Вы когда-нибудь задумывались, из чего делают детекторы частиц? Обычно это сложная оптика, монолитные кристаллы или многоэтажные установки, напоминающие ускорители. А команда физиков из Института ядерных исследований РАН и МФТИ решила, что проще зайти в хозяйственный магазин. Шутка. Но близко: они взяли силиконовый герметик, замешали в него светящийся порошок, залили в формочку — и получили детектор, который видит космические лучи и нейтроны.
Ученые придумали замешать в прозрачный силиконовый компаунд (да, почти тот же, которым заливают электронику или делают чехлы для телефонов) специальный волшебный порошок — сульфид цинка, активированный серебром. Звучит как заклинание, но на деле это люминофор, который умеет вспыхивать при столкновении с частицами. Представьте твердое, но прозрачное «желе», внутри которого плавают миллионы крошечных звездных пылинок. Когда какая-то невидимая частица врезается в такую пылинку — происходит микроскопическая вспышка. А силикон тут же доставляет этот световой сигнал к детектору.
Гениальность подхода в том, что такое желе можно отлить любой формы: хоть квадратным, хоть в виде единорога. Это вам не хрупкие кристаллы за бешеные деньги — сварил в лаборатории, залил в формочку, и готов детектор под любые задачи. И служить он будет вечно, потому что силикон не стареет.
Но самое смешное и красивое — как эта штука различает гостей. Дело в том, что сульфид цинка — тот еще тугодум. Если в него влетает легкая частица (например, электрон), он моргает быстро. Если тяжелая (протон или ядро) — вспышка длится в сотни раз дольше, растекаясь во времени. Ученые подключают осциллограф и видят: «Ага, быстрый щелчок — проходи, гамма-квант. Затяжная вспышка — привет, нейтрон!» Это как отличать хлопок в ладоши от раската грома.
Зачем это нужно? Ну, во-первых, чтобы ловить мюоны — тяжелые кузены электронов, которые рождаются в атмосфере от космических лучей. Обычно их детектируют сложными установками с кучей совпадений, а тут образец толщиной в пару миллиметров четко показывает мюонный пик даже без хитрых ухищрений. Во-вторых, чтобы искать нейтроны: силикон ведь полон водорода (вспомните школьную формулу), а нейтроны обожают биться об протоны, как шары для боулинга. Вышибают протоны отдачи, те врезаются в люминофор — и снова вспышка.
Эффективность пока скромная, но авторы не унывают. Они уже научили свое изобретение игнорировать фоновый гамма-шум (то есть природную радиацию), при этом четко видя и мюоны, и нейтроны, и даже гамма-кванты, если надо. А главное — все компоненты отечественные: порошки делают в Ставрополе, силикон свой, умы — свои.
Так что в будущем, возможно, компактные детекторы из силиконового студня с блестками будут стоять на каждом АЭС, таможне или даже в портативных дозиметрах. И когда вы в следующий раз уроните телефон в силиконовый чехол, вспомните: этот материал вполне способен видеть призраков.
Исследование опубликовано в журнале «Ядерная физика и инжиниринг»
