Россия наладила выпуск сверхточных детекторов и спектрометров, создаваемых на базе германия экстраординарной чистоты. Прежде подобное оборудование в значительной степени опиралось на импортные технологии и внешние поставки, однако теперь весь цикл производства осуществляется внутри государства. Достигнуто это благодаря объединению усилий предприятий «Росатома», которые охватили единую цепочку — от первичной переработки исходного сырья до финальной сборки измерительных устройств.
Евгения Васильева
Иллюстративное фото. Источник: Сделаноунас
Приборы для космоса и атомпрома
Такие датчики незаменимы там, где просто зафиксировать излучение недостаточно — критично установить, какие именно радиоактивные изотопы находятся в изучаемом объекте. Их активно применяют в исследовательских целях: при работе на ускорительном комплексе NICA, при изучении состава лунного реголита, при поиске редкоземельных элементов и льда в полярных кратерах Луны.
Однако спектр их использования куда обширнее. На атомных электростанциях с их помощью контролируют состояние теплоносителя, герметичность оболочек тепловыделяющих элементов и экологические показатели, проводя анализ проб прямо на площадке. Кроме того, эти устройства востребованы в геологоразведке при обнаружении урановых месторождений и редкоземельных металлов, при входном контроле сырья в металлургической промышленности и в сканерах для таможенного досмотра.
Создание полного цикла производства сверхточных германиевых детекторов — это не просто технологический прорыв, но и стратегический шаг к обеспечению технологической независимости в области ядерного приборостроения. Ранее, когда значительная часть компонентов закупалась за рубежом, российские предприятия сталкивались с ограничениями: любая задержка поставок или изменение геополитической ситуации могли остановить научные исследования и промышленные процессы.
Теперь же, когда все этапы — от переработки сырья до финальной калибровки приборов — локализованы внутри страны, появляется возможность не только гарантированно обеспечивать внутренние потребности, но и гибко реагировать на запросы конкретных заказчиков, будь то исследовательские институты, атомные станции или горнодобывающие компании.
Разработано в АО «Гиредмет»
Основным материалом для таких датчиков выступает германий максимальной степени очистки. Технологию его получения разработал институт АО «Гиредмет». Там же спроектировали и изготовили опытную установку, отработали процесс выращивания монокристаллов с чистотой не ниже 7N и получили первые экспериментальные образцы. Уровень примесей, которые могут влиять на электрофизические характеристики кристалла, не превышает одной триллионной доли. Во время работы кристалл охлаждается до минус 196 градусов Цельсия, что позволяет снизить тепловые помехи и обеспечить высокую точность измерений.
— И это не просто техническое требование, а необходимое условие для снижения теплового шума, который иначе искажал бы сигнал. Достигнутая чистота позволяет кристаллу стабильно удерживать электрический заряд и обеспечивать точность, сопоставимую с лучшими зарубежными аналогами, а в некоторых аспектах — даже превосходить их, поскольку технология адаптирована под специфику российских сырьевых источников.
Следующий шаг — выпуск самих детекторов и монтаж готовых приборов. Эту задачу реализовали на предприятии дивизиона «Автоматизированные системы управления и электротехника». Для манипуляций с особо чистым германием там создана специальная чистая зона, соответствующая классу ISO 8. Это защищает материал от загрязнения и гарантирует стабильность характеристик и длительный срок эксплуатации изделий. На этой площадке разработали серию из четырёх спектрометров, а опытные образцы уже функционируют на ускорительном комплексе NICA, который относится к объектам категории «мегасайенс».
Создание чистой зоны класса ISO 8 на предприятии дивизиона «Автоматизированные системы управления и электротехника» стало ключевым решением в борьбе за качество. Даже микроскопические частицы пыли, попадающие на поверхность германиевого кристалла, способны деградировать его характеристики и сократить срок службы прибора. Поэтому каждая операция — от механической обработки до сборки корпуса и подключения электроники — выполняется в контролируемой среде, где фильтры очищают воздух от взвесей. Эта тщательность в мелочах обеспечивает не только высокую точность измерений, но и долговечность устройств, что особенно важно для объектов, работающих в непрерывном режиме, таких как ускорительные комплексы или системы мониторинга на АЭС.
Линейка из четырёх спектрометров, разработанная на этой площадке, демонстрирует гибкость подхода. Каждый прибор рассчитан на конкретный круг задач: один оптимизирован для работы с высокоэнергетическими потоками частиц в экспериментах на NICA, другой — для анализа образцов лунного реголита, третий — для контроля радиоактивных примесей в теплоносителе реакторов, а четвёртый — для полевых геологоразведочных работ.
Сформирована экспертиза в высокотехнологичной отрасли
Уже сейчас пилотные экземпляры успешно функционируют на объекте класса «мегасайенс», подтверждая, что оборудование готово к работе в самых сложных условиях. Это позволяет говорить о том, что российские спектрометры не просто заменяют импортные аналоги, но и предлагают решения, адаптированные под реальные задачи, которые невозможно было бы решить, полагаясь на унифицированные зарубежные модели.
«Мы сформировали в России экспертизу в одной из наиболее сложных и точных областей ядерного приборостроения. Работа с особо чистым германием требует исключительной чистоты материала и неукоснительного соблюдения технологических процессов на всех этапах. Теперь на территории страны локализован полный маршрут от исходного сырья до готового высокоточного устройства, что позволяет оперативно разрабатывать решения под конкретные задачи, проводить их сервисное обслуживание и налаживать серийное производство.
Создана линейка из четырёх спектрометров, а пилотные экземпляры используются на объекте класса «мегасайенс» — ускорительном комплексе NICA. Это подтверждает, что наш коллектив располагает требуемыми компетенциями и готов выполнять задачи современной науки и индустрии», — подчеркнул генеральный директор дивизиона «Автоматизированные системы управления и электротехника» госкорпорации «Росатом» Андрей Бутко.
Заявление генерального директора Андрея Бутко о готовности коллектива выполнять задачи современной науки и индустрии — это не просто слова, а подтверждённый фактами итог многолетней работы. Разработка полного маршрута от сырья до готового прибора означает, что при необходимости можно будет быстро внести изменения в конструкцию или технологию, не дожидаясь поставок из-за рубежа.
Серийное производство уже налажено, а опытные образцы доказали свою работоспособность на реальных объектах. В перспективе это открывает возможность не только для внутреннего использования, но и для экспорта в дружественные страны, где существует потребность в высокоточном ядерном приборостроении, но нет собственной полной цепочки. Таким образом, созданный задел обеспечивает устойчивое развитие отрасли на годы вперёд, закрепляя за Россией статус одного из лидеров в этой высокотехнологичной области.
Еще о последних технологических достижениях «Росатома»: сотрудники Квантового центра совершили исторический прорыв, впервые в России и в числе первых на планете они добились значительного успеха в области фотонных технологий. Данное исследование проводилось в строгом соответствии с планом развития квантовых вычислений, курируемым госкорпорацией «Росатом».