Разработка быстрого монитора положения и интенсивности пучка синхротронного излучения для экспериментов по изучению быстропротекающих процессов

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Представлена предлагаемая концепция конструкции и устройства электроники быстрого монитора положения и интенсивности пучка синхротронного излучения. В качестве возможных детекторов для быстрого монитора пучка в статье исследуются сенсоры на основе радиационно-стойких материалов, лейкосапфира и карбида кремния. Испытания детекторов на основе лейкосапфира и карбида кремния показали, что оба материала подходят в качестве фотодетекторов для регистрации быстрых сигналов от коротких вспышек белого пучка синхротронного излучения от каждого сгустка электронов в накопителе. Токовые импульсы, генерируемые детекторами на основе этих материалов, имеют длительность до 20 нс. При этом сигнал, генерируемый сенсором на основе карбида кремния, превышает соответствующий сигнал от сенсора на основе лейкосапфира в 3.9 раза при условии одинаковой толщины сенсоров.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. М. Аульченко

Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук

Email: L.I.Shekhtman@inp.nsk.su
Russian Federation, 630090, Новосибирск, просп. Лаврентьева, 11

А. Е. Винник

Томский государственный университет

Email: L.I.Shekhtman@inp.nsk.su
Russian Federation, 634050, Томск, пр. Ленина, 36

А. А. Глушак

Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный университет; Новосибирский государственный технический университет; Томский государственный университет; Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук; Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук

Email: L.I.Shekhtman@inp.nsk.su

Центр коллективного пользования “Сибирский кольцевой источник фотонов” Института катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук

Russian Federation, 630090, Новосибирск, просп. Лаврентьева, 11; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2; 630073, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20; 634050, Томск, пр. Ленина, 36; 630559, Новосибирская обл., р.п. Кольцово, пр. Никольский, 1; 630090, Новосибирск, ул. Кутателадзе, 18

А. Н. Зарубин

Томский государственный университет

Email: L.I.Shekhtman@inp.nsk.su
Russian Federation, 634050, Томск, пр. Ленина, 36

М. А. Корниевский

Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный технический университет; Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук

Email: L.I.Shekhtman@inp.nsk.su
Russian Federation, 630090, Новосибирск, просп. Лаврентьева, 11; 630073, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20; 630090, Новосибирск, ул. Кутателадзе, 18

М. С. Скакунов

Томский государственный университет

Email: L.I.Shekhtman@inp.nsk.su
Russian Federation, 634050, Томск, пр. Ленина, 36

О. П. Толбанов

Томский государственный университет

Email: L.I.Shekhtman@inp.nsk.su
Russian Federation, 634050, Томск, пр. Ленина, 36

А. В. Тяжев

Томский государственный университет

Email: L.I.Shekhtman@inp.nsk.su
Russian Federation, 634050, Томск, пр. Ленина, 36

Л. И. Шехтман

Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный университет; Томский государственный университет; Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: L.I.Shekhtman@inp.nsk.su
Russian Federation, 630090, Новосибирск, просп. Лаврентьева, 11; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2; 634050, Томск, пр. Ленина, 36; 630090, Новосибирск, ул. Кутателадзе, 18

References

  1. Аульченко В.М., Жуланов В.В., Кулипанов Г.Н. и др. // УФН. 2018.Т. 188. № 6. С. 577. https://doi.org/10.3367/UFNr.2018.01.038339
  2. Aulchenko V.M., Baru S.E., Evdokov O.V. et al. // Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. A. 2010. V. 623. P. 600. http://doi.org/10.1016/j.nima.2010.03.083
  3. Aulchenko V., Ponomarev S., Shekhtman L. et al. // Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. A. 2003. V. 513. P. 388. http://doi.org/10.1016/j.nima.2003.08.067
  4. Shekhtman1 L.I., Aulchenko1 V.M., Bondar A.E. et al. // J. Instrum. 2012. V. 7. P. C03021. http://doi.org/10.1088/1748-0221/7/03/C03021
  5. Aulchenko V., Papushev P., Ponomarev S., Shekhtman L., Zhulanov V. // J. Synchrotron Rad. 2003. V. 10. P. 361. http://doi.org/10.1107/S0909049503009142
  6. Tolochko B.P., Kosov A.V., Evdokov O.V. et al. // Physics Procedia. 2016. V. 84. P. 427. http://doi.org/10.1016/j.phpro.2016.11.072
  7. Piminov P.A., Baranov G.N., Bogomyagkov A.V. et al. // Physics Procedia. 2016. V. 84. P. 19. https://doi.org/10.1016/J.PHPRO.2016.11.005
  8. Aulchenko A., Zhulanov V., Shekhtman L. et al. // Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. A. 2005. V. 543. P. 350. http://doi.org/10.1016/j.nima.2005.01.254
  9. Aulchenko V.M., Evdokov O.V., Shekhtman L.I. et al. // J. Instrum. 2008. V. 3. P05005. http://doi.org/10.1088/1748-0221/3/05/P05005
  10. Aulchenko V.M., Evdokov O.V., Shekhtman L.I. et al. // Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. A. 2009. V. 603. P. 73. http://doi.org/10.1016/j.nima.2008.12.163
  11. Аульченко В.М., О.В. Евдоков, Жогин И.Л. и др. // ПТЭ. 2010. № 3. С. 20. http://doi.org/10.1134/S0020441210030036
  12. Shekhtman L.I., Aulchenko V.M., Kudryavtsev V.N. et al. // Physics Procedia. 2016. V. 84. P. 189. http://doi.org/10.1016/j.phpro.2016.11.033
  13. Aulchenko V.M., Pruuel E.R., Shekhtman L.I. et al. // Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. A. 2017. V. 845. P. 169. http://doi.org/10.1016/j.nima.2016.05.096
  14. Шехтман Л.И., Аульченко В.М., Жуланов В.В. и др.// Известия РАН. Серия Физическая. 2019. Т. 83. № 2. С. 269 http://doi.org/10.3103/S1062873819020254
  15. Shekhtman L.I., Aulchenko V.M., Kudryavtsev V.N. et al. // AIP Conf. Proc. 2020. V. 2299. P. 050004. http://doi.org/10.1063/5.0030393
  16. Shekhtman L., Aulchenko V., Kudashkin D. et al. // Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. A. 2020. V. 958. P. 162655. http://doi.org/10.1016/j.nima.2019.162655
  17. Рубцов И.А., Зубавичус Я.В.., Тен К.А.и др. // Известия РАН. Серия Физическая. 2023. Т. 87. № 5. С. 680. http://dx.doi.org/10.3103/S1062873822701751
  18. https://srf-skif.ru/index.php
  19. http://www.esrf.eu/Instrumentation/software/data-analysis/xop2.4.
  20. Зебрев Г.И. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах высокой степени интеграции. НИЯУ МИФИ. 2010. http://www.нано-е.рф/uploads/files/Zebrev_Radiacionnye_effekty.pdf?ysclid=lrpzxtxbdy 14794400

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic diagram of the experiment for studying fast processes in a SR beam: 1 – SR source, 2 – white SR beam, 3 – fast shutter, 4 – collimator, 5 – explosion chamber, 6 – exploding sample, 7 – detector.

Download (30KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the power density in the SR beam on the vertical coordinate at the “Extreme State of Matter” station at VEPP-4M. The energy of the electron beam in the storage ring is 4.5 GeV, the distance from the source is 43 m: a – the entire SR beam; b – the central part of the beam, the dotted lines indicate the boundaries where the power flux decreases by 0.001 relative to the maximum.

Download (45KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Block diagram of the fast monitor of the position and intensity of the SR beam: 1 – linear translators 2 – photodetectors 3 – SKIF synchronization 4 – detector start 5 – FPGA 6 – ADC 7 – Ethernet interface 8 – communication with the control computer.

Download (254KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Layout of the SR beam monitor: 1 – wiggler 2 – SR beam position monitor 3 – SR beam position monitor sensors 4 – main collimator.

Download (19KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Synchrotron radiation spectra at the Fast Processes station of the SKIF Collective Use Center (curve 1) and at the Extreme State of Matter station at VEPP-4M (curve 2). SKIF: beam energy 3 GeV, current 5 mA in the bunch, wiggler – 40 poles 4.2 T, distance to the detector 100 m. VEPP-4M: beam energy 4.5 GeV, current 10 mA in the bunch, wiggler 9 poles (2 poles 1.2 T, 7 poles 2 T), distance to the detector 43 m. Materials in the channel – 6.7 mm Be and 2 m air. Detector channel area 0.5 × 0.05 mm2.

Download (32KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Photocurrent value during irradiation of SiC sensors, diameter of irradiated area is 25 mm (a) and 5 mm (b). SiC plate has thickness of 320 μm. Voltage on sensor is 500 V, tube current is 500 μA: 1 – plate center, 2 – 10 mm above center, 3 – 10 mm to the right of center, 4 – 10 mm below center, 5 – 10 mm to the left of center.

Download (173KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Photocurrent value during irradiation of sapphire sensors, diameter of irradiated area is 25 mm (a) and 5 mm (b). The sapphire plate has a thickness of 150 μm. Voltage on the sensor is 500 V, tube current is 500 μA: 1 – plate center, 2 – 10 mm above the center, 3 – 10 mm to the right of the center, 4 – 10 mm below the center, 5 – 10 mm to the left of the center.

Download (141KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. a – Layout of sensors on the plate: 1 – microstrip sensors, 2 – pad sensors, 3 – cutting lines; b – photograph of a silicon carbide plate with microstrip and pad sensors.

Download (268KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Connection diagram of a sapphire or silicon carbide sensor to a high voltage source and to an oscilloscope: 1 – sensor housing, 2 – oscilloscope.

Download (43KB)
Indexing metadata
11. Fig.10. Radiation spectrum in the white beam of VEPP-3 SR. Electron energy 2 GeV, magnetic field 2 T, beam current 100 mA.

Download (17KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Signal from SI flashes from a leucosapphire sensor without a quenching resistor. Voltage on the sensor is 500 V, current in the smaller bunch is 36.4 mA.

Download (27KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. Signal from SI flashes from a leucosapphire sensor with a 500 Ohm quenching resistor. Voltage on the sensor is 500 V, current in the smaller bunch is 29.3 mA.

Download (29KB)
Indexing metadata
14. Fig. 13. Signals from the leucosapphire sensor at different voltage values ​​on the sensor.

Download (40KB)
Indexing metadata
15. Fig. 14. Signals from the silicon carbide sensor at different sensor voltage values.

Download (34KB)
Indexing metadata
16. Fig. 15. The magnitude of the signal from the strip at the peak for a sensor made of 150 µm thick leucosapphire (curve 1, left scale) and 320 µm thick silicon carbide (curve 2, right scale). The electron bunch current in VEPP-3 is 35.4 mA, the irradiation area is 0.9 × 12 mm2.

Download (27KB)
Indexing metadata
17. Fig. 16. Dependence of the total charge formed in the sensor made of leucosapphire (curve 1, left scale) and silicon carbide (curve 2, right scale) on the voltage on the sensor.

Download (27KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences