В Национальном центре исследований редких изотопов (FRIB) при Университете штата Мичиган завершился важный этап развития экспериментальной физики. Ученые успешно провели первые испытания детектора гамма-излучения нового поколения — GRETA (Gamma-Ray Energy Tracking Array). По результатам тестов, установка полностью подтвердила заявленные характеристики и готова к полноценной научной эксплуатации.

Революция в измерении гамма-квантов

Главное отличие системы GRETA от традиционных гамма-спектрометров кроется в принципе работы. Если классические детекторы способны лишь измерить энергию гамма-излучения, то новая установка позволяет определить точное трехмерное положение каждого взаимодействия гамма-кванта внутри детектора. Это дает возможность буквально проследить путь частицы, что кардинально повышает точность измерений.

В основе установки лежат высокочистые германиевые кристаллы с сегментированными электрическими контактами. Когда гамма-квант попадает в детектор, электроника фиксирует возникающие сигналы и вычисляет место взаимодействия с высокой точностью. Благодаря этому исследователи могут гораздо эффективнее отделять полезные данные от фонового шума.

Сложная инженерия и международное сотрудничество

Создание GRETA стало результатом масштабного сотрудничества нескольких национальных лабораторий США. Основные детекторные модули разработали специалисты Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли. Инженеры Аргоннской и Ок-Риджской национальных лабораторий отвечали за вспомогательные системы и программное обеспечение для обработки сигналов.

Во время первых испытаний ученые направили пучок легких атомных ядер на неподвижную мишень. При столкновениях возникали возбужденные ядра, испускавшие гамма-кванты. Этот процесс позволил проверить точность синхронизации и работу всех ключевых систем. Полученные результаты полностью совпали с расчетами.

От фундаментальной науки до медицины

Исследователи рассчитывают, что GRETA поможет лучше понять границы существования атомных ядер, процессы образования тяжелых химических элементов во время взрывов сверхновых и слияний нейтронных звезд, а также проверить ряд фундаментальных физических теорий. Система позволит изучать крайне редкие и короткоживущие атомные ядра, которые раньше было сложно исследовать.

В перспективе результаты, полученные с помощью нового комплекса, могут оказаться полезными не только для фундаментальной науки. Разработчики считают, что технологии, лежащие в основе GRETA, способны найти применение в:

  • Ядерной энергетике;
  • Медицинской диагностике и терапии;
  • Системах радиационного контроля;
  • Обеспечении национальной безопасности.