Как в России производят уникальные алмазные детекторы для термоядерных реакторов

Россия активно развивает свои технологии в области термоядерной энергетики, не только строя собственные экспериментальные реакторы, но и участвуя в международных проектах. Одним из ключевых направлений является сотрудничество в проекте «ИТЭР», где наши специалисты поставляют важные компоненты, в том числе уникальные алмазные детекторы ионизирующего излучения.

Токамак, который является основой установки для термоядерного синтеза, представляет собой вакуумную камеру в форме тора (бублика). Внутри этого сооружения плазма, нагретая до миллионов градусов, удерживается с помощью мощных магнитных полей.

В свою очередь, чтобы контролировать состояние этой плазмы, необходимы высокоточные устройства, и здесь на помощь приходят алмазные детекторы. В их основе действительно лежат алмазы, которые обладают рядом уникальных свойств. Данные кристаллы способны регистрировать различные виды излучений – от альфа- и бета-частиц до гамма-излучения и нейтронов.

Кроме того, алмазы, применяемые в этих детекторах, отличаются высокой радиационной стойкостью, что позволяет им функционировать при экстремальных условиях, таких как температуры до 300 градусов Цельсия. При этом они являются химически инертными, что делает их устойчивыми к воздействию агрессивных химических сред.

Наконец, алмазы обладают высокой теплопроводностью, превосходящей показатели меди, и отличными электрическими свойствами. В нормальных условиях они являются диэлектриками, но при воздействии ионизирующего излучения превращаются в проводники, что делает их незаменимыми для использования в микроэлектронике и научных приборах.

Интересно, что для производства таких детекторов используются не природные, а синтетические алмазы. В лабораторных условиях удается вырастить кристаллы с заданными параметрами, что обеспечивает стабильность и предсказуемость их характеристик. Искусственные камни превосходят природные аналоги по качеству регистрации ионизирующего излучения.

Касательно процесса производства синтетических алмазов, он включает в себя несколько этапов. В вакуумную камеру помещается алмазная подложка, далее туда подается смесь метана и водорода, а затем в ней зажигается высокочастотный разряд. Метан служит источником углерода, который осаждается на подложку, формируя алмазный кристалл.

Вышеупомянутый процесс может занимать от нескольких дней до недели, в зависимости от необходимых размеров кристалла. После роста алмаза его срезают лазером, а затем делят на пластины нужных размеров для дальнейшего использования в детекторах.

Алмазные детекторы, созданные в России, используются не только в проекте «ИТЭР». Они также находят применение в других областях, включая разработку отечественных токамаков с реакторными технологиями. Например, в Троицке ведется работа над созданием первого российского термоядерного реактора, для которого также необходимы такие комплектующие.

Кроме того, алмазные детекторы применяются в медицине. Они используются в лучевой терапии для лечения сложных заболеваний, помогая спасать жизни. Еще одно перспективное направление их применения – это так называемые «ядерные батарейки», которые могут работать на протяжении десятилетий, например, в составе космических аппаратов.