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.