Кремниевые кристаллы помогут улучшить качество экспериментов на Большом Адронном Коллайдере

Большой адронный коллайдер (БАК) является самым мощным ускорителем частиц из когда-либо построенных людьми. В туннелях БАК лучи протонов разгоняются до околосветовых скоростей и до огромных энергий, а для управления этими лучами используются системы мощнейших магнитов. Но, несмотря на все технические решения, управление пучками высокоэнергетических частиц остается весьма сложным занятием, некоторым из них удается покинуть пределы луча, создавая вокруг него ореол, который мешает проведению тонких экспериментов, увеличивая фоновые шумы, и может вывести из строя чувствительные датчики, магниты и прочее дорогостоящее оборудование.

Для ловли этих «своенравных» частиц физики используют тщательно разработанные устройства, называемые коллиматорами. Эти коллиматоры улавливают отбившиеся от луча частицы и направляют их в специальную мишень, которая поглощает частицы и их энергию.

В конструкции коллиматором может использоваться только небольшой ряд материалов, так как при столкновении частицы и мишени выделяется очень большое количество тепла.

Те коллиматоры, которые сейчас установлены на БАК, изготовлены из углеродистых материалов, имеющим высокую теплопроводность. Но некоторым частицам все-таки удается избежать ловушки коллиматора и они успевают «намотать» несколько сотен кругов по туннелям коллайдера, создавая высокий уровень помех и мешая проведению экспериментов.

Физики из подразделения CERN UA9 разрабатывают новую коллиматорную систему, которая будет построена на базе крошечных кристаллов кремния. Благодаря тому, что структуру этих кремниевых кристаллов можно задать и изготовить с высокой точностью, такие коллиматоры будут захватывать «блуждающие» частицы более эффективно.

А размеры новых устройств будут в 300 раз меньше размеров используемых сейчас углеродных коллиматоров.

Прежде чем приступить к изготовлению новых коллиматоров, физики UA9 должны были выяснить, смогут ли кристаллы кремния без ущерба выдержать высокий уровень радиации и высокую температуру. Они использовали ускоритель протонов CERN Super Proton Synchrotron accelerator, который стрелял протонами с энергией 450 миллиардов электрон-вольт в кремниевые кристаллы и обнаружили, что

такие воздействия и огромные энергии никак не отразились на целостности кристаллов.

Второй проблемой являлась необходимость строго определенной ориентацией оси кристаллов и их граней в зависимости от энергии используемого протонного луча. Ученым удалось «изогнуть» кристаллы под строго определенными углами и установить их на опытном образце кремниевого коллиматора, который будет установлен на БАК во время его скорой остановки на обслуживание и модернизацию.

«Перед нами стояли две сложные технические проблемы, которые нам удалось успешно решить в этом году» – рассказывает Уолтер Скэндэйл (Walter Scandale), сотрудник UA9, в интервью журналу «Symmetry Magazine». – «Мы надеемся, что очередной пуск коллайдера, запланированный на 2014 год, пройдет успешно, и наше новое устройство сделает его еще более точным научным инструментом в руках человечества».

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (4 votes)
Источник(и):

1. Discovery News

2. dailytechinfo.org