Маленькие детекторы на службе у гигантской установки

ИТЭР станет одной из самых крупных установок, созданных человеком на Земле. Общая масса реакторного комплекса составит около 360 тыс. тонн, а высота – более 60 метров. Удивительно, но успешное функционирование этого гиганта было бы трудно осуществить без таких крошечных элементов как, например, алмазные детекторы. Эти маленькие устройства размерами 4 на 4 мм, а толщиной всего полмиллиметра представляют собой важнейшую часть одной из нейтронных диагностик ИТЭР – вертикальной нейтронной камеры (ВНК).

Изготавливают детекторы специалисты Лабораторно-технологического комплекса «Алмазный детектор» ФРУП «ГНЦ РФ ТРИНИТИ». Это сложный и кропотливый процесс, состоящий из нескольких этапов. Как отмечает руководитель лабораторно-технологического комплекса Николай Родионов, «при работе ИТЭР алмазные детекторы будут находиться в экстремальных условиях высоких температур и мощных нейтронных потоков, это определяет требования к их изготовлению. Наш комплекс с этими задачами справляется».

На первой стадии изготовления основа детекторов – алмазные пластины электронного качества – поступают на участок анализа материала, где при помощи сверхчувствительной аппаратуры проверяется качество материала (наличие дефектов). Затем пригодные к использованию алмазные пластины вырезаются до нужных размеров и форм на специальной лазерной установке, которая также используется и для изготовления технологической оснастки. Для устранения дефектов кристаллы отжигаются в вакуумной печи при температуре не менее 1500 °С. Очищенные от органических загрязнений при помощи специально приготовленных кислот, алмазные кристаллы подвергаются дополнительной очистке от посторонних соединений ионным пучком кислорода или аргона. Разумеется, при таком процессе как регистрация нейтронов алмазным чувствительным элементом недопустимо наличие даже мельчайших примесей. Затем на алмазную пластину в напылительной установке наносятся слои металлов: золота, титана, платины или алюминия и привариваются тончайшие – около 30 микрон толщиной – тоководы из золота или алюминия для съема электрических зарядов с металлических  контактов чувствительного элемента. Теперь детектор, помещенный в специальную оправку из тонкой пластины сапфира и закрепленный двумя диафрагмами из бронзы или меди, готов к установке в вертикальную нейтронную камеру.

Всего специалисты ФГУП «ГНЦ РФ ТРИНИТИ» должны до 2018 года изготовить около 100 алмазных детекторов (включая опытные образцы, прототипы и детекторы, поставляемые  на ВНК с учетом замены вышедших из строя). На текущий момент технологический комплекс полностью укомплектован лабораторным технологическим оборудованием для выпуска макетов и опытных образцов. Для изготовления прототипов и серийного производства штатных алмазных детекторов необходима дополнительная модернизация технологического комплекса, которая может быть осуществлена без остановки работы комплекса.

смотреть видео | скачать видео