным разрешением необходим высокий заряд в одном сгустке, а их число определяется быстродействием детектора. Поэтому на ЦКП СКИФ предполагается реализация специального режима — 30 сгустков через 50 наносекунд», — объяснил он.

Источник синхротронного излучения СКИФ запланирован как уникальная установка с уникальными параметрами. Поэтому проведение испытаний отдельных элементов иногда становится самостоятельным научно-техническим вызовом, поскольку необходимых для этого условий пока не существует — но воссоздать похожие можно на действующей инфраструктуре ИЯФ СО РАН.

По материалам пресс-службы ИЯФ СО РАН

Инжектор синхротрона представляет собой электронную высокочастотную систему, которая группирует пучок частиц и поддерживает энергию установки. В последнем элементе инжекционной системы частицы будут ускоряться до энергии 200 мегаэлектронвольт (МэВ).

«Ускоряющая структура в инжекторе позволяет выйти на необходимую энергию, только после этого пучок частиц попадает в накопительное, а потом в синхротронное кольцо установки, в котором генерируется излучение. Чтобы достичь требуемого параметра по энергии, мы предположили, что нам необходимо пять ускоряющих структур, каждая из которых даст около 40 МэВ», — пояснил один из разработчиков инжектора, сотрудник Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН кандидат физико-математических наук Алексей Евгеньевич Левичев.

Чтобы точно определить энергию ускоряющих структур и их параметры, ученые разработали лабораторную установку, на которой провели все необходимые измерения. Основой для нее стал ускорительный комплекс другой установки ИЯФ СО РАН — ВЭПП-2. Физики выяснили, что если установить такой комплекс на СКИФ, то часть энергии будет теряться из-за размеров ячеек, из которых сделан ускоряющий элемент. Чтобы решить эту проблему, ученые скорректировали радиус каждой ячейки, благодаря чему синхротрон сможет достичь нужного уровня энергии.

Решается и вопрос создания приёмной части СКИФ, для которой изначально предполагалось использовать кремниевый детектор, которым оснащены все синхротронные центры мира. Однако сибирский источник синхротронного излучения следующего поколения будет иметь чрезвычайно высокую интенсивность и энергию (20-120 КэВ) излучения фотонов, в области которых кремний излишне прозрачен и имеет радиационную стойкость в 1000 раз ниже требуемой по проекту. Поэтому требуется создать, помимо базового комплекта детекторов, еще и детекторные устройства нового типа.

В Томском государственном университете разработана не имеющая аналогов полупроводниковая HR-GaAs:Cr структура детекторного качества, которая способна регистрировать с высокой эффективностью синхротронное излучение до энергии 90 кэВ и радиационной стойкостью до 1,5 MGy, и может стать детекторным устройством нового типа в приемной части установки проекта СКИФ. В настоящее время уже налажена технология мелкосерийного выпуска детекторов большой площади с числом элементов до 4 мегапикселей на пластинах диаметром 4 дюйма. В настоящее время ТГУ и ИЯФ СО РАН ведут за счёт собственных средств разработку системы приёма синхротронного излучения с радиационно-стойким (ожидается до 10 MGy) детектором для синхротронных источников поколения 4+, которые по соотношению цена/качество могут превзойти большинство аналогов, предлагаемых на мировом рынке.

По материалам пресс-служб НГТУ НЭТИ и проектного офиса ЦКП СКИФ