Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического университета занимаются разработкой сцинтилляционных детекторов для одной из установок мегасайенс-проекта гамма-обсерватории TAIGA, а именно — TAIGA-Muon.

Кроме того, они разработали испытательный стенд для калибровки сцинтилляционных модулей этой установки. Это позволит в будущем изучить происхождение и массовый состав космических лучей, а также решить другие актуальные задачи в области астрофизики.

Гамма-обсерватория TAIGA (Tunka Advanced Instrument for cosmic ray and Gamma Astronomy) — это проект мегасайенс, в рамках которого строится крупнейшая гамма-обсерватория на территории Тункинского астрофизического центра. Она предназначена для регистрации частиц сверхвысоких энергий, поступающих из космоса, и полученные результаты помогут решить ряд фундаментальных задач астрофизики элементарных частиц и гамма-астрономии.

Процесс создания гамма-обсерватории способствует отработке новых технологий и решению задач наносекундной электроники, многопроцессорных систем сбора данных и других. Проект реализуется при участии международных коллабораций, основной из которых является НИИ прикладной физики ИГУ. В 2023 году Томский политехнический университет присоединился к исследованиям в рамках проекта TAIGA.

В Тункинской долине находится в разработке новая установка TAIGA-Muon, которая позволит проводить исследования массового состава космических лучей с энергиями выше 1016 эВ и подавления адронного фона при регистрации высокоэнергетического гамма-излучения. Эта установка значительно приблизит к человечеству ответы на вопросы о происхождении космических лучей таких огромных энергий и механизмах их распространения во Вселенной, что является одной из важнейших задач современной астрофизики.

Предполагается, что площадь нового детектора составит около двух тысяч квадратных метров. В рамках проекта ученые Томского политехнического университета занимаются созданием сцинтилляционных детекторов с использованием спектросмещающих волокон (WLS) и кремниевых светоприемников (SiPM).

Эти устройства должны обеспечивать высокую однородность светосбора и точность определения времени прихода частицы.

На данный момент развернуто три кластера установки TAIGA-Muon. Каждый из них содержит восемь наземных сцинтилляционных детекторов для регистрации заряженных частиц широкого атмосферного ливня и восемь подземных детекторов на глубине 1,7 м для регистрации мюонной компоненты.

Ученые разработали три варианта сцинтилляционных детекторов, однако подчеркивают необходимость выбора оптимального варианта с учетом сопоставления параметров и цен.

Основные характеристики детекторов:

• толщина от 27 до 30 миллиметров,
• габариты от 500 мм до 1000 мм,
• вес сцинтилляционной пластины может составлять до 36 килограммов,
• вес детектора — до 52 килограммов.

В дальнейшем в университете планируется запустить серийное производство таких детекторов.

Кроме того, создан стенд для проверки характеристик детекторов. Он предназначен для измерения однородности амплитудного отклика и диапазона линейности амплитуды.

22.01.2024