Российские ученые создали детектор для изучения природы солнечных вспышек

ТАСС, 5 октября. Российские ученые разработали прототип детектора, который может улавливать основную часть потока высокоэнергетичных частиц от Солнца. С помощью этого прибора можно будет улучшить защиту кораблей и космонавтов от радиации, а также подробнее изучить природу солнечных вспышек, пишет пресс-служба МФТИ. Статью с описанием разработки опубликовал Journal of Instrumentation.

"Наш прибор показал отличные результаты в лабораторных тестах. Дальше мы планируем разработать новую электронику, пригодную для работы детекторов в космосе. Кроме того, конструкция детектора будет адаптирована к требованиям космического корабля, мы улучшим массогабаритные характеристики и добавим боковое экранирование", – рассказал один из исследователей, сотрудник МФТИ Егор Стадничук.

В активных областях солнечной атмосферы энергия постоянно преобразуется из одного вида в другой. Из-за этого появляются потоки частиц или солнечных космических лучей с энергиями от десятков килоэлектронвольт (кэВ) до нескольких гигаэлектронвольт (ГэВ). Чаще всего среди таких частиц встречаются электроны и протоны.

Ученые делят потоки таких частиц на две основные группы: импульсные вспышки длиной от нескольких десятков минут до нескольких часов и вспышки с широкими ударными волнами, которые длятся до нескольких дней и содержат в основном протоны с примесью некоторых тяжелых ядер.

Несмотря на большое количество данных от солнечных спутников, некоторые фундаментальные вопросы происхождения солнечных вспышек ученые пока не могут выяснить. Они рассчитывают, что в этом помогут новые типы детекторов частиц. Кроме того, с помощью новых устройств можно будет предугадать потоки опасных для космонавтов протонов и продумать механизмы защиты.

Оптимальные параметры детектора

Один из таких приборов создали в МФТИ, Институте ядерной физики РАН и Институте космических исследований РАН. Новый детектор высокоэнергетичных частиц состоит из нескольких полистироловых дисков, которые подключены к фотодетекторам. Проходя через слои полимера, частица теряет часть кинетической энергии, которая переходит в световую. Этот свет улавливает кремниевый фотодетектор, и сигнал анализируется компьютером.

По словам руководителя работы Александра Нозика, сама концепция пластиковых сцинтилляционных детекторов не нова: такие приборы повсеместно используются в наземных экспериментах. "А вот использование сегментированного детектора в совокупности с разработанными нами математическими методами реконструкции позволило достигнуть выдающихся результатов" – добавил ученый.

Большое внимание исследователи уделили поиску оптимальной геометрии сегментов детекторов. Так, чем больше диаметр дисков детектора, тем больше частиц он может анализировать одновременно. Однако с увеличением диаметра растет и масса прибора, из-за чего растет цена его доставки на орбиту. Также при увеличении диаметра ухудшается разрешение диска. Кроме того, чем тоньше каждый диск, тем точнее он может определить энергию попадающих на него протона и электрона, однако большое количество тонких дисков требует большого числа фотодетекторов и громоздкой электроники.

Оптимальные параметры детектора ученые подобрали благодаря компьютерному моделированию. В итоге получился цилиндр диаметром 3 см и высотой 8 см. Детектор разделен на 20 полистироловых дисков, что обеспечило приемлемую точность прибора выше 5%. Датчик будет работать в двух режимах: режим для регистрации одиночных частиц при потоке менее 105 частиц в секунду и интегральный режим при более интенсивном излучении.