Российские исследователи из Томского политехнического университета разрабатывают сцинтилляционные детекторы для одной из установок мегасайенс-проекта гамма-обсерватории TAIGA — TAIGA-Muon. Ученые также создали испытательный стенд, который поможет откалибровать сцинтилляционные модули установки. В будущем это поможет исследовать природу происхождения и массовый состав космических лучей и решить другие задачи современной астрофизики. Об этом сообщает пресс-служба Томского политеха.
Гамма-обсерватория TAIGA (Tunka Advanced Instrument for cosmic ray and Gamma Astronomy) — это мегасайенс-проект, суть которого заключается в создании на территории Тункинского астрофизического центра коллективного пользования ИГУ крупнейшей гамма-обсерватории. Она будет регистрировать частицы сверхвысоких энергий, приходящих из Вселенной, а полученные результаты помогут решить фундаментальные задачи астрофизики.
Новая установка TAIGA-Muon поможет ученым проводить исследования массового состава космических лучей с энергиями выше 1016 эВ и подавления адронного фона при регистрации высокоэнергетического гамма-излучения. Площадь нового детектора составит около 2000 м2.
«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 старший научный сотрудник лаборатории № 33 ядерного реактора ТПУ Геннадий Дудкин.
Сейчас развернуто всего три кластера установки TAIGA-Muon. В каждом из этих кластеров есть восемь наземных сцинтилляционных детекторов для регистрации всех заряженных частиц широкого атмосферного ливня. Еще восемь подземных детекторов на глубине 1,7 метра регистрируют мюонную компоненту.
Исследователи из Томского политеха разрабатывают новую конструкцию сцинтилляционного детектора с использованием спектросмещающих волокон (WLS) и кремниевых светоприемников (SiPM). Эти устройства обеспечат 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, принципиальной является разработка корпуса для детектора, исходя из того, что он должен работать "за окном"», — рассказал Геннадий Дудкин.
Толщина детекторов, которые разрабатывают ученые 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 политехническом университете запустится мелкосерийное производство таких детекторов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
