Совместная лаборатория «Астрофизика и физика космических лучей», объединяющая ученых Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова и Института ядерных исследований Российской академии наук, изучает возможности использования 3D-печати для изготовления компонентов детекторов, применяемых в экспериментах по безнейтринному двойному бета-распаду.
Аддитивные технологии предоставляют новые перспективы в создании компонентов для научных экспериментов, где критически важен минимальный уровень фонового излучения. 3D-печать позволяет исключить механическую обработку деталей, что препятствует возможному загрязнению элементов в процессе их изготовления. Это не только сокращает время производства, но и снижает число этапов очистки деталей перед установкой детекторов. Современные 3D-принтеры – это компактные устройства, которые могут быть установлены в чистых помещениях с соблюдением всех необходимых условий, включая строгий контроль доступа. Использование специализированного принтера, предназначенного только для изготовления деталей конкретного эксперимента, позволяет свести к минимуму вероятность загрязнения на этапе производства.
«Использование 3D-печати в экспериментах по поиску безнейтринного двойного бета-распада представляется многообещающим подходом, как отмечает кандидат физико-математических наук, ученый секретарь ИЯИ РАН, старший научный сотрудник совместной лаборатории КБГУ и ИЯИ РАН Анна Вересникова. Ключевым достоинством данной технологии является возможность изготовления конструкционных элементов любой допустимой сложности, сохраняя при этом требуемую механическую прочность. Кроме того, 3D-печать позволяет создавать детали с минимальным расходом материала и высокой радиационной чистотой, что является важнейшим условием для проведения наших экспериментов».
Внимание исследователей привлечено к использованию PETG-пластиков, характеризующихся крайне низким содержанием радиоактивных примесей – этот показатель даже ниже, чем у оптического кварца, доступного на рынке. PETG – это модифицированный полиэтилентерефталат (PET), в структуру которого добавлен гликоль. Данный материал объединяет высокую прочность и гибкость с устойчивостью к расслоению и деформациям при печати, а также отличается превосходной стойкостью к воздействию растворителей и ультрафиолетового излучения.
Используя особые характеристики PETG-пластика, ученые создали экспериментальную сцинтилляционную ячейку небольшого размера, изготовленную из белого PETG. В процессе работы основное внимание было уделено трем важным аспектам: изучению устойчивости материала к воздействию растворителя ЛАБ, который будет использоваться в качестве основы для будущего сцинтиллятора; оценке способности стенок ячейки к отражению сцинтилляционного света; а также возможности создания элементов со сложной геометрией.
В рамках исследований был разработан и успешно испытан прототип сцинтилляционного детектора, корпус которого создан с использованием 3D-печати. Тестирование с радиоактивными источниками 137Cs и 60Co, а также длительные измерения фонового излучения, продемонстрировали стабильность работы устройства и его соответствие жестким требованиям, предъявляемым к низкофоновым экспериментам.
Предложенная технология расширяет возможности не только для изучения безнейтринного двойного бета-распада, но и для других областей ядерной физики, где необходимы детекторы с высочайшим уровнем радиационной чистоты.
Пресс-служба КБГУ предоставила информацию и фотографии