​Ученые лондонского университета Роял Холлоуэй (Royal Holloway, University of London, RHUL) предложили разработать новые датчики для Большого адронного коллайдера на основе тонких алмазных пленок, выращиваемых в Томском политехническом университете. Такие датчики, по словам британских ученых, будут обладать высокой прочностью, быстрой реакцией на столкновения заряженных частиц, а также радиационной стойкостью и разрешением, а значит — данные об эксперименте на Большом адронном коллайдере станут более точными и качественными.

Напомним, в ближайшем будущем, с целью продолжения экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК), ученые Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) планируют увеличить интенсивность протонного пучка в десять раз. Это будет сделано в рамках плановой модернизации установки с целью увеличения светимости (Hi-Lumi upgrade). Если это сделать сейчас, оборудование не выдержит высокой нагрузки. Поэтому в настоящее время ЦЕРН вкладывает большие ресурсы в модернизацию оборудования БАК.

Попробовать создать сверхбыстрые и радиационно стойкие детекторы на основе тонких алмазных пленок, выращиваемых в ТПУ, предложил Павел Каратаев, профессор университета Роял Холлоуэй, заведующий лабораторией разработки источников электромагнитного излучения Центра RASA в Томске.
 
«Те энергии, которые возникают во время экспериментов на Большом адронном коллайдере, уникальны — нигде в мире таких высоких энергий больше нет. Условия экспериментов тоже необычные — столкновения частиц происходят каждые 28 наносекунд, это очень часто. Соответственно, нужны специальные детекторы, которые дают быстрый отклик, быстро восстанавливаются, а главное, мы должны быть способны понять информацию о столкновениях частиц, поступающую к нам с этих детекторов.
 
На сегодняшний день эта проблема для ЦЕРНа актуальна. В центре используется много детекторов, которые реагируют на пучок, однако не всегда удается их понять и определить, по какому принципу они работают», — отмечает Павел Каратаев. Детекторы на основе алмазов, по его мнению, могут оказаться вполне способны решить эти задачи.
 
«Алмаз — это не только самый крепкий в мире минерал, он также является очень хорошим детектором заряженных частиц. Преимущество детекторов на основе алмазов в том, что они способны работать в экстремальных условиях. Главное преимущество алмаза для нас в том, что он радиационно стойкий. То есть, мы можем не бояться, что такой детектор повредится под воздействием частиц с самой высокой энергией, когда-либо достигнутой человеком. С помощью алмаза мы можем регистрировать поток заряженных частиц с около-световой скоростью», — рассказывает Павел Каратаев.
 
Детекторы на основе алмазов сейчас используются в ЦЕРНе. Например, в эксперименте АТЛАС. Однако такие датчики состоят из монокристаллов — то есть цельных кристаллов алмаза, которые трудно получать, а, главное, трудно гарантировать качество их изготовления. Природный алмаз необходимо правильно обработать, сохранив при этом требуемые размеры — чуть перестараешься, и он станет меньше по размеру, чем нужно. Плюс в природных алмазах могут быть 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 тонких поликристаллических алмазных пленок разрабатывают ученые Института физики высоких технологий ТПУ. Для синтеза алмазных пленок используется так называемый метод горячей нити (Hot Filament Chemical Vapour Deposition). Суть метода заключается в термическом разложении газовой смеси метана и водорода при помощи вольфрамовой нити, разогретой до температуры свыше 2000 градусов Цельсия.
 
«Основной проблемой использования поликристаллической алмазной пленки в качестве детектирующего элемента является неоднородность ее свойств. Дело в том, что поликристаллическая алмазная пленка имеет зерненую структуру, и на границе зерен может накапливаться неалмазная фаза углерода, обладающая отличными от алмаза свойствами. Это, в свою очередь, ведет к искажению данных, считываемых с детектора. Нашей основной задачей является синтез поликристаллических алмазных пленок требуемого качества, — рассказывает инженер-исследователь лаборатории №1 Института физики высоких технологий ТПУ Александр Гайдайчук .- Детекторы на основе поликристаллических алмазных пленок на данный момент изготавливаются и испытываются 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».
 
Справка:

В 2015 году исследование ученых лаборатории №1 ИФВТ ТПУ получило поддержку Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ): политехники выиграли грант в размере 5,1 млн рублей сроком на три года.

Похожие новости

  • 20/08/2019

    Физики из Франции, США и РФ изучат формирование и спектры озона

    Команда физиков из Франции, США, и России (Томск, ТГУ) исследует механизмы формирования и распада озона (O3), его характеристики и свойства на молекулярном уровне при взаимодействии с радиацией. Полученные результаты помогут осуществлять контроль качества озонового слоя, который участвует в формировании атмосферы и климата Земли, влияет на качество воздуха, охраняет планету от жесткого ультрафиолетового излучения.
    257
  • 28/10/2019

    Эксперимент на синхротроне поможет улучшить арсенид галлиевые сенсоры

    ​Радиофизик Анастасия Лозинская провела эксперимент на синхротроне Diamond Light Source в лаборатории Резерфорда — Эплтона в Великобритании. Она облучала пучком синхротронного излучения сенсор на основе арсенида галлия, компенсированного хромом (HR GaAs:Cr), созданный в ТГУ.
    104
  • 05/09/2017

    Исследователи «научат» макрофаги подавлять прогрессию опухоли

    ​Ученые ТГУ и Томского НИМЦ в кооперации с коллегами из Гейдельбергского университета и Латвийского биомедицинского исследовательского центра разрабатывают принципиально новый подход к лечению онкологических заболеваний.
    1173
  • 13/09/2018

    Физики научились следить за пучками частиц, не замедляя их

    ​Международный коллектив ученых, в который вошли исследователи из Томского политехнического университета, добился прямого наблюдения так называемого дифракционного излучения Вавилова — Черенкова в видимом диапазоне.
    543
  • 11/04/2017

    Томские ученые в ЦЕРНе сузили зону поиска частицы-посредника между видимой и невидимой Вселенной

    ​Ученым Физико-технического института Томского политехнического университета и их коллегам из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) за год удалось примерно на 25% сузить зону поиска темного фотона — частицы-посредника между видимым миром и темной материей — невидимой частью нашей Вселенной, влияющей на движение звезд и галактик.
    1383
  • 31/05/2018

    ​Ученые ТПУ улучшат разрешение оптических микроскопов

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Бангорского университета (Великобритания) предложили способ улучшить разрешение оптических микроскопов, работающих в режиме «на отражение», то есть способных визуализировать материалы, не пропускающие свет.
    554
  • 29/06/2018

    Как ученые ТПУ помогают искать жизнь во Вселенной

    ​Исследование межзвездной среды, поиск экзопланет, изучение Солнечной системы - все это происходит в основном в лабораториях, где обрабатываются данные с межпланетных космических станций или мощных телескопов.
    673
  • 08/05/2019

    Ученые ТПУ и Италии исследуют новые композитные материалы на основе сахарного тростника

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Италии, Канады и Германии изучили теплофизические характеристики образцов новых композиционных материалов из органических волокон на основе сахарного тростника.
    460
  • 12/10/2016

    Томские ученые испытывают новые стекла для космических спутников

    ​Сотрудники НИИ ПММ ТГУ проводят испытания покрытий, созданных для защиты иллюминаторов, линз и зеркал космических аппаратов от эрозии. При помощи легкогазовой баллистической установки экспериментальные образцы обстреливают микрочастицами порошка железа со скоростью 5-8 километров в секунду.
    2173
  • 25/10/2016

    Томский аспирант улучшит диагностику мощнейшего в мире синхротрона

    ​Аспирант Физико-технического института Томского политеха Артем Новокшонов вместе с учеными Научной Лаборатории DESY (Германия) работает над улучшением и тестированием новых методик диагностики электронного пучка синхротрона PETRA III - одного из мощнейших источников синхротронного и рентгеновского излучения в мире.
    1666