Ученые КБГУ и Института ядерных исследований РАН планируют применить 3D печать для нейтринного детектора
Учёные Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова и Института ядерных исследований Российской академии наук в совместной лаборатории «Астрофизика и физика космических лучей» исследуют применение 3D-печати для создания элементов детекторов в экспериментах по безнейтринному двойному бета-распаду.
Современные аддитивные технологии открывают новые возможности в производстве деталей для научных экспериментов, требующих экстремально низкого уровня фонового излучения.
Использование технологий 3D-печати позволяет избежать механической обработки изготавливаемых деталей, что предотвращает потенциальное дополнительное загрязнение элементов в процессе производства. Это не только сокращает длительность изготовления, но и уменьшает количество этапов финальной очистки деталей перед монтажом детекторов. Современные 3D-принтеры представляют собой компактные устройства, которые можно размещать в чистых комнатах с соблюдением всех требований, включая строгий контроль доступа. При использовании специализированного принтера исключительно для изготовления деталей конкретного эксперимента возможность внесения загрязнений на этапе производства сводится к минимуму.
Применение 3D-печати в экспериментах по поиску безнейтринного двойного бета-распада — это перспективное направление, – комментирует кандидат физико-математических наук, ученый секретарь ИЯИ РАН, старший научный сотрудник совместной лаборатории КБГУ и ИЯИ РАН. – Важным преимуществом 3D-печати является возможность создавать конструкционные элементы любой допустимой сложности при сохранении необходимой механической прочности, а также изготавливать детали с минимальным количеством используемого вещества и высокой радиационной чистотой, что критически важно для наших экспериментов.
Особый интерес исследователей вызывает применение PETG-пластиков, которые демонстрируют исключительно низкий уровень радиоактивных примесей – даже ниже, чем у доступного на рынке оптического кварца. PETG представляет собой модифицированный полиэтилентерефталат (PET) с добавлением гликоля на молекулярном уровне. Этот материал сочетает высокую прочность и гибкость с устойчивостью к расслаиванию и деформациям при печати, а также обладает замечательной стойкостью к воздействию растворителей и ультрафиолетового излучения.
На основе уникальных свойств PETG-пластика исследователи изготовили тестовую сцинтилляционную ячейку малого объема из белого PETG. В ходе работы особое внимание уделялось трем ключевым аспектам: исследованию стойкости материала к воздействию растворителя ЛАБ, являющегося основой будущего сцинтиллятора; оценке способности стенок ячейки отражать сцинтилляционный свет; возможностям изготовления элементов сложной геометрической формы.
В ходе исследований уже создан и успешно протестирован прототип сцинтилляционного детектора с корпусом, напечатанным на 3D-принтере. Испытания с использованием радиоактивных источников 137Cs и 60Co, а также продолжительные измерения фона подтвердили стабильность работы устройства и соответствие строгим требованиям низкофоновых экспериментов.
Разработанная технология открывает новые перспективы не только для исследований безнейтринного двойного бета-распада, но и для других направлений ядерной физики, где требуются детекторы с исключительной радиационной чистотой.