Заказ на изготовление алмазных окон для фронтэндов ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ) выполнен специалистами Института геологии и минералогии (ИГМ) им. В. С. Соболева СО РАН, сообщает 21 марта издание СО РАН «Наука в Сибири».

Изготовить такие окна специалисты ИГМ СО РАН смогли благодаря созданным в институте уникальным установкам, таким как беспрессовые аппараты «разрезная сфера» (БАРС), в которых создаются и поддерживаются огромные давления, необходимые для выращивания крупных высококачественных монокристаллов алмаза.

Алмазные элементы необходимы для работы рентгеновской оптики СКИФа. Ее разработчики предполагали закупить эти изделия за рубежом, но в условиях санкций они обратились за помощью к специалистам ИГМ СО РАН.

Фронтэнды являются важнейшими блоками СКИФа. Их задача — вывести синхротронное излучения (СИ) из кольца накопителя на экспериментальные станции. Для этого им необходимы специальные окна, пропускающие пучок СИ, обеспечивающие сохранение глубокого вакуума и выдерживающие в течение длительного времени экстремальные температуры.

Такими возможностями обладает лишь алмаз и лишь при условии соответствия особым требованиям.

Заведующий лабораторией экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса ИГМ СО РАН член-корреспондент РАН Юрий Николаевич Пальянов рассказал, что результатом совместных обсуждений, в которых приняли участие профессионалы различных специальностей из ЦКП СКИФ, Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, Конструкторско-технологического института научного приборостроения (КТИ НП) СО РАН и ИГМ СО РАН, стала разработка следующих требований к окнам СКИФа:

«Алмазные окна должны быть квадратными, размером 7×7 мм при толщине 0,4 мм. С учетом ориентации элемента, монокристалл алмаза должен иметь массу порядка 3,5 карата. Для выращивания такого кристалла необходимо создать давление порядка 65 тысяч атмосфер и температуру 1450 °С, а также градиент температур, который обеспечит заданную скорость роста и, соответственно, необходимое качество алмаза. В ростовом процессе эти параметры необходимо поддерживать в течение 130 часов. Любые отклонения от заданного режима недопустимы».

Мониторинг пучка синхронного излучения требует от алмазного окна способности при возбуждении СИ люминесцировать в видимом диапазоне длин волн. Этого добиваются вводом в структуру кристалла примеси азота в количестве 150–250 ppm. Проведенные в ИЯФ СО РАН испытания показали соответствие опытных образцов алмазных окон данному требованию.

Юрий Пальянов отметил: «В нашем институте разработаны беспрессовые аппараты „разрезная сфера“ (БАРС), способные создавать и поддерживать высокие давления, необходимые для выращивания монокристаллов алмаза».

Еще в конце 1980-х годов первыми в СССР крупные (1,5 карата) кристаллы синтетического алмаза получили специалисты лаборатории экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса ИГМ СО РАН.

Сейчас в институте развивают как экспериментальное моделирование природных процессов образования алмазов, так и выращивание специальных кристаллов с заданными свойствами для высокотехнологических применений, в том числе в рентгеновской оптике, где алмаз с его уникальными свойствами имеет значительные преимущества перед другими материалами.

Изготовителем фронтэндов является КТИ НП СО РАН, и именно их заказ на алмазные окна был успешно выполнен. «Это первые функциональные алмазные элементы для СКИФа. При создании Сибирского кольцевого источника фотонов специальные изделия из алмаза потребуются еще не один раз. Наша работа — хороший пример импортозамещения, показывающий, что Сибирское отделение РАН имеет значительный потенциал в самых разных областях. Такую работу нельзя выполнить с нуля, к ней нужно быть готовым», — подчеркнул Юрий Пальянов.