Група вчених ніту «місіс» розробила нову технологію виробництва абсорбера для електромагнітного калориметра експерименту lhcb в cern (женева, швейцарія). Мета експерименту-пояснити і зрозуміти, чому в ході еволюції всесвіту зникло антиречовина. Унікальні властивості особливого свинцево-сурм’янистого сплаву і касетна технологія заміни светоиспускающих волокон дозволять дотримати суворі технічні вимоги, спростити обслуговування і продовжити термін служби калориметра.
Для відповіді на питання, чому всесвіт складається в основному з матерії, а не з рівних частин матерії і антиматерії, вчені розганяють пучки протонів до швидкостей близьких до швидкості світла і зіштовхують їх. Під час зіткненні пучків при гігантських енергіях народжуються безліч частинок і античастинок. При цьому картина їх розпадів злегка відрізняється і саме цю різницю і прагнуть знайти вчені. Для цього кожну частинку при розпаді потрібно виявити, а потім відстежити її трек і виміряти енергію.
Для цього потоки частинок пропускають крізь ряд різних детекторів, в тому числі калориметрів (приладів для вимірювання енергії електронів і адронів), що входять до складу детекторного комплексу lhcb в cern. Сучасний електромагнітний калориметр lhcb-являє собою модулі типу» шашлик » – чергуються шари пластикового сцинтилятора – речовини, яка поглинає і перевипромінює енергію в світловий спалах і свинцевого поглинача.
Введення програми підвищеної світності великого адронного коллайдера експерименту lhcb передбачає збір статистики в режимах підвищеної радіоактивності через збільшення кількості зіткнень частинок в секунду. Це накладає ряд серйозних вимог щодо навантаження і радіаційної стійкості систем експерименту, а також матеріалів, з яких вони виготовлені.
Для поліпшення радіаційної стійкості і збільшення терміну служби калориметра дослідники запропонували використовувати нову геометрію «спагетті», яка являє собою сцинтиляційні волокна, орієнтовані у напрямку руху вторинних частинок. Волокна укладені в поглинаючу матрицю-металевий абсорбер.
Група дослідників і інженерів з ніту «місіс» розробила і створила прототип нового абсорбера типу «спагетті», поглинач якого виготовлений з особливого свинцево-сурм’янистого сплаву гарта методом лиття.
«унікальність складу сплаву забезпечує нульову ливарну термоусадку, мінімальну в’язкість і необхідну твердість, при збереженні високої щільності, яка необхідна для локалізації електронного зливи в абсорбері. Термоусадка-дуже важливий параметр, оскільки виробничі допуски на подібне вироби дуже малі – до 50 мікрометрів. В результаті ми виготовили гранично точний і монолітний блок», — розповів один з основних розробників технології старший науковий співробітник лабораторії багатофункціональних магнітних наноматеріалів, доцент кафедри фнівтм к. Ф-м. Н дмитро карпенков.
Науковою групою було виготовлено виріб квадратного перетину з довжиною сторони 30.25 мм і загальною довжиною 320 мм, що представляє собою металеву матрицю з 121 поздовжнім каналом діаметром ø 2.2 мм. Товщина стінки між цими каналами повинна бути по всій довжині строго 0.55 мм. Як підкреслюють розробники, проведене детальне моделювання дозволило оптимізувати крок між волокнами, для досягнення необхідного енергетичного дозволу порядку 10%/√e.
Розроблена технологія полягає в заповненні графітової виливниці з металевими стрижнями рідким розплавом. Використання сплаву зі свинцю і сурми, який володіє мінімальною для даної системи в’язкістю і практично нульовою термоусадкою при кристалізації, забезпечило заповнення всіх технологічних пустот заготовки і витримування найсуворіших вимог по лінійним допускам і формі підсумкового вироби. Після заливки стрижні були видалені механічним шляхом. Для полегшення даного процесу кожен зі стрижнів попередньо був покритий графітової мастилом.
Запропонована технологія дозволяє значно прискорити час виробництва і складання модулів подібного типу. Нове конструкційне рішення-касетна схема збірки-дозволить проводити часткову оперативну заміну деградованих сцинтиляційних волокон в електромагнітному калориметрі під час щорічної технічної зупинки експериментального комплексу .
Розроблений прототип модуля калориметра на основі свинцевого поглинача був випробуваний на тестовому пучку електронів від прискорювача sps в cern. Під час випробувань він був заповнений сцинтиляційними волокнами на основі полістиролу, виробництва ндц «курчатовський інститут» іфве, м.протвино.
«властивості і характеристики створеного прототипу були протестовані на лабораторних пучках в cern. Результат: прототип модуля типу «спагетті» може ефективно використовуватися в новому електромагнітному калориметрі lhcb. На даний момент потрібно вирішити ще ряд конструкторських завдань, але вже зараз можна сказати що концепти «шашлик «і» спагетті», що мають принципово різну конструкцію, можуть ефективно доповнювати один одного в експериментах lhcb», – уклав провідний науковий експерт експерименту андрій голутвін.
