В Томском политехе наладят малосерийное производство детекторов для гамма-обсерватории TAIGA
Гамма-обсерватория TAIGA (Tunka Advanced Instrument for cosmic ray and Gamma Astronomy) — проект разряда мегасайенс по строительству на территории Тункинского астрофизического центра коллективного пользования ИГУ крупнейшей гамма-обсерватории. Ее задача — регистрация частиц сверхвысоких энергий, приходящих из Вселенной. Полученные результаты позволят решить ряд фундаментальных задач астрофизики элементарных частиц и гамма-астрономии. Кроме того, сам процесс создания гамма-обсерватории дает возможность отработки новых технологий и решения задач наносекундной электроники, многопроцессорных систем сбора данных и так далее. Проект реализуется международной коллаборацией, головной организацией в которой выступает НИИ прикладной физики ИГУ. В 2023 году Томский политех присоединился к исследованиям по проекту TAIGA.
В Тункинской долине создается новая установка TAIGA-Muon, с помощью которой можно будет проводить исследования массового состава космических лучей (КЛ) с энергиями выше 1016 эВ и подавления адронного фона при регистрации высокоэнергетического гамма-излучения. Глобально эта установка сможет приблизить человечество к ответу о природе происхождения космических лучей таких огромных энергий и пониманию механизмов их распространения во Вселенной. Сегодня это одна из важнейших задач современной астрофизики. Предполагается, что площадь нового детектора составит порядка двух тысяч квадратных метров.
На данный момент развернуто всего три кластера установки TAIGA-Muon. Каждый кластер в своем составе имеет восемь наземных сцинтилляционных детекторов для регистрации всех заряженных частиц широкого атмосферного ливня и восемь подземных на глубине 1,7 метра для регистрации мюонной компоненты. Счетчики геометрически расположены парами: наземные строго над подземными.Основные проблемы, связанные с разработкой детекторов таких больших размеров, это достижение высокой однородности светосбора и точности определения времени прихода частицы. Чтобы преодолеть это ограничение, необходима разработка новых сцинтилляционных детекторов, которые бы с высокой точностью регистрировали излучение. Именно над решением этой задачи работают в Томском политехе, — отмечает старший научный сотрудник лаборатории №33 ядерного реактора ТПУ Геннадий Дудкин.
Ученые Томского политеха в проекте работают над созданием новой конструкции сцинтилляционного детектора с использованием спектросмещающих волокон (WLS) и кремниевых светоприемников (SiPM). Устройства должны обеспечивать неоднородность амплитудной зависимости сигнала по площади детектора не хуже 10 % и динамический диапазон линейности амплитуд сигналов не менее 100.
«Нами были разработаны три варианта сцинтилляционных детекторов. Один, с канавками на одной фронтальной поверхности сцинтиллятора для волокон WLS, сочлененных со светоприемником SiPM. Он – малогабаритный, с неоднородностью амплитудного отклика в 10 %. Четыре таких детектора, помещенные в один корпус площадью один квадратный метр, дадут неоднородность амплитудного отклика в 10 % и обеспечат необходимый диапазон линейности амплитуды не менее 100. Второй – крупногабаритный, с канавками на двух фронтальных поверхностях сцинтиллятора для волокон WLS, сочлененных с одним светоприемником SiPM. Третий – также крупногабаритный, состоит из сцинтилляционных гранул, которые находятся вокруг спектросмещающих волокон, свет из которых выводится на один SiPM. Необходимо выбрать оптимальный вариант детектора, исходя из условия «параметры - цена». Кроме того, принципиальным является разработка корпуса для детектора, исходя из того, что он должен работать «за окном», — добавляет Геннадий Дудкин.
Толщина сцинтилляционных детекторов, разработанных учеными ТПУ, может варьироваться от 27 до 30 миллиметров, а размеры от 500 мм до 1000 мм. Общий вес сцинтилляционной пластины, может достигать 36 килограммов, а самого детектора — до 52 килограммов. В перспективе в Томском политехе запустится мелкосерийное производство таких детекторов.
Кроме того, политехники разработали стенд для паспортизации характеристик детекторов. Он позволяет измерять однородность амплитудного отклика и диапазон линейности амплитуд.
Источник: Служба новостей ТПУ