​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

  • 10/12/2020

    Томские ученые модифицируют покрытия для имплантов с помощью ксенона

    ​​​Научная коллаборация Томского политехнического университета (ТПУ), Сибирского государственного медуниверситета (СибГМУ) и Балтийского федерального университета разработала технологию нанесения кальций-фосфатных покрытий на медицинские импланты в газовой среде; исследование показало, что использование ксенона делает покрытия более долговечными, сообщает 9 декабря пресс-служба ТПУ.
    653
  • 18/12/2020

    Ученые Томска и Британии моделируют свойства новых наноматериалов

    ​​Сотрудники кафедры квантовой электроники и фотоники РФФ ТГУ и Университета Лафборо (Великобритания) ведут совместные исследования по фундаментальной теме «Рост мультислоев GeSiSn/Si, квантовых точек и топологических изоляторов».
    719
  • 20/01/2020

    Эксперименты со звуком: впервые сформирован акустический крючок

    Физики Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с испанскими коллегами впервые сформировали из звуковой волны акустический крючок, с помощью которого можно ускорить развитие биомедицины и разработать новые синтетические материалы.
    688
  • 29/12/2020

    Наталья Гусева: «2020 год потребовал самоотверженности и готовности к переменам»

    ​Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Наталья Гусева поделилась результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказала о целях и задачах на будущий год.​   Уходящий год стал точкой отсчета новой реальности для всего мира, и, чтобы в нее «встроиться», нам пришлось многое пересмотреть и изменить в своей деятельности.
    1697
  • 06/04/2021

    В России разрабатывают гибрид ядерного и термоядерного реакторов

     Термоядерный компонент уникального гибридного реактора создали и испытали специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с другими российскими учеными. Разрабатываемая система, по словам авторов, объединит преимущества реакторов разных типов и будет отличаться безопасностью, экономностью и компактностью.
    637
  • 23/06/2021

    Аспиранты ТПУ будут заниматься исследованиями в вузах Европы по стипендии президента РФ

    Министерство науки и высшего образования РФ подвело итоги конкурса на стипендию президента РФ для обучения за рубежом на 2021-2022 учебный год. Его победителями стали 40 студентов и 60 аспирантов, в дальнейшем они смогут пройти обучение в ведущих университетах мира.
    1172
  • 17/03/2021

    «Начинку» датчиков для беспилотников и высокочувствительный прибор для измерения разности напряжений разработали в ТПУ аспиранты из Вьетнама

    Электронные компоненты датчиков для автономной навигации беспилотников и высокочувствительный прибор для измерения разности напряжений разработали в Томском политехническом университете молодые ученые из Вьетнама Ло Ван Хао и Буй Дык Бьен.
    547
  • 15/03/2021

    Новый метод оценки спектральных характеристик молекул

    Аспирантка Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политехнического университета Анастасия Белова работает над исследованием фундаментальной темы по получению новой физической информации о структуре и внутренних свойствах молекул с помощью метода парциальных давлений.
    489
  • 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.
    1976
  • 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.
    2294