Сотрудники ИЯФ исследовали радиационную стойкость оптоволокна

Первый эксперимент по исследованию радиационного старения материалов на установке для бор-нейтронозахватной терапии онкологических заболеваний (БНЗТ) провели специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирского государственного университета (НГУ).

Режим генерации быстрых нейтронов, который применили ученые, открывает новые возможности по исследованию радиационной стойкости материалов для крупных проектов в физике элементарных частиц и установок для термоядерного синтеза. В частности, это будет востребовано при модернизации Большого адронного коллайдера (БАК) в ЦЕРН.

– В данный момент идет подготовка к масштабной модернизации БАК, направленной на увеличение его светимости и энергии. Для работы с высокой светимостью модернизируются все четыре детектора, работающие на этом коллайдере. Поскольку светимость установки и энергия протон-протонных пучков увеличатся, возрастет и радиационная нагрузка на системы детекторов. Это требует проверки радиационной стойкости материалов, из которых изготовлено как уже используемое оборудование, так и новое, предназначенное для модернизации, – рассказывают в пресс-службе ИЯФ СО РАН.

– Нашей целью было проверить, как материалы ведут себя под воздействием больших потоков нейтронного излучения — до 1014 neq/cm2. Например, в лазерной калибровке детектора CMS используется оптоволокно для передачи света от кристаллов к фотонным детекторам. Радиационная стойкость оптоволокна к нейтронному излучению является одним из критических параметров при модернизации системы лазерной калибровки детектора CMS для работы на модернизированном коллайдере. Эта задача, как оказалось, может быть очень хорошо решена в Институте ядерной физики. Мы проверили на установке БНЗТ, как меняется прозрачность оптоволокна в результате облучения быстрыми нейтронами, — рассказал старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, заведующий лабораторией НГУ кандидат физико-математических наук Юрий Сковпень.

Для генерации мощного потока быстрых нейтронов команда БНЗТ предложила  использовать действующий ускорительный источник нейтронов, заменив водородный пучок дейтериевым, и внутри радиационно защищенного зала соорудить дополнительный бункер из бетонных блоков с карбидом бора. Так было положено начало эксперименту, который длился ровно месяц.

Результаты получились хорошими для исследуемых образцов оптоволокна, считают исследователи. Прозрачность, способность передавать свет под воздействием излучения уменьшилась на 20 % при облучении потоком нейтронов 1014 neq/cm2, это довольно высокий показатель качества материала.

– Особенностью работы является то, что мы могли измерять прозрачность оптоволокна в процессе набора необходимой интегральной дозы и тем самым изучать процесс старения в зависимости от величины набранной дозы... Мы впервые продемонстрировали, что можем работать с такими дозами на ускорительном источнике нейтронов. Это уникальный инструмент для исследования радиационной стойкости материалов, – подчеркнул Юрий Сковпень.

Работа проводилась силами научно-исследовательских групп из ИЯФ СО РАН и НГУ, а также группы из Центра ядерных исследований Сакле (Франция), которая предоставила образцы оптоволокна и оборудование для измерения его прозрачности. Помимо оптоволокна, были облучены также полупроводниковые ФЭУ и dc-dc конвертеры другого детектора БАК, алмазный детектор нейтронов и пластины из карбида бора для Международного термоядерного реактора ИТЭР, неодимовые магниты для мощного линака Института теоретической и экспериментальной физики (Москва), газовые сенсоры на основе фталоцианинов титанила для НГУ.

Работа проводилась в рамках подписанного между РФ и ЦЕРН Соглашения и в рамках Соглашения о сотрудничестве между НГУ и коллаборацией CMS. Инициировала эксперимент лаборатория НГУ, ее поддержала группа из Сакле, которая тоже состоит в коллаборации.

– Для облучения элементов системы лазерной калибровки электромагнитного калориметра команда БНЗТ наладила режим генерации быстрых нейтронов ускорителя, что стало нетривиальной научно-технической задачей, – прокомментировал заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН и декан ФФ НГУ Владимир Блинов. – Результаты совместных экспериментов ИЯФ и НГУ высоко оценены руководством группы электромагнитного калориметра детектора CMS и руководством коллаборации. Также радует, что в результате сотрудничества университета и ИЯФ создана уникальная научная инфраструктура, которая будет широко востребована при реализации проекта Супер С-тау фабрики и в других направлениях, например, радиационных тестах в термоядерном синтезе.

Фото предоставлено пресс-службой ИЯФ СО РАН