В Томске изготовят новый детектор для Большого адронного коллайдера

Ученые колледжа Роял Холлоуэй Лондонского университета предложили использовать алмазные пленки, выращенные в Томском политехнической университете, для создания датчиков для Большого адронного коллайдера (БАК). Новые датчики на основе алмазных пленок сделают данные экспериментов на БАК более точными, так как пленки высокопрочные, обладают быстрой реакцией на попадание заряженных частиц и имеют высокую радиационную стойкость.

В настоящее время ученые Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) работают над модернизацией БАК, после которой можно будет продолжить эксперименты, предполагающие увеличение интенсивности протонного пучка в десятки раз. Современное оборудование, как предполагается, возросшей нагрузки не выдержит. Поэтому ученые из Роял Холлоуэй предлагают создать сверхбыстрые и радиационно стойкие детекторы на основе тонких алмазных пленок, которые могли бы справиться с повышенной нагрузкой. Для продолжения экспериментов ученым ЦЕРНа нужны специальные детекторы, которые дают быстрый отклик и быстро восстанавливаются. Также информация о столкновении частиц, поступающая от детекторов, должна быть правильно расшифрована исследователями. В настоящее время ученым не всегда удается верно понять информацию с детекторов, поскольку в ЦЕРНе используются алмазные датчики из монокристаллов, то есть цельных, природных, кристаллов алмаза, которые трудно получить, и качество которых из-за большого количества примесей трудно гарантировать. Выращивание искусственных моноалмазов тоже не выход, так как данная технология требует больших временных затрат. Оптимальным вариантом является поликристаллическая пленка, которую можно изготовить любой требуемой формы и размера.

Технологию получения тонких поликристаллических алмазных пленок разрабатывают ученые Института физики высоких технологий ТПУ. Для синтеза алмазных пленок используется так называемый метод горячей нити, суть которого  в термическом разложении газовой смеси метана и водорода при помощи вольфрамовой нити, разогретой до температуры свыше 2000 градусов Цельсия. В настоящее время ученые из ТПУ работают над созданием поликристаллических пленок определенного качества, которые не накапливают на границах своих зерен неалмазные фазы углерода и не искажают данные детектора.

Детекторы на основе поликристаллических алмазных пленок сегодня изготавливаются только в научных целях, но технология еще не доведена до нужного уровня. Исследователи ТПУ надеются стать первыми, кто создаст поликристаллическую алмазную пленку требуемого качества и предложит технологию ЦЕРНу.

Алмаз является хорошим детектором заряженных частиц, к тому же он способен работать в экстремальных условиях. Радиационная стойкость алмаза защищает датчик на его основе от повреждений под воздействием частиц самой высокой энергии. Теоретически, алмазные датчики могут надежно регистрировать поток заряженных частиц, движущихся с околосветовой скоростью.