Радиофизики ТГУ улучшили сенсоры для Большого адронного коллайдера
20 Апреля 2017

Студенты-радиофизики оптимизируют технологию производства сенсоров рентгеновского излучения на основе арсенида галлия, компенсированного хромом, которые используются при работе Большого адронного коллайдера в CERN. Этот проект стал лучшим на всероссийском конкурсе научно-технического творчества молодежи НТТМ-2017 в номинации «Новые материалы и химические технологии».

В команду студентов вошли Лейла Шаймерденова, Иван Щербаков и Ирина Колесникова. Они работают под руководством профессора ТГУ Олега Толбанова в лаборатории функциональной электроники. Технология компенсации арсенида галлия хромом – это уникальная разработка ТГУ.

– Мощности источников рентгеновского излучения растут, поэтому ужесточаются и требования к эффективности регистрации и стойкости детекторов, а также способности работать при высокой интенсивности ионизирующего излучения. Поэтому важно разрабатывать сенсоры, соответствующие таким потребностям, – говорит Лейла Шаймерденова.

Студенты РФФ ТГУ

Сегодня в основном создаются детекторы ионизирующего излучения на основе кремния и теллурида кадмия. Однако кремний не способен работать при больших интенсивностях излучения, а сенсоры на основе теллурида кадмия менее эффективные и более дорогие.

– Наши сенсоры на основе арсенида галлия, компенсированного хромом, регистрируют каждый квант в отдельности и распределяют информацию по энергии и координатам, – говорит Лейла. – Поэтому можно получить цветное изображение объектов различной плотности. К примеру, в медицине это изображение костей, мягких тканей и кровеносных сосудов.

Студенты оптимизируют процесс создания сенсоров, для этого они провели ряд экспериментов по определению основных параметров: эффективности сбора заряда, удельного электрического сопротивления, уровня темнового тока, распределения напряженности электрического поля. В результате удалось определить параметры для оптимизации технологии.

Сенсоры на основе арсенида галлия можно применять в медицине, системах досмотра грузов в аэропортах, вокзалах, на транспортных магистралях, а также в исследованиях в области физики высоких энергий. На данный момент проводятся эксперименты по воссозданию «большого взрыва» (проект ATLAS), способствующего образованию Вселенной. Регистрация данного явления осуществляется при помощи томских детекторов на основе арсенида галлия, компенсированного хромом.

В 2016 году ТГУ стал первым за 24 года новым участником из России с правом голоса крупнейшего проекта в CERN. Университет также действительный член коллаборации ATLAS на Большом адронном коллайдере (БАК).
Радиационно-стойкие детекторы ТГУ установлены на БАК, они на порядок устойчивее предыдущих. Детекторы используются для эксперимента ATLAS, цель которого – поиск сверхтяжелых элементарных частиц, таких как бозон Хиггса.
На данный момент томские детекторы используются также в канале коллайдера для измерения радиационного фона. Однако в будущем они, возможно, будут детектировать все вторичные частицы, которые доходят до них, передавая данные на аппаратуру CERN.