Инновационная время-проекционная камера активно используется в физике элементарных частиц, включая перспективные исследования темной материи. Успешные испытания детектора ионов на базе ВПК открывают путь к созданию первого компактного отечественного ускорительного масс-спектрометра, который станет важным шагом в развитии современных технологий!
Специалисты Центра коллективного пользования «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ—ННЦ» первыми в мире провели уникальный эксперимент. Они установили детектор ионов с ВПК низкого давления на спектрометр MICADAS, добившись впечатляющих результатов. Новое устройство заменило стандартную ионизационную камеру, отвечающую за подсчет частиц углерода-14 для точного определения возраста образцов.
В текущем году революционная разработка была интегрирована в отечественный масс-спектрометр, созданный совместно с ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН. После успешных тестов с пучками ионов С-14 энергией 4 МэВ и 0,4 МэВ команда ученых приступила к проектированию компактной версии камеры. Ее планируют использовать в прототипе универсального низковольтного спектрометра в рамках программы «Приоритет-2030».
Как работает новая технология?
В основе метода лежит регистрация пробега тяжелых ионов в газовой среде. Частицы проникают через тонкую мембрану, оставляя за собой трек ионизированных атомов и электронов. Под воздействием электрического поля электроны движутся к усилителю, где преобразуются в цифровой сигнал. Временной интервал их сбора позволяет точно определить длину пути иона, обеспечивая высокую точность измерений.
Перспективы для науки и технологий
«Ранние версии ВПК позволяли различать ионы бериллия-10 и бора-10 благодаря разнице в заряде ядра, — делится директор ЦКП Екатерина Пархомчук. — Теперь же анализ долгоживущего изотопа Be-10 с периодом полураспада 1,39 млн лет откроет новые возможности в датировке геологических объектов».
Особый интерес представляет сравнение с масс-спектрометром MICADAS, который фокусируется исключительно на детекции углерода-14. Инженер ЦКП Алексей Петрожицкий подчеркивает: «Замена ионизационной камеры на ВПК исключает риски, связанные с устаревшей электроникой. Газовый анализатор обеспечивает лучший сигнал и устойчивую работу даже в сложных условиях».
Преимущества новинки очевидны: улучшенное соотношение сигнал/шум, стабильность работы и минимальная зависимость от внешних факторов. Эти качества выводят отечественное приборостроение на новый уровень, укрепляя лидерские позиции России в области ядерных исследований!
Успешные испытания нового детектора для масс-спектрометрии
— В основе нашего детектора лежит газовый электронный умножитель, который не только усиливает сигнал, но и упрощает конструкцию системы сбора данных. Наша время-проекционная камера демонстрирует превосходное соотношение сигнала и шума, а её производство и обслуживание не требуют сложных решений, — поделился представитель исследовательской группы Центра коллективного пользования.
— Перед нами стояла амбициозная задача: проверить, способна ли ВПК в качестве детектора работать с ионами С-14 энергией 0,4 МэВ. Результаты превзошли ожидания! Теперь мы уверены, что наша разработка станет ключевым элементом первого отечественного низковольтного УМС. Сейчас активная фаза экспериментов сосредоточена на тестировании детектора, где установка MICADAS служит источником ионных пучков. Это фундаментальный шаг — когда готовый детектор уже фиксирует частицы, это открывает двери для масштабирования проекта и подключения новых специалистов, — отмечают участники проекта.
Испытания камеры проводятся на двух типах образцов: стандарте ANU с современным уровнем С-14 и «бланке» с содержанием изотопа в 500 раз ниже. Минимизация шумов и точная настройка параметров — от давления газа до скорости дрейфа электронов — позволят вывести технологию на рекордную точность измерений.
— Мы получили впечатляющий массив данных, и сейчас анализируем результаты. Важно, что камера стабильно выдаёт чёткие сигналы, значительно превышающие фоновые значения. Это прямой путь к созданию надёжной системы радиоуглеродного анализа, — подчеркнул участник исследовательской команды.
Справка
Ускорительная масс-спектрометрия — революционный метод выявления редких изотопов вплоть до единичных атомов. Технология охватывает десятки научных дисциплин: от датировки древних артефактов до поиска новых лекарств. Например, радиоуглеродный анализ по С-14 позволяет заглянуть на 50 000 лет в прошлое, а изучение изотопа Be-10 расширяет горизонт до 10 миллионов лет!
Сегодня в распоряжении учёных — две уникальные установки. Первая, созданная отечественными специалистами более десяти лет назад, и швейцарский MICADAS, приобретённый в 2019 году. Сейчас ведётся разработка гибридного УМС нового поколения, который объединит лучшие черты обеих систем. Пятилетний проект реализуется при поддержке программы технологического лидерства.
Источник: scientificrussia.ru
