В Томске начнут серийный выпуск детекторов высокомощных космических лучей
Технологии

В Томске начнут серийный выпуск детекторов высокомощных космических лучей

22 января 2024 года, 09:21

Томский политехнический институт готов запустить в малосерийное производство новейшие детекторы, которые сделают возможным определение природы, мест происхождения и энергетических характеристик космического излучения. Устройства станут частью новой гамма-обсерватории в рамках эксперимента TAIGA, ав перспективе могут пойти и в крупную серию.

Тункинский передовой комплекс для изучения космических лучей и гамма-астрономии (Tunka Advanced Instrument for cosmic rays and Gamma Astronomy, TAIGA) — один из крупнейших проектов по наблюдению за космосом, реализованных в России. На месте четырех детекторов, работавших в Тункинской долине (недалеко от озера Байкал) в 1995 году, теперь стоят сотни. Но огромная обсерватория продолжает развиваться, и вскоре получит новую исследовательскую установку.

Комплекс, строящийся посреди тайги, получил название TAIGA-Muon. С его помощью астрономы будут проводить исследования массового состава космических лучей с колоссальными энергиями — выше 1016 эВ. Кроме того, станет возможным подавление адронного фона при регистрации высокомощного гамма-излучения. Это особенно важно с учетом того, что происхождение таких лучей пока остается загадкой.

В настоящее время развернуто всего три небольших кластера TAIGA-Muon, но после окончания строительства площадь новой установки составит около 2 тыс. кв. м. Каждый кластер будет иметь восемь наземных сцинтилляционных детекторов (для поиска всех заряженных частиц широкого атмосферного ливня) и столько же подземных, на глубине 1,7 м, — для регистрации мюонной компоненты.

Томский политех, который отвечает за технологическую «начинку», разработал сразу три варианта таких детекторов. «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"», — отметил старший научный сотрудник лаборатории № 33 ядерного реактора ТПУ Геннадий Дудкин.

В итоге устройства получились довольно компактными: размеры сцинтилляционных пластин составляют 50-100 сантиметров, а толщина — всего 27-30 мм. Общий вес детектора достигает 52 кг (из которых 36 приходятся на пластину). Сотрудники политеха уверены, что мелкосерийное производство удастся наладить уже в ближайшем будущем.

«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», — отметил Дудкин.

После ввода TAIGA-Muon в эксплуатацию станет возможным еще более глубокое изучение гамма-«ливней», обрушивающихся на нашу планету из отдаленных уголков космоса. Возможно, уже скоро ученые из России, а также их коллеги из Италии, Румынии и Германии, участвующие в эксперименте, смогут приблизить человечество к раскрытию одной из древнейших космологических тайн.