Rosatom startet die vollständige Produktionskette für hochreine Germanium-Detektoren

de.wedoany.com-Bericht: Der russische Staatskonzern Rosatom gab am 9. September bekannt, dass seine Tochterunternehmen mit der Produktion von Detektoren aus hochreinem Germanium begonnen und in Russland eine vollständige technologische Kette aufgebaut haben – von der Tiefenreinigung des Germanium-Rohmaterials über die Detektorfertigung bis hin zur Montage von Spektrometern und Messgeräten.

Der letzte Abschnitt dieser Produktionskette befindet sich am neuen Produktionsstandort eines Werks, das zur Abteilung für automatisierte Steuerungssysteme und Elektrotechnik von Rosatom gehört. Um die Anforderungen an die Verarbeitung ultrareiner Materialien zu erfüllen, wurde am Standort eigens ein Reinraum der ISO-Klasse 8 errichtet, um die Kontamination des Germaniummaterials zu verringern, die Stabilität der Endprodukte zu erhöhen und die Lebensdauer der Geräte zu verlängern.

Hochreine Germanium-Detektoren sind Schlüsselkomponenten für die präzise Gammastrahlungsmessung. Sie können Strahlung nachweisen und gleichzeitig bestimmte Radionuklide im untersuchten Objekt identifizieren. Die entsprechenden Geräte eignen sich für die Isotopenbestimmung, die spektralaktivierungsanalytische Untersuchung der Reststrahlung von Proben in der NICA-Beschleunigerforschung sowie für wissenschaftliche Aufgaben wie die Bestimmung der Zusammensetzung von Mondregolith, die Analyse von Seltenerdelementen und die Erkundung von Eisvorkommen in polaren Mondkratern.

In dieser industriellen Zusammenarbeit entwickelte das zum Chemie- und Technologiecluster von Rosatom gehörende Giredmet-Institut eine Labortechnologie für die Herstellung von hochreinem Germanium und entwarf und fertigte Laborgeräte zur Optimierung des Produktionsprozesses von hochreinen Germanium-Einkristallen. Das Institut hat bereits erste Muster erhalten und damit die Wirksamkeit der Tiefenreinigungsmethode zur Verbesserung der Detektorqualität nachgewiesen. Den Angaben zufolge erreicht die Reinheit der betreffenden hochreinen Germanium-Einkristalle mindestens 7N, wobei der Gehalt an Verunreinigungen, die die elektrophysikalischen Parameter des Kristalls beeinflussen, nicht mehr als ein Billionstel beträgt. Im Betrieb muss der Kristall auf etwa 77 K abgekühlt werden, also auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff bei minus 196 °C, um den Einfluss des thermischen Rauschens zu verringern und die Messgenauigkeit zu gewährleisten.

Andrei Butko, Generaldirektor der Abteilung für automatisierte Steuerungssysteme und Elektrotechnik von Rosatom, erklärte, hochreine Germanium-Detektoren gehörten zu den komplexesten und präzisesten Bereichen der russischen Nuklearinstrumentierung und stellten extrem hohe Anforderungen an Materialreinheit und Prozesskontrolle. Derzeit sei der Prozess vom Rohmaterial bis zum hochpräzisen Fertiggerät vollständig in Russland realisiert, was eine schnellere Entwicklung aufgabenspezifischer Lösungen sowie Wartungsdienste und die Planung der Serienfertigung ermögliche. Er erwähnte zudem, dass das betreffende Team bereits vier Spektrometer entwickelt habe und die Pilotprodukte derzeit am NICA-Beschleunigerkomplex getestet würden.

Neben großen wissenschaftlichen Einrichtungen können solche Geräte auch zur Überwachung des Kühlmittelkreislaufs von Kernkraftwerken, zur Dichtheitsprüfung von Brennstoffhüllen, zur Überwachung von Umweltparametern und zur Analyse von Proben vor Ort in Kraftwerken eingesetzt werden. In industriellen und sicherheitsrelevanten Anwendungen können hochreine Germanium-Detektoren zudem hochpräzise Messunterstützung für die geologische Erkundung von Uranlagerstätten und Seltenerdmetallen, die Eingangskontrolle in der Metallurgie und die Zollabfertigung bieten.