Космический телескоп оснастят российскими фотокатодами.
Ключевые элементы «глаз» нового космического телескопа «Спектр-УФ», планируемого к запуску в 2031 году, создали в Институте физики полупроводников им. А.В.Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН). Это фотокатоды на основе соединения цезий-йод. Ранее планировалось закупить испанское оборудование, но, как говорится, несчастье помогло: сделанная по причине санкций сибирская разработка значительно превосходит европейскую.
Во время проверки эффективности фотокатоды показали квантовый выход на уровне 40%, что в два раза выше базовых проектных параметров и стало рекордом для такого типа устройств. Они предназначены для улавливания одной из составляющих космического излучения - вакуумного ультрафиолета, что позволит телескопу получать ранее недоступные данные о Вселенной.
Разработка имеет большое значение не только для реализации национального отечественного космического проекта «Спектр-УФ», но и для мировой науки в целом. С момента запуска «Спектр-УФ» будет выступать преемником телескопа «Хаббл», во-первых, закрывая его ультрафиолетовую рабочую нишу, во-вторых, получая совершенно новую информацию, благодаря современному оборудованию и расположению на высоте в 35 тысяч километров над поверхностью Земли - в 70 раз выше, чем «Хаббл.
После окончания космической миссии «Хаббла» «Спектр-УФ» станет единственным орбитальным телескопом, получающим данные о Вселенной в ультрафиолетовом диапазоне. Такая информация нужна для исследования атмосферы экзопланет, в том числе для поиска биологических маркеров (признака внеземной жизни), установления физических процессов звездообразования (молодые звезды излучают в основном в ультрафиолете), а также для понимания тепловой и химической эволюции Вселенной, поиска темного барионного вещества.
Головной организацией проекта «Спектр-УФ» является НПО им. С.А.Лавочкина, за оптические элементы и зеркала телескопа отвечает АО «Лыткаринский завод оптического стекла», за разработку электронных блоков - Институт космических исследований РАН. Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики берет на себя ответственность за комплектацию блока спектрографов и элементов блока камер поля.
Головной научной организацией по проекту «Спектр-УФ» выступает Институт астрономии РАН (ИНАСАН), Институт физики полупроводников изготавливает электронно-оптические преобразователи (ЭОП) для блока камер поля - «глаз» телескопа, а корпуса для ЭОП производит компания АО «Экран-ФЭП».
Фотокатод - материал, способный при попадании на него света (фотонов) испускать электроны, следовательно, получаемый электрический ток можно измерить и оценить интенсивность излучения. Объединяя фотокатод, умножитель электронов и люминофорный экран в вакуумном корпусе, регистрируют изображения в соответствующем диапазоне длин волн.
– Исследование и создание фотокатодов - традиционное направление для нашей лаборатории, но с соединением цезий-йод мы раньше не имели дела. Поэтому когда возник интерес со стороны коллег из ИНАСАН, осваивали технологию на ходу - разработали процесс изготовления фотокатодов, дополнительное оборудование и выяснили, какая конструкция позволит добиться максимальной квантовой эффективности. Такой, чтобы на фоточувствительной поверхности фотокатода выделялось как можно больше электронов в ответ на поглощенные фотоны, - поясняет заведующий лабораторией ИФП СО РАН доктор физико-математических наук, профессор РАН Олег Терещенко.
Вакуумный ультрафиолет (ВУФ) полностью поглощается земной атмосферой, поэтому для работы в этой области приходится создавать специализированные высоковакуумные установки. Единственный в России синхротронный источник, на котором можно проводить работы в ВУФ диапазоне, находится в ИЯФ СО РАН - станция синхротронного излучения «Космос», которая использует излучение из накопителя ВЭПП-4.
Именно там недавно была проведена калибровка разработанных в ИФП СО РАН фотокатодов. Результаты показали, что квантовая эффективность первых тестовых устройств составляет 40% (упрощенно говоря, 100 фотонов «производят» 40 электронов), что существенно превышает пороговые значения, обязательные для «Спектр-УФ».
– Необходимое и достаточное значение квантовой эффективности для нас - 20%. Звезды - слабый источник излучения, и мы боремся за каждый процент, поэтому эффективность в 40% - это идеально. Таких параметров достигали ранее только в Японии (в компании Hamamatsu Photonics), - констатирует директор ИНАСАН доктор физико-математических наук, профессор РАН Михаил Сачков. - Сотрудничество с ИФП СО РАН началось с того, что на одной из конференций мы увидели презентацию работ лаборатории О.Терещенко и были приятно удивлены, что в Новосибирске есть, по сути, полный цикл производства электронно-оптических преобразователей. Это именно то, что нам надо, поскольку готового продукта с требуемыми характеристиками не существует, его нужно разрабатывать, адаптировать для проекта.
Директор ИФП СО РАН академик РАН Александр Латышев отмечает, что высокая эффективность фотокатодов открывает новые возможности для исследований в ультрафиолетовом диапазоне. Кроме того, он подчеркивает роль сотрудничества между Институтом физики полупроводников и Институтом астрономии РАН: «Так укрепляются партнерские отношения внутри академии, подобное междисциплинарное взаимодействие - залог успеха крупных научных проектов и способствует усилению на международной арене позиций России в области космических исследований».
Сегодня проект «Спектр-УФ» позиционируется как российский национальный и находится в степени готовности более 50%.
– После запуска мы планируем работать по базовой программе, закрывающей основные исследовательские направления, первое и самое важное из них - получение информации об атмосфере экзопланет. Кроме того, «Спектр-УФ» будет действовать в режиме обсерватории, когда астрономы (в том числе иностранные) подают заявки и мы их реализуем. Проект востребован, если судить по запросам в наблюдениях к телескопу «Хаббл», их больше, чем 10 к одному. То есть из десяти заявок реализуется только одна. Приятно сознавать, что «Спектр-УФ» полностью импортонезависим, у нас есть все необходимое, - резюмирует М.Сачков.
Надежда ДМИТРИЕВА
Обложка: фотокатоды цезий-йод - ключевая часть электронно-оптических преобразователей для телескопа «Спектр-УФ». Фото автора
