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

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. М. Аульченко

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

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

А. Е. Винник

Томский государственный университет

Email: L.I.Shekhtman@inp.nsk.su
Россия, 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

Россия, 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
Россия, 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
Россия, 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
Россия, 634050, Томск, пр. Ленина, 36

О. П. Толбанов

Томский государственный университет

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

А. В. Тяжев

Томский государственный университет

Email: L.I.Shekhtman@inp.nsk.su
Россия, 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

Автор, ответственный за переписку.
Email: L.I.Shekhtman@inp.nsk.su
Россия, 630090, Новосибирск, просп. Лаврентьева, 11; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2; 634050, Томск, пр. Ленина, 36; 630090, Новосибирск, ул. Кутателадзе, 18

Список литературы

  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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема эксперимента по изучению быстропротекающих процессов на пучке СИ: 1 – источник СИ, 2 – белый пучок СИ, 3 – быстрый затвор, 4 – коллиматор, 5 – взрывная камера, 6 – взрывающийся образец, 7 – детектор.

Скачать (30KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость плотности мощности в пучке СИ от вертикальной координаты на станции “Экстремальное состояние вещества” на ВЭПП-4М. Энергия пучка электронов в накопителе 4.5 ГэВ, расстояние от источника 43 м: а – весь пучок СИ; б – центральная часть пучка, пунктирными линиями обозначены границы, где поток мощности уменьшается на 0.001 относительно максимума.

Скачать (45KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Блок-схема быстрого монитора положения и интенсивности пучка СИ: 1 – линейные трансляторы 2 – фотодетекторы 3 – синхронизация СКИФ 4 – запуск детектора 5 – ПЛИС 6 – АЦП 7 – интерфейс Ethernet 8 – связь с управляющим компьютером.

Скачать (254KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схема расположения монитора пучка СИ: 1 – вигглер 2 – монитор положения пучка СИ 3 – сенсоры монитора положения пучка СИ 4 – основной коллиматор.

Скачать (19KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры синхротронного излучения на станции “Быстропротекающие процессы” ЦКП СКИФ (кривая 1) и на станции “Экстремальное состояние вещества” на ВЭПП-4М (кривая 2). СКИФ – энергия пучка 3 ГэВ, ток 5 мА в сгустке, вигглер – 40 полюсов 4.2 Тл, расстояние до детектора 100 м. ВЭПП-4М – энергия пучка 4.5 ГэВ, ток 10 мА в сгустке, вигглер 9 полюсов (2 полюса 1.2 Тл, 7 полюсов 2 Тл), расстояние до детектора 43 м. Материалы в канале – 6.7 мм Ве и 2 м воздуха. Площадь канала детектора 0.5 × 0.05 мм2.

Скачать (32KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Величина фототока при облучении SiC-сенсоров, диаметр облучаемой области 25 мм (а) и 5 мм (б). Пластина SiC имеет толщину 320 мкм. Напряжение на сенсоре 500 В, ток трубки 500 мкА: 1 – центр пластины, 2 – 10 мм выше от центра, 3 – 10 мм справа от центра, 4 – 10 мм ниже от центра, 5 – 10 мм слева от центра.

Скачать (173KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Величина фототока при облучении сапфировых сенсоров, диаметр облучаемой области 25 мм (а) и 5 мм (б). Пластина сапфира имеет толщину 150 мкм. Напряжение на сенсоре 500 В, ток трубки 500 мкА: 1 – центр пластины, 2 – 10 мм выше от центра, 3 – 10 мм справа от центра, 4 – 10 мм ниже от центра, 5 – 10 мм слева от центра.

Скачать (141KB)
Метаданные
9. Рис. 8. a – Схема расположения сенсоров на пластине: 1 – микрополосковые сенсоры, 2 – pad-сенсоры, 3 – линии разреза; б – фотография пластины карбида кремния с микрополосковыми и pad-сенсорами.

Скачать (268KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Схема присоединения сенсора из лейкосапфира или карбида кремния к источнику высокого напряжения и к осциллографу: 1 – корпус сенсора, 2 – осциллограф.

Скачать (43KB)
Метаданные
11. Рис.10. Спектр излучения в белом пучке СИ ВЭПП-3. Энергия электронов 2 ГэВ, магнитное поле 2 Тл, ток пучка 100 мА.

Скачать (17KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Сигнал от вспышек СИ с сенсора из лейкосапфира без гасящего резистора. Напряжение на сенсоре 500 В, ток в меньшем сгустке 36.4 мА.

Скачать (27KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Сигнал от вспышек СИ с сенсора из лейкосапфира с гасящим резистором 500 Ом. Напряжение на сенсоре 500 В, ток в меньшем сгустке 29.3 мА.

Скачать (29KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Сигналы от сенсора из лейкосапфира при различных значениях напряжения на сенсоре.

Скачать (40KB)
Метаданные
15. Рис. 14. Сигналы от сенсора из карбида кремния при различных значениях напряжения на сенсоре.

Скачать (34KB)
Метаданные
16. Рис. 15. Величина сигнала от полоски в пике для сенсора из лейкосапфира толщиной 150 мкм (кривая 1, левая шкала) и карбида кремния толщиной 320 мкм (кривая 2, правая шкала). Ток электронного сгустка в ВЭПП-3 составляет 35.4 мА, площадь облучения равна 0.9 × 12 мм2.

Скачать (27KB)
Метаданные
17. Рис. 16. Зависимость полного заряда, образующегося в сенсоре из лейкосапфира (кривая 1, левая шкала) и карбида кремния (кривая 2, правая шкала), от напряжения на сенсоре.

Скачать (27KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024