Новосибирские ученые сконструировали испытательный стенд для установки терапии рака

Ученые НГУ совместно с коллегами из Института ядерной физики имени Г.К. Будкера СО РАН создали стенд для исследований радиационного старения полупроводниковых фотодетекторов. Стенд предназначен для работы на установке бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ), которая находится в ИЯФ СО РАН. После интеграции стенда в установку её возможности значительно расширятся.

Стенд предназначен для исследования радиационного старения ТФЭУ. Первые испытания стенда были проведены в ноябре прошлого года. «Под воздействием радиации, — в нашем случае это быстрые нейтроны, — происходит разрушение материала. Фактически нейтроны разрушают структуру связей в полупроводнике (как правило это кремний), из которого сделаны ТФЭУ. С другой стороны внутри какого-либо детектора, работающего на своем коллайдере, в процессе столкновения встречных пучков частиц тоже образуются нейтроны, и, значит, наряду с «полезными» частицами, для регистрации которых используются ТФЭУ, происходит их радиационное старение. В итоге образуются свободные носители заряда, формирующие темновой ток, и ТФЭУ в какой-то момент просто перестает работать. Поэтому, необходимо знать допустимый уровень радиации, при котором можно их использовать. В то же время задача физиков — сделать детекторы такими, чтобы их системы эффективно регистрировали частицы и при этом как можно меньше были подвержены пагубному воздействию радиационного облучения, — рассказал ведущий инженер межфакультетской группы перспективных разработок кафедры общей физики Физического факультета НГУ, старший научный сотрудник Института ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН Виктор Бобровников.

В 2022 году ученые НГУ и ИЯФ СО РАН в течение месяца на установке БНЗТ исследовали влияние радиации на оптическую прозрачность волокна. Исследования показали, что прозрачность волокна деградирует на 25-30 процентов при дозе, соответствующей трем годам работы CMS на эксперимент. Команда калибровки калориметра CMS была полностью удовлетворена полученному результату. В этом эксперименте исследователи использовали оборудование и методику проведения измерений, предложенную зарубежными коллегами. Полученный опыт был использован при создании нашего стенда для исследования ТФЭУ.

Стенд для исследований ТФЭУ состоит из трех основных элементов. Первый — это система распределения света от источника (лазера) до исследуемых ТФЭУ. Она необходима, потому что все оборудование должно располагаться в защищенной от радиации области (пультовой) для предотвращения порчи оборудования, в то время как ТФЭУ находятся непосредственно под воздействием радиации. Второй элемент — камера тепла и холода. Иногда ее называют «климатическая камера». Она позволяет задать определенную температуру для ТФЭУ от -20 до +55 градусов. Температура в данном случае является важным параметром, так как от нее зависит уже упомянутый ранее темновой ток ТФЭУ (или шум). Если этот шум достаточно велик, он может полностью заглушить полезный сигнал ТФЭУ. Также «климатическая камера» необходима исследователям потому, что температура окружающей среды достаточно нестабильна, а для повторяемости экспериментов, чтобы исследовать отклик ТФЭУ, необходимо работать в одном температурном режиме в строго одинаковых условиях. К тому же исследователям интересно проводить исследования за пределами комнатной температуры, чтобы лучше понимать возможности ТФЭУ. Третьей важной составной частью стенда является система сбора данных. Она нужна для оцифровки и последующей записи сигналов с исследуемых ТФЭУ, параметров лазера, параметров микроклимата в локации ТФЭУ, сигналов с датчиков, измеряющих стабильность лазерного источника и прозрачность оптического волокна и так далее.