Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 601

Ученые впервые напрямую измерили эффект просветления оптики ВУФ диапазона для астрофизических исследований

Ученые впервые напрямую измерили эффект просветления оптики ВУФ диапазона для астрофизических исследований
Такое покрытие для ВУФ диапазона – это новая технология, и ранее эффективность его работы в этом диапазоне никто напрямую не измерял

Специалисты центра коллективного пользования «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения (ЦКП «СЦСТИ) Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) совместно с коллегами из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) провели тестирование приемника электромагнитного излучения, который, как ожидается, будет использован при разработке регистрирующих элементов будущих космических обсерваторий. В эксперименте ученым впервые удалось напрямую наблюдать работу просветляющего покрытия для аппаратуры, работающей в диапазоне вакуумного ультрафиолета. Данная технология увеличивает чувствительность матрицы приемника электромагнитного излучения почти в полтора раза.

Основная задача современных обсерваторий космического базирования – проведение астрофизические исследований с помощью космических телескопов, работающих в коротковолновой области ультрафиолетового спектра, недоступной для наземных инструментов. Ультрафиолетовая астрономия изучает различные космические объекты, наблюдая их в диапазоне длин волн, который находится между видимым и рентгеновским (от 10 до 310 нанометров).

В этом участке электромагнитного спектра космический шум минимален, а количество физической информации о звездах и межзвездном веществе максимально. С помощью УФ космических телескопов появляется возможность исследовать атмосферу уже открытых экзопланет и, возможно, в недалеком будущем, удастся даже зарегистрировать признаки существования жизни на них. Также одной из научных перспектив ультрафиолетовой астрономии является поиск скрытого барионного вещества – массы газа и пыли, излучение от которых невозможно наблюдать даже при помощи самых современных телескопов, работающих в видимом диапазоне.

«Без калибровки приемника электромагнитного излучения научные данные, полученные в результате астрофизических наблюдений, не имеют смысла, – рассказывает старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Антон Николенко. – Необходимо связать показания этих приемников с реальным потоком фотонов, падающим на прибор. Точная калибровка – это своеобразный «билет на спутник» для этого приемника. Мы, как правило, делаем калибровку с погрешностью от двух до десяти процентов».

Приемник излучения, который тестировался на станции «Космос» ЦКП «СЦСТИ в рамках научного сотрудничества между ИЯФ СО РАН и ФИ РАН, представляет собой ПЗС-матрицу, проверенную в Великобритании, и чувствительную в области вакуумного ультрафиолета (ВУФ). Излучение этого диапазона очень сильно поглощается веществом и не способно проходить не только сквозь атмосферный воздух, но и сквозь тонкие (доли микрона) пленки вещества. Обычные матрицы, например, в фотоаппаратах, имеют в этой области нулевую чувствительность из-за защитных слоев и стеклянных окон, установленных перед их чувствительной поверхностью.

«Технология изготовления матрицы ВУФ диапазона очень сложна, и прибор имеет высокую стоимость, – поясняет Антон Николенко. – К тому же, для снижения темнового шума, матрица должна быть охлаждена почти до криогенных температур и может эксплуатироваться только в условиях высокого вакуума. Помимо сложных условий эксплуатации тестирование прибора осложняется трудностью в генерации излучения с нужной длиной волны и высокой интенсивностью этого излучения, недоступной для лабораторных источников излучения».

Станция «Космос» работает на источнике синхротронного излучения – коллайдере ВЭПП-4, который генерирует мощный поток фотонов в широком спектральном диапазоне – от видимого излучения до жесткого рентгеновского.

«Для калибровки космического оборудования необходимо выделить из этого широкого спектрального потока фотоны определенной энергии. В данном случае это фотоны с энергией около 10 эВ, – добавляет Антон Николенко. – Для этого на станции установлен монохроматор на основе дифракционной решетки. Точное значение потока определяется при помощи эталонного детектора, изготовленного в Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе РАН (ФТИ им. А. Ф. Иоффе) и прокалиброванного в Физико-техническом институте Германии (Physicalisch-Technische Bundesanstalt, PTB). Зная точное значение интенсивности потока фотонов, мы можем калибровать всевозможные приемники, которые помещаются в вакуумную камеру нашей станции».

По словам специалиста, для достижения условий, при которых будет эксплуатироваться калибруемый приемник, он охлаждается жидким азотом до температуры -100°С и находится в вакуумной камере, давление в которой поддерживается на уровне 10-4 Паскаля, что соответствует одной миллиардной доли от атмосферного давления.

Тестируемая матрица является экспериментальной, и поэтому имеет еще одну существенную особенность. На ее поверхность была нанесена ультратонкая пленка циркония, которая, по замыслу изготовителя, должна была сработать как антибликовое покрытие. Этот прием известен давно и широко применяется в высококачественных приборах с просветленной оптикой для видимого диапазона. Подобные пленки используются в объективах фотоаппаратов или биноклей.

«Меняя рабочую энергию монохроматора и измеряя отклик приемника, мы измеряем его чувствительность в каждой точке электромагнитного спектра. В нашем недавнем эксперименте нам удалось напрямую наблюдать работу просветляющего покрытия. Такое покрытие для ВУФ диапазона – это новая технология, и ранее эффективность его работы в этом диапазоне никто напрямую не измерял. Мы обнаружили, что оно увеличило чувствительность матрицы почти в полтора раза», – рассказал Антон Николенко.

Ожидается, что в случае успешного прохождения всех тестов матрица будет установлена в качестве основного регистрирующего элемента на космическом телескопе «Спектр-УФ» - это амбициозный российский проект, развиваемый с участием ряда других стран и превосходящий по ряду параметров знаменитый телескоп «Хаббл».

ЦКП «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения» специализируется на фундаментальных и прикладных работах, связанных с использованием пучков синхротронного и терагерцового излучения, на разработке и создании экспериментальной аппаратуры и оборудования для таких работ, на разработке и создании специализированных источников синхротронного и терагерцового излучения. Ежегодно ЦКП предоставляет услуги по профилю своей деятельности десяткам российских (СО РАН, РАН и пр.) и зарубежных организаций.

Пресс-служба ИЯФ СО РАН

Иллюстрация: Решетки ВУФ диапазона на лазерном пучке. Фото В. Болоневой.

ультрафиолет

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.