В середине июня в Ухане на рабочем семинаре специалисты Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) обсудили с китайскими коллегами совместную разработку оборудования для мегасайенс-проекта NICA. По инициативе Объединенного института планируется новый совместный проект, главной целью которого станет разработка и производство монолитных активных пиксельных детекторов (МАПС, англ. MAPS) для передовых фундаментальных и прикладных научных экспериментов.

Семинар NICA-MPD/IT по теме китайско-российского сотрудничества состоялся в соответствии с рабочим планом действующего соглашения о сотрудничестве в рамках мегасайенс-проекта NICA между ОИЯИ и Ключевой лабораторией физики кварков и лептонов Министерства образования (MOE) в Нормальном университете Центрального Китая (CCNU). Данное соглашение направлено на совместное использование новейших CMOS-технологий для разработки трековых детекторов большой площади для экспериментов в России и Китае в 2019 — 2025 годах. Очная встреча, организованная совместными усилиями ОИЯИ и CCNU, состоялась в лаборатории пиксельных детекторов при CCNU (PLAC) в Ухане.

Со стороны ОИЯИ в семинаре приняли участие специалисты отдела кремниевых трековых систем ЛФВЭ Юрий Мурин, Сесар Себаллос Санчес, Дмитрий Дементьев и Рауль Артече Диас. Со стороны Китая организационный комитет возглавляли проф. Сянмин Сун (CCNU) и проф. Япин Ван (CCNU) вместе с другими участниками из CCNU, Университета науки и технологий Китая (USTC, Хэфэй), Института современной физики (IMP, Ланьчжоу) и Института физики высоких энергий (IHEP, Пекин), среди которых последние два института находятся в ведении Китайской академии наук.

Специалисты ОИЯИ получили полезный и плодотворный опыт в течение двух дней открытых дискуссий на темы, представляющие общий интерес. В рамках совещания также было организовано посещение лабораторно-производственных помещений PLAC.

Первая сессия была посвящена отчетам и обсуждениям текущего состояния работ обеих сторон по производству и сборке внутренней трековой системы (ITS) эксперимента MPD, которая будет полностью состоять из MAPS, аналогичных тем, которые использовались в недавней модернизации детектора ALICE-ITS в ЦЕРН. При том, что внешние обстоятельства привели к задержке в выполнении проекта, китайские организации смогли выполнить значительную часть плана работ. Основная нерешенная задача проекта на сегодняшний день связана с чипами MAPS, на производство которых был заключен контракт между ОИЯИ и ЦЕРН. Их поставка в ОИЯИ временно задерживается, и в то же время производство таких чипов не может быть реализовано за счет текущего сотрудничества с китайскими коллегами, так как оно не было ранее запланировано.

Для разрешения этой проблемы специалисты ОИЯИ предложили расширить текущее сотрудничествo путем организации “Китайско-российского консорциума MAPS”. Целью консорциума, организуемого с участием институтов, представленных на встрече, а также Санкт-Петербургского университета (СПбГУ), станет совместная разработка, производство и использование чипов MAPS, которые не попадут под ограничения и могли бы использоваться как в Китае, так и в России.

В этой связи был предложен проект “Монолитные пиксельные детекторы для фундаментальных наук и наук о жизни”, реализовать который можно было бы в рамках протокола об укреплении сотрудничества между ОИЯИ и Китаем, подписанного 21 марта 2023 года. Выполнение проекта рассчитано на пять лет при равном долевом финансировании со стороны России и Китая. Проект нацелен на разработку и производство монолитных активных пиксельных детекторов, которые будут использованы как в передовых исследованиях в области фундаментальной науки, так и в прикладных научных экспериментах. Эти чипы станут ключевым элементом для выполнения задач в рамках совместной модернизации базовых установок проекта NICA для проведения фундаментальных исследований, а также будут использоваться для прикладных разработок. Речь идет о внутренней трековой системе установки MPD и прототипе клинического томографа для протонной компьютерной томографии (pCT). Предполагается также, что соответствующая считывающая электроника для агрегации данных будет использовать китайские ASICs семейства GBTx. Эти чипы будут производиться в Китае в рамках реализации проекта на основе текущих разработок считывающих чипов (NICA_ROC) для проекта MPD-ITS и чипов семейства NICA_GBTx, включая NICA_LD (лазерный драйвер) и NICA_TIA (трансимпедансный усилитель).

Что касается прототипа клинического томографа на основе MAPS, специалисты проверят возможность использования разработанного устройства в качестве инструмента для планирования лечения в рамках протонной терапии в Медико-техническом комплексе (МТК) ОИЯИ. Ожидается, что при использовании одной и той же частицы (протона) как для диагностической визуализации, так и для терапии, диапазон неопределенности пространственной локализации протонов на опухоли снизится до 0,3–1 % по сравнению с обычным значением около 7 % при планировании протонной терапии на основе фотонно-компьютерной томографии. При разработке этого устройства команда проекта будет опираться на опыт Института современной физики (Китай), уже приступившего к разработке устройства Carbon-CT на основе MAPS, и использовать инструменты моделирования и оценки, разработанные как его специалистами, так и специалистами ОИЯИ.

В результате дискуссии за круглым столом участники выразили общее мнение о том, что китайским и российским научным организациям необходим стабильный и свободный доступ к передовой микроэлектронике. В этой связи каждая организация — участник обсуждения представила свои возможности и экспертизу, которые могут послужить совместной реализации намеченного проекта на различных его этапах. По итогам встречи китайские организации единогласно поддержали инициативу ОИЯИ и обозначили желание участвовать в предлагаемом российско-китайском консорциуме по совместной разработке, производству и практическому использованию монолитных активных пиксельных детекторов для фундаментальных и прикладных исследований в рамках мегасайенс-проекта NICA ОИЯИ. Стороны уже приступили к работе по дальнейшей документальной детализации проекта, который будет состоять из 10 рабочих пакетов. Участники наметили провести следующую очную встречу специалистов в декабре 2023 года в Дубне.

Источник: Объединенный институт ядерных исследований.