No 6 (2023)
ТЕХНИКА ЯДЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ТРЕХКАСКАДНОГО ГАЗОВОГО ЭЛЕКТРОННОГО УМНОЖИТЕЛЯ
Abstract
В НИЯУ МИФИ создана экспериментальная установка для исследования спектрометрических характеристик газовых смесей для каскадных газовых электронных усилителей (ГЭУ), которые широко используются в современных трековых детекторах, черенковских детекторах, детекторах синхротронного излучения для постановки экспериментов в области физики высоких энергий. В статье приводятся результаты исследований характеристик газовой смеси для ГЭУ, применяемых в международном эксперименте BM@N (ОИЯИ, г. Дубна). Отмечена возможность использования данной установки для проведения лабораторных работ в сопровождении магистерских курсов по направлению “Ядерная физика и технологииˮ.
Тонкостенные дрейфовые трубки с резистивным катодом из DLC и внешним стриповым считыванием сигнала
Abstract
Разработаны, изготовлены и испытаны образцы тонкостенных дрейфовых трубок (строу) с резистивным катодом и внешним стриповым считыванием. Катодный цилиндр строу изготовлен по технологии ультразвуковой сварки из лавсановой пленки. В качестве катода используется резистивное покрытие из алмазоподобного углерода (Diamond Like Carbon – DLC). Показана возможность считывания наведенного катодного сигнала с кольцевых электродов (стрипов), расположенных на внешней стороне катодного цилиндра строу. Использование метода центра тяжести для сигналов со стрипов позволяет с хорошей точностью определить координату события вдоль анодной проволочки.
ЭЛЕКТРОНИКА И РАДИОТЕХНИКА
Волноводный детектор мощности трехмиллиметрового диапазона с низким коэффициентом отражения
Abstract
Представлен корпусной детектор мощности, выполненный в волноводе стандартного сечения 2.4 × 1.2 мм2 для трехмиллиметрового диапазона длин волн с достаточно хорошим для этого типа устройств согласованием. В конструкции используются низкобарьерные диоды, изготовленные на структуре отечественного производства. Приводятся расчетные и экспериментальные характеристики детекторов, такие как частотная зависимость чувствительности и уровень коэффициента стоячей волны (КСВ). Показано, что средняя чувствительность детекторов по диапазону составляет более 1000 В/Вт, а КСВ имеет значение не более 3.
Генератор высоковольтных наносекундных импульсов на основе динисторов с ударной ионизацией
Abstract
Описан генератор мощных наносекундных импульсов, состоящий из четырех эстафетно включающихся каскадов. Каждый каскад содержит накопительный конденсатор с рабочим напряжением 8 кВ и блок последовательно соединенных динисторов с ударной ионизацией. Показана возможность коммутации в нагрузку 30 Ом импульсов тока с амплитудой 800 А и фронтом 4 нс, следующих с частотой 100 Гц. Определены перспективы увеличения выходного напряжения и выходной энергии генератора.
ОБЩАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА
Плазменная установка мк-200
Abstract
Плазменные потоки с высокой скоростью, плотностью и энергосодержанием находят широкое применение в исследованиях по взаимодействию плазмы с материалами, моделированию астрофизических процессов, разработке плазменных двигателей и плазменных источников излучения, инжекции плазмы в термоядерные установки. Для генерации таких потоков могут быть использованы электродинамические плазменные ускорители. В данной работе описаны конструктивные особенности мощного импульсного плазменного ускорителя и диагностические средства для измерения параметров генерируемого им плазменного потока.
Метод измерения диаграммы направленности рассеянного излучения из лазерной плазмы с использованием засвеченной фотобумаги
Abstract
Предложен метод регистрации пространственного распределения рассеянного из лазерной плазмы излучения в широком угловом диапазоне, вплоть до 4π, с использованием предварительно засвеченной и проявленной фотобумаги. Метод позволяет получить диаграмму направленности рассеянного излучения с достаточно высоким пространственным и угловым разрешением. Выполнив калибровку чувствительности фотобумаги, можно измерить величину энергии рассеянного излучения, ее пространственное распределение и определить интегральную величину потерь энергии на рассеяние в широком спектральном диапазоне от УФ- до ИК-области.
Калибровка детекторных пленок Imaging Plates для регистрации заряженных частиц
Abstract
Информация об эмитируемых заряженных частицах плазмой сильноточных разрядов представляет интерес как с точки зрения понимания фундаментальных процессов, происходящих в импульсной плазме, так и для прикладных задач. Компактные магнитные спектрометры на основе постоянных магнитов позволяют проводить измерения потока заряженных частиц от плазмы в условиях сильных электромагнитных наводок. Пленочные детекторы Imaging Plate (IP) являются одними из наиболее часто используемых типов детекторов для регистрации заряженных частиц в лазерно-плазменных и электроразрядных экспериментах. В данной работе представлены результаты калибровки пленки IP BAS-MS при регистрации электронов и пленки IP BAS-TR при регистрации ионов гелия и вольфрама. Получены калибровочные зависимости чувствительности пленки BAS-MS для электронов в диапазоне энергий 0.65–50 МэВ и чувствительности пленки BAS-TR для ионов вольфрама в диапазоне энергий от 20 эВ до 650 кэВ с учетом углов падения частиц на детектор.
Инициация объемного тлеющего разряда атмосферного давления в цилиндрической трубке с помощью слаботочного поверхностного разряда в аргоне
Abstract
Экспериментально получен самостоятельный объемный тлеющий разряд при атмосферном давлении в атмосфере аргона. Объемный тлеющий разряд реализуется в электродной системе, состоящей из тонкой металлической проволоки и металлической сетки с диэлектрическим барьером, и зажигается с помощью вспомогательного разряда – слаботочного поверхностного разряда, инициируемого на торце стеклянной трубки по поверхности диэлектрика между катодом в форме острия и цилиндрическим металлическим анодом.
Калибровочный пучок вторичных электронов низких энергий ускорителя ФИАН “Пахра”
Abstract
Представлены характеристики калибровочного пучка вторичных электронов ускорителя “Пахра” Физического института им. П.Н. Лебедева РАН на основе магнита СП-3. Энергетическое разрешение пучка с медным конвертором толщиной 2 мм в диапазоне энергий электронов E = 5–100 МэВ составило δ ≈ 10%.
МЕТОД ДЕТЕКТИРОВАНИЯ НАНОМЕТРОВЫХ КОЛЕБАНИЙ ДЛИНЫ В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СЕНСОРАХ С ПОМОЩЬЮ СЛЕДЯЩЕГО ТАНДЕМНОГО НИЗКОКОГЕРЕНТНОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА
Abstract
Предложен метод детектирования изменений длины оптического резонатора, предназначенный для волоконно-оптических сенсоров, построенных по схеме интерферометра Фабри–Перо. Показана возможность детектирования колебаний длины резонатора на субнанометровом уровне в полосе частот 1.5–300 кГц. Чувствительность составила 0.3 нм по среднеквадратичному отклонению. Предложенная схема позволяет надежно выделять высокочастотные колебания на фоне медленных дрейфов длины сенсора, вызванных температурными колебаниями или деформациями.
МЕТОДИКА ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ОШИБОК ПРИ РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРОВ МАГНИТНОГО КРУГОВОГО ДИХРОИЗМА В ОТРАЖЕННОМ СВЕТЕ
Abstract
Описана методика оперативного контроля достоверности данных спектроскопии магнитного кругового дихроизма в отраженном свете, основанная на измерении полярного магнитооптического эффекта Керра при нормальном падении света на образец с использованием метода фазовой модуляции световой волны с помощью фотоупругого модулятора. Представленная методика предполагает в процессе сканирования по спектру измерение амплитуд сигналов на “нулевой” (V=) и удвоенной (V2f ) частотах f фазовой модуляции в скрещенных поляризаторах. При этих измерениях постоянство отношения V2f /V= во всем спектральном диапазоне является подтверждением достоверности данных спектроскопии. Выполнен анализ возможных инструментальных погрешностей, приводящих к искажению формы регистрируемого спектра. Работоспособность и эффективность методики иллюстрируется на примере измерения спектра магнитного кругового дихроизма пленки MnAs.
Светосильный спектрометр-полихроматор высокого разрешения, оснащенный научными кмоп-камерами, для спектроскопической диагностики плазмы токамаков
Abstract
Описан усовершенствованный прототип спектрометра-полихроматора высокого разрешения (СПВР), разработанного для спектроскопической диагностики плазмы, в частности, для активной спектроскопической диагностики на установке ИТЭР. Активная спектроскопия позволяет измерять такие параметры плазмы, как профили ионной температуры, скорости тороидального и полоидального вращения, концентрации легких примесей. Спектрометр оборудован несерийными высокопроизводительными компактными научными КМОП-камерами с низким уровнем шумов, широким динамическим диапазоном, высокой квантовой эффективностью и практически 100-процентным рабочим циклом. В основе спектрометра лежат три пропускающие голограммные дифракционные решетки, обеспечивающие работу одновременно в трех спектральных диапазонах: 468 ± 5 нм, 529 ± 5 нм и 656 ± 6 нм. Представлены результаты измерения основных технических параметров камер, пропускающих дифракционных решеток и спектрометра в целом. Было установлено соответствие характеристик разработанного спектрометра требованиям, предъявляемым к спектроскопическому оборудованию, необходимому для измерений методом активной спектроскопии на установке ИТЭР.
Малогабаритная эксилампа с длиной волны 172 нм
Abstract
Описана конструкция и приведены параметры малогабаритной эксилампы, имеющей оригинальный отпаянный излучатель, изготовленный из кварцевой трубки с внешним диаметром 21 мм. Исследованы характеристики излучения ксенона в вакуумной ультрафиолетовой области спектра. На полосе второго континуума ксенона, имеющего максимум на длине волны λ ≈ 172 нм, при частоте следования импульсов 96 кГц получена плотность мощности излучения 30 мВт/см2. Эксилампа использована для возбуждения полиметилметакрилата, в котором зарегистрирована полоса фотолюминесценции в области спектра 380–480 нм.
Измеритель внутренней квантовой эффективности светодиода
Abstract
Приведены описание и характеристики разработанного измерителя внутренней квантовой эффективности (ВКЭ) InGaN-светодиодов. Измеритель позволяет определять ВКЭ светодиодов в диапазоне токов до 25 мА путем измерения ватт-амперной характеристики и решения системы уравнений, связывающих значения мощности излучения светодиода при двух токах с аппроксимирующей функцией, полученной на основе ABC-модели (модели рекомбинации носителей заряда в светоизлучающей гетероструктуре, где A, B и C – коэффициенты безызлучательной, излучательной и оже-рекомбинации соответственно). В отличие от известных российских и зарубежных аналогов, измеритель ВКЭ характеризуется простотой аппаратной реализации и позволяет определять ВКЭ светодиодов при комнатной температуре. Работа измерителя апробирована на примере измерения ВКЭ коммерческих InGaN-светодиодов зеленого и синего свечения. Измеритель может быть использован в научных лабораториях, а также во входном контроле предприятий – изготовителей светодиодной продукции.
Распределение магнитного поля в зазоре между двумя постоянными магнитами: расчетные и экспериментальные данные, а также их примененение
Abstract
Проведены теоретические и экспериментальные исследования распределения магнитного поля в пространстве между двумя постоянными магнитами цилиндрической формы со сквозными отверстиями в центре. В середине пространства размерами 2 × 2 × 2 мм3 вблизи оси симметрии обнаружено магнитное поле с неоднородностью не более чем 3%, а в области 1 × 1 × 1 мм3 – менее 1%. На основе расчетных и экспериментальных результатов разработана и изготовлена установка для определения постоянной Верде (V) с применением постоянных магнитов из неодима. Определены магнитооптические постоянные для образцов оптической керамики из Tb2O3 и Tb3Ga5O12 на длинах волн 0.628 и 1.06 мкм.
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ЭКОЛОГИИ, МЕДИЦИНЫ, БИОЛОГИИ
Лабораторная установка для повышения технологического выхода 123I при облучении протонами мишени с 124Xe
Abstract
Одним из способов получения 123I является облучение протонами газообразного 124Xe, в среде которого происходят ядерные реакции, приводящие к образованию и распаду изотопов 123Xe и 123I. По окончании облучения газовую фазу конденсируют из мишенного устройства в специальную “распадную” емкость, в которой в процессе распада 123Xe происходит образование и накопление целевого изотопа 123I. За время облучения в мишенном устройстве образуется и оседает на его стенках количество 123I, сопоставимое с получаемым в ”распадной” емкости. Для повышения общего выхода 123I была создана лабораторная установка и отработан технологический процесс извлечения 123I со стенок мишени. Для этого использовались органические растворители – ацетон и диэтиловый эфир. При смывании со стенок мишенного устройства с алюминиевым корпусом доля извлекаемого 123I составляет не менее 84%. Потери при последующей вакуумной отгонке растворителей не превышают 5%. После вакуумной отгонки выделенный 123I растворяется в NaOH. На этом этапе эффективность смыва 123I раствором 0.01 M NaOH составляет не менее 95%. Однако даже с учетом этих потерь предложенный способ дает возможность дополнительно извлекать из мишенного устройства радионуклид 123I в количестве равном или превышающем активность нарабатываемого 123I по существующей технологии.
Повышение чувствительности нейтринного телескопа Baikal-GVD с помощью внешних гирлянд оптических модулей
Abstract
В оз. Байкал продолжается развертывание глубоководного нейтринного телескопа Baikal-GVD. К апрелю 2022 г. было введено в эксплуатацию 10 кластеров телескопа, в состав которых входит 2880 оптических модулей. Одной из актуальных задач Байкальского проекта является исследование возможности увеличения эффективности регистрации детектора на основе опыта его эксплуатации и результатов, полученных на других нейтринных телескопах за последние годы. В данной работе рассматривается вариант оптимизации конфигурации телескопа путем установки дополнительной гирлянды оптических модулей между кластерами детектора (внешней гирлянды). Экспериментальная версия внешней гирлянды была установлена в оз. Байкал в апреле 2022 г. В работе представлены результаты расчетов эффективности регистрации нейтринных событий для новой конфигурации установки, техническая реализация системы регистрации и сбора данных внешней гирлянды и первые результаты ее натурных испытаний в оз. Байкал.
Исследование работы детектора пролета высокоскоростных заряженных микрочастиц для времяпролетного масс-спектрометра
Abstract
В работе рассмотрены различные конструкции детекторов пролета заряженных микрочастиц, которые могут быть установлены на масс-спектрометры с целью регистрации момента пролета микрочастицы и инициации процесса измерения. Наибольший диапазон регистрируемых масс и скоростей показала конструкция детектора, изготовленная на основе диэлектрического основания (PLA-пластик) с использованием 3D-принтера и нихромовой нити.
Исследование работы оптического датчика для регистрации параметров высокоскоростных пылевых частиц
Abstract
Приведено описание датчика микрометеороидов и частиц космического мусора, основанного на регистрации отраженного и рассеянного лазерного излучения при прохождении частицы через оптический барьер. Предложена конструкция первичного преобразователя датчика, проведен теоретический анализ разрешающей способности, а также описание его схемотехнической реализации. Проведено моделирование с использованием метода трассировки лучей в специализированном программном обеспечении.
СВЧ-комплекс для создания при атмосферном давлении низкотемпературной плазмы
Abstract
Представлен универсальный аппаратный комплекс для генерации традиционной низкотемпературной плазмы и двух типов нетермальной плазмы атмосферного давления. Основой комплекса является малобюджетный магнетронный СВЧ-генератор, применяемый в СВЧ-печах бытового и промышленного назначения. В модельных опытах с культурами микроорганизмов подтверждены биоцидные свойства генерируемой аргоновой нетермальной плазмы. Установлены стерилизующие свойства плазмы при обработке поверхности семенного материала.
Новый метод подавления артефактов движения в спектральной оптической когерентной томографии
Abstract
Описан новый метод обработки сигналов спектральной оптической когерентной томографии, который предназначен для эффективного подавления артефактов движения в условиях большой глубины зондирования. Особенности этого метода позволили применить его в составе отоскопической системы спектральной оптической когерентной томографии, что обеспечило высокое качество визуализации в реальном времени.
Установка для изучения лазерного воздействия на биоткани
Abstract
Описана установка для исследования процессов лазерного воздействия на различные материалы, в том числе на биоткань. Система позволяет получать термограммы поверхности образца, проводить высокоскоростную видеосъемку и регистрировать акустические сигналы в широком диапазоне час-тот в процессе проведения экспериментов. Тестирование системы проведено с использованием импульсного наносекундного высокочастотного лазерного источника с длиной волны 3.03 мкм. Воздействие на образцы осуществлялось импульсами длительностью 1.5 нс и частотой 8 МГц. Показано, что с помощью использования лазерной системы можно получать разрезы на биотканях различных типов без карбонизации. Полученные экспериментальные данные позволили уточнить механизм воздействия лазерного излучения на поверхность водонасыщенных биологических тканей.
ЛАБОРАТОРНАЯ ТЕХНИКА
РАСШИРЕНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СКАНИРУЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ ПРИ ДЕТЕКТИРОВАНИИ ОБРАТНОРАССЕЯННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ
Abstract
Приводятся новые возможности режима детектирования обратнорассеянных электронов в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ). Получила дальнейшее развитие методика определения химического состава зондируемого участка образца по предварительно откалиброванной шкале серого экрана СЭМ. Приведены простые соотношения для практического применения при нахождении толщин тонких пленок на массивной подложке. Определены параметры двойного слоя пленочной наноструктуры на подложке, т.е. глубины залегания и толщины подповерхностных фрагментов микрообъекта. Предложена методика измерения поверхностного потенциала отрицательно заряжающихся диэлектрических образцов при облучении электронами средних энергий.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЧЕТЧИКА КОРРЕЛЯЦИЙ
Abstract
Систематическая ошибка измерения длительности вспышек счетчиком корреляций, построенным нами ранее на основе цифрового осциллографа и компьютера, уменьшена на 1–2 нс путем математической обработки входных импульсов и коррекции времен их регистрации. Разброс измерения длительности и задержки вспышек не меняется при включении коррекции. Методика протестирована на модельных вспышках, уточнено время вспышек сонолюминесценции. Счетчик может применяться для измерения других быстропротекающих событий, например в ядерной физике.
Установка для определения контактного электрического сопротивления высокотемпературных материалов
Abstract
Описана установка для определения контактного электрического сопротивления, измеряемого с использованием двух поверхностных точечных потенциальных зондов, установленных на одинаковом расстоянии от контактной поверхности. Общее число парных зондов, расположенных на различном расстоянии от контактной поверхности, равно четырем. Диапазон температуры отнесения составляет 380–1500 К. Измерения могут проводиться в вакууме и на воздухе. Установка позволяет исследовать контактное сопротивление при постоянном токе, сила тока может меняться от 20 до 120 А. Первые тестовые эксперименты показали, что смена полярности тока не влияет на вольт-амперную характеристику, измеренную как на монолитном образце, так и на образце, имеющем одну неподвижную контактную поверхность.
Экспресс-метод импедансной спектроскопии твердотельных образцов малых размеров на частотах 20 кГц–1 ГГц
Abstract
Предложена простая и эффективная методика экспресс-диагностики материалов, позволяющая максимально оперативно проводить подготовку образцов, собственно измерения и получение данных о материальных параметрах, в частности, о дисперсии диэлектрической проницаемости. Разработан экспресс-метод импедансной спектроскопии образцов малых размеров на частотах от 20 кГц до 1 ГГц на базе векторного анализатора цепей, с использованием конусной коаксиальной измерительной ячейки и переходников для присоединения двухполюсных объектов к коаксиальному входу прибора. Измерительная ячейка рассчитана для дисковых образцов с диаметром до 6 мм при максимальном объеме до 0.1 см3, а также для образцов в виде прямоугольных пластин, которые можно вписать в окружность того же диаметра. Переходники позволяют также подключать двухполюсники в виде сосредоточенных навесных или элементов поверхностного монтажа. В отличие от измерений в коаксиальном тракте, в предлагаемой методике не требуется обеспечения точного присоединительного поперечного размера, что позволяет оперативно производить пробоподготовку. Рассмотрены вопросы определения частотного диапазона, в котором погрешность измерения не превышает допускаемую величину. Предложен способ увеличения верхней границы рабочей частоты измерительной ячейки с исследуемым образцом с помощью дополнительной калибровки. Разработанная программа управления процессами стандартной и дополнительной калибровки, процессом измерений в определенном диапазоне частот, на которых погрешность измерения не превышает допускаемую величину, позволяет получить значения сопротивлений, емкости, индуктивности и других электрических характеристик измерительной ячейки с исследуемым образцом в течение нескольких секунд.
Методика определения плотности и скорости импульсных газовых потоков миллисекундной длительности
Abstract
Разработан стенд для исследования импульсных газовых потоков на коротких (до 1 мс) временах и представлена методика обработки экспериментальных данных. На основе данных высокоскоростной кадровой интерферометрии и по результатам измерения динамического давления определяются пространственные и временные распределения плотности и скорости потока гелия. Описан оптимальный метод восстановления пространственных распределений плотности с учетом экспериментальных погрешностей. Приведенная методика позволяет характеризовать газовые потоки с плотностью более 0.0001 кг/м3 и скоростью более 400 м/с.
ЗАМКНУТЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ В ОБЛАСТИ ТЕМПЕРАТУР 1000–2500 К
Abstract
Описан замкнутый бесконтактный метод сходящихся радиальных температурных волн, создаваемых при высокочастотном индукционном модулированном нагреве образца цилиндрической формы. Метод предназначен для исследования теплофизических свойств металлов и сплавов в области высоких температур. Для реализации метода создана экспериментальная установка на базе современной аппаратуры. По данным эксперимента теплофизические параметры определяются со следующими погрешностями: температуропроводность – 2%; теплоемкость – 3%; теплопроводность – 5%; удельное электросопротивление – 1.4%; мощность – 2%. После этого вычисляются плотность, коэффициент объемного теплового расширения, электронная и решеточная теплопроводность, объемная теплоемкость, коэффициент теплоусвоения, монохроматическая и интегральная степени черноты, энтальпия, энтропия, энергия Гиббса. На конкретном примере при исследовании сплава замещения и сплава внедрения показаны преимущества замкнутого метода.
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ДЕМОНСТРАЦИОННОГО И УЧЕБНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Портативная камера Вильсона для натурной демонстрации явлений ядерной физики
Abstract
Представлена портативная конструкция камеры Вильсона. Приведено описание устройств, входящих в состав конструкции камеры, и их основные технические характеристики. Проведены многократные испытания установки, выявлены ее основные параметры функционирования, а также требуемые параметры системы охлаждения. Данная конструкция камеры Вильсона применяется в качестве научного, лабораторного и демонстрационного оборудования.