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托木斯克国立大学与俄科学院西伯利亚分院核物理研究所的科学家们组装了首个用于SKIF同步辐射光源的探测器

在新西伯利亚附近正在建设“西伯利亚环形光子源(SKIF)共享中心”,这是近几十年来俄罗斯科学界最具规模的项目之一。托木斯克国立大学与俄科学院西伯利亚分院核物理研究所的科学家们为SKIF组装并测试了首个基于半导体的坐标探测器——GINTOS。该探测器能够承受极高能量流。预计全球首个4+代同步辐射光源将在2025年投入使用。

“GINTOS探测器将能够研究材料对脉冲热与机械负荷的反应,”俄科学院西伯利亚分院核物理研究所首席研究员、托木斯克国立大学同步辐射探测器实验室首席研究员、项目负责人列夫·谢赫特曼(Lev Shekhtman)解释道,“这对于理解诸如正在建设中的ITER热核反应堆中,当炽热的等离子体撞击钨壁时将发生的过程至关重要。此外,该探测器还可用于研究冲击波和其他动态过程的传播,时间精度可达微秒级。为解决这些问题,必须使用高速传感器和专用高速电子设备。 

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俄科学院西伯利亚分院核物理研究所首席研究员、托木斯克国立大学学者、项目负责人列夫·谢赫特曼(Lev Shekhtman)

在俄罗斯政府的财政支持下,托木斯克国立大学的无线电物理学家开发了基于镓砷材料的传感器,该材料经过铬补偿处理。这些传感器的拍摄速度可达每秒1000万帧,电子设备则由俄科学院西伯利亚分院核物理研究所的科学家们开发。”

“半导体传感器将光子信号转换为电信号,电子设备则记录该信号并将图像传输到计算机中,”托木斯克国立大学同步辐射探测器实验室负责人、项目团队负责人奥列格·托尔巴诺夫(Oleg Tolbanov)教授解释道,“由于帧数极高,拍摄的结果不是单张图像,而是一部电影。” 

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由奥列格·托尔巴诺夫教授(Oleg Tolbanov)领导的托木斯克国立大学传感器研发团队

研发人员指出,在世界各地的同步辐射装置中,通常使用硅探测器。然而,SKIF的实验将使用更高能量的辐射,而硅在这种情况下效率较低。因此,项目团队选择了经过铬补偿处理的镓砷作为传感器材料。该材料具有更高的抗辐射性能和对X射线的敏感度。 

“基于镓砷的传感器可以处理非常高能量的光子,这使我们能够透视更大体积的物体,”奥列格·托尔巴诺夫(Oleg Tolbanov)指出,“GINTOS是扩展探测器工具箱的第一步,这将有助于解决更多的科研问题。 

 

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用于记录快速动态过程的首款俄罗斯砷化镓探测器

接下来,科学家们还将开发四种其他类型的探测器,供快速过程研究站使用。俄科学院西伯利亚分院核物理研究所的专家计划与托木斯克国立大学的同事密切合作,预计在2024年底前完成这些探测器的研发,快速过程研究站则计划在2025年启动。” 

“X射线探测器是所有同步辐射光源实验站的核心组件,没有它们,任何科研项目都无法进行,”SKIF共享中心科研副主任杨·祖巴维丘斯(Yan Zubavichus)指出,“苏联解体后,俄罗斯丧失了探测器的制造技术,因此这类设备主要依赖进口。目前,俄罗斯迫切需要自主探测器,因此托木斯克国立大学和俄科学院西伯利亚分院核物理研究所科学家的研究成果是一项重大的技术突破。 

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SKIF共享中心科研副主任杨·祖巴维丘斯(Yan Zubavichus

SKIF共享中心的基础设施发展计划包括建设30个实验站,对各种探测系统的需求将非常高。因此,俄罗斯科学家在探测器开发和制造方面的工作前景广阔,并且对保障国家技术主权至关重要。” 

SKIF共享中心是“科学与大学”国家项目的一部分,旨在推动俄罗斯新一代同步辐射源网络的发展。新同步辐射装置的独特性能将使其在化学、物理学、材料科学、生物学、地质学以及人文学科等众多领域进行前沿研究。此外,SKIF还将助力解决创新和工业企业的实际问题。 


研发现场的照片由SKIF共享中心提供。