Ведущие научные сотрудники Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова совместно с коллегами из Института ядерных исследований РАН продвигают инновационное направление в физике – создание компонентов для нейтринных детекторов методом 3D-печати. Это открывает поистине уникальные возможности для развития фундаментальных исследований, связанных с поисками безнейтринного двойного бета-распада.
Передовые технологии для научной революции
В последние годы аддитивные технологии, в частности, 3D-печать, сделали революционный прорыв в производстве сложнейших деталей, необходимых для проведения лабораторных экспериментов в условиях максимально низкого радиационного фона. Благодаря 3D-принтерам исследователи могут изготавливать элементы нестандартной формы из современных материалов, минуя стадии классической механической обработки. Этот подход позволяет существенно снизить риск нежелательных примесей и упростить технологическую цепочку подготовки образцов.
К тому же современные принтеры легко интегрируются в лабораторные условия с повышенными требованиями к чистоте. Благодаря организации производства в «чистых комнатах» и ограниченному набору используемых материалов достигается исключительный уровень радиационной чистоты каждого компонента. Для отдельных экспериментов возможно создание индивидуального парка оборудования, что практически полностью исключает вероятность дополнительного загрязнения изделий еще на этапе производства.
Новая эра в проектировании детекторов
Специалисты лаборатории «Астрофизика и физика космических лучей» уделяют особое внимание развитию аддитивных методов при подготовке уникальных по форме и структуре деталей для передовых детекторов частиц. По словам Анны Вересниковой, кандидата физико-математических наук и старшего научного сотрудника КБГУ и ИЯИ РАН, современные возможности 3D-печати позволяют проектировать элементы невероятной сложности, обеспечивая одновременно нужную механическую прочность и минимальный объем материала. Это важно для физических экспериментов последнего поколения, где даже мельчайшие примеси способны исказить результаты.
Высокий уровень радиационной чистоты изделий, произведённых на 3D-принтере, также способствует повышению эффективности и надежности всех последующих исследований, делая результат работы ученых максимально точным и достоверным.
PETG — материал будущего для науки и инноваций
Наибольший интерес у физиков вызывают передовые материалы на основе PETG — полиэтилентерефталата с добавлением гликоля. Этот пластик сочетает в себе исключительную механическую прочность, гибкость, стабильность размеров и устойчивость к внешнему воздействию, что делает его почти идеальным для задач, связанных с конструированием чувствительной лабораторной аппаратуры.
Ярким преимуществом PETG признано также его рекордно низкое содержание радиоактивных примесей: в ряде случаев данный параметр ниже, чем у оптического кварца, традиционно применяемого в аналогичных установках. Плюс устойчивость к большинству растворителей и ультрафиолету позволяет смело применять PETG в целях, где необходима продолжительная стабильность материала и его поверхности.
Первые испытания: инновационный прототип детектора
Исследовательская команда, опираясь на уникальные свойства PETG, разработала и собрала экспериментальную сцинтилляционную ячейку сложной геометрии, напечатанную из белого PETG. При создании прототипа особое внимание уделялось нескольким основным критериям: проверялась устойчивость материала к действию LAB — ключевого растворителя для сцинтилляторов, а также анализировалась эффективность внутреннего отражения света от стенок ячейки и возможность печати элементов самой замысловатой конфигурации.
В результате комплекса лабораторных испытаний, включающих работу с радиоактивными источниками цезия-137 и кобальта-60, а также длительный мониторинг фона, специалисты подтвердили эффективную работу напечатанного на 3D-принтере детектора. Все параметры устойчивости и чистоты опыта соответствовали жестким стандартам для низкофоновых физических исследований.
Широкие перспективы и новые горизонты для фундаментальной науки
Успешная реализация технологии открывает путь сразу к нескольким важным направлениям в ядерно-физических экспериментах. Теперь появляется возможность массового и качественного изготовления детекторов как для поиска безнейтринного двойного бета-распада, так и для других задач фундаментальной науки, где требуются чувствительные и чистые измерительные системы.
Комбинированный опыт Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова, Института ядерных исследований РАН и инициативной команды под руководством Анны Вересниковой свидетельствует о высоком научном потенциале российской школы физиков. Научное сообщество с оптимизмом смотрит на перспективы дальнейшего развития этого направления – использование современных материалов и 3D-технологий способно не только ускорить создание уникального оборудования, но и повысить уровень достоверности физического эксперимента на мировом уровне.
Новые решения для будущего поколений ученых
Разработанная методика станет опорой для всех будущих поколений инженеров и физиков, которым предстоит решать самые сложные задачи современной науки, расширяя горизонты известных нам законов природы. Интеграция 3D-печати с высокотехнологичными материалами открывает дорогу глобальным инновациям, способным продвинуть российскую науку на новые недосягаемые ранее высоты.
Эти достижения ярко иллюстрируют, насколько важно соединение передовых подходов, свежих идей и смелых научных инициатив для успешного движения вперед — в будущее, полное открытий и побед науке.
Источник: scientificrussia.ru
