No 4 (2023)
ТЕХНИКА ЯДЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
ЭНЕРГОУГЛОВЫЕ КОРРЕЛЯЦИИ ПРИ НЕУПРУГОМ РАССЕЯНИИ МЕЧЕНЫХ НЕЙТРОНОВ НА ЯДРАХ УГЛЕРОДА, АЗОТА И КИСЛОРОДА
Abstract
Результаты нейтронного анализа состава вещества методом меченых нейтронов весьма чувствительны к погрешности измерения параметров пиков в γ-спектре. Это приводит к необходимости учета эффекта Доплера, приводящего к сдвигу и уширению пиков γ-спектра, а также анизотропии выхода γ-квантов в зависимости от угла между направлениями движения меченых нейтронов и регистрируемых γ-квантов. В работе приводятся результаты экспериментальных угловых зависимостей сдвига и интенсивности (относительной площади) пиков спектра γ-квантов из ядер углерода, азота, кислорода, измеренных на установке с мечеными нейтронами. Влияние эффекта Доплера и анизотропии углового распределения в устройствах с мечеными нейтронами проявляется при анализе протяженных объектов, при многоуровневом расположении γ-детекторов, когда γ-кванты попадают на детекторы под различными углами относительно потока меченых нейтронов.
ИЗМЕРЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ ДЕЙТЕРИЕВОГО АТОМНОГО ПУЧКА С ПОМОЩЬЮ ПОЛЯРИМЕТРА ЛЭМБОВСКОГО СДВИГА
Abstract
Описан криогенный источник поляризованных атомов дейтерия, который используется в эксперименте по измерению анализирующих способностей реакции фотодезинтеграции дейтрона на электронном накопителе ВЭПП-3 ИЯФ СО РАН. Измерена эффективность переходов атомов в заданное энергетическое состояние в блоке среднего магнитного поля (Medium Field Transition (MFT)), в блоке сильного поля (Stong Field Transition (SFT)), а также при совместной работе этих блоков. Измерения проведены с помощью поляриметра лэмбовского сдвига. Измеренная эффективность блоков составила более 90%. Приведена процедура определения фона в поляриметре. Применение откачки в камере ионизатора должно привести к существенному уменьшению фонового сигнала.
ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ МАТРИЦ КРЕМНИЕВЫХ ФОТОУМНОЖИТЕЛЕЙ ПРИ КРИОГЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
Abstract
Исследована работа матриц Si-ФЭУ MPPC S13360-6050PE с параллельным и последовательным подключением элементов в условиях эксперимента с двухфазным детектором, а также выполнены теоретические расчеты характеристик сигналов таких матриц. Показано, что длительность сигнала при последовательном соединении Si-ФЭУ с хорошей точностью не изменяется, а при параллельном соединении увеличивается с увеличением числа Si-ФЭУ в матрице. В пределах ошибок интегральная амплитуда сигнала при параллельном соединении не зависит от числа элементов в матрице, а при последовательном соединении наблюдается ее ожидаемое падение, обратно пропорциональное числу элементов в матрице. По результатам данной работы для дальнейшего использования в двухфазном криогенном детекторе темной материи выбрана матрица Si-ФЭУ, состоящая из четырех элементов, соединенных параллельно, так как для такой матрицы продемонстрирована надежная регистрация однофотоэлектронных импульсов, при этом длительность сигнала остается приемлемой.
ВРЕМЕННОЕ РАЗРЕШЕНИЕ И СВЕТОВЫХОД ОБРАЗЦОВ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ ДЕТЕКТОРОВ ДЛЯ ВРЕМЯПРОЛЕТНОГО ДЕТЕКТОРА НЕЙТРОНОВ ЭКСПЕРИМЕНТА BM@N
Abstract
Для идентификации нейтронов, образующихся в ядро-ядерных столкновениях при энергиях до 4 АГэВ в эксперименте BM@N с фиксированной мишенью на Нуклотроне (ОИЯИ, Дубна), и измерения их энергии планируется создать новый компактный времяпролетный детектор нейтронов. Этот детектор будет использоваться для измерения выходов и азимутальных потоков нейтронов, которые, как показано в различных теоретических моделях, должны быть чувствительны к уравнению состояния плотной ядерной материи. В качестве чувствительных элементов для активных слоев детектора нейтронов предлагается использовать пластиковые сцинтилляторы российского производства, а для регистрации фотонов − кремниевые фотоумножители с чувствительной площадью 6 × 6 мм2, по одному на каждую сцинтилляционную ячейку. Для достижения требуемого разрешения (порядка нескольких процентов) по энергии нейтронов в диапазоне энергий нейтронов до 4 ГэВ временное разрешение сцинтилляционных детекторов должно быть 100−150 пс. Обсуждается концепция времяпролетного нейтронного детектора. Приводятся результаты проведенных измерений световыхода и временного разрешения ряда образцов сцинтилляционных детекторов различных размеров. Результаты получены при использовании кремниевых фотоумножителей двух типов.
СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ ДЕТЕКТОРЫ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ДЛЯ ЧЕРЕНКОВСКОГО НЕЙТРИННОГО ДЕТЕКТОРА
Abstract
Представлены результаты измерений параметров сцинтилляционных вето-детекторов, которые планируется установить в промежуточном водном черенковском детекторе проекта Гипер-Камиоканде. Вето-детекторы представляют собой дисковые сцинтилляторы с вклеенными спектросмещающими волокнами и компактными фотоприемниками – кремниевыми фотоумножителями. Показано, что эффективность регистрации космических мюонов такими детекторами превышает 99%.
СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ГОДОСКОП ЭКСПЕРИМЕНТА СПАСЧАРМ НА УСКОРИТЕЛЬНОМ КОМПЛЕКСЕ У-70
Abstract
Представлен сцинтилляционный волоконный годоскоп высокого разрешения с использованием многоанодных фотоэлектронных умножителей. Подробно изложена технология изготовления волоконных кассет и их монтажа в корпус детектора, приведены функциональная схема дискриминатора анодных сигналов, а также характеристики годоскопа при работе в составе экспериментальной установки на пучках канала 14 ускорительного комплекса У-70.
ЭЛЕКТРОНИКА И РАДИОТЕХНИКА
Режекторные фильтры, изготовленные методом 3D-печати, для систем СВЧ-диагностики установок УПРАВЛЯМОГО ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА
Abstract
Обсуждается возможность применения технологии 3D-печати с последующей металлизацией при изготовлении полосовых волноводных режекторных фильтров, предназначенных для обеспечения работы чувствительной приемной аппаратуры в экспериментах по коллективному томсоновскому рассеянию на флуктуациях плотности электронов плазмы, в которых используется мощное (до нескольких сотен киловатт) зондирующее излучение. Создан двухрезонаторный прототип фильтра, исследованы его характеристики и опробована работа в реальных условиях. Полученные результаты указывают на перспективность использованной технологии. С учетом того, что такие фильтры играют ключевую роль в обеспечении электромагнитной совместимости диагностической приемной аппаратуры и гиротрона, предложенная технология изготовления СВЧ-компонентов открывает возможности, представляющие интерес для широкого круга исследователей.
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ СИГНАЛА РАСКАЧКИ ПЬЕЗОИЗЛУЧАТЕЛЯ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГО ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО КОМПЛЕКСА
Abstract
Описаны усилители сигнала раскачки пьезоизлучателей аппаратного обеспечения гидроакустичес-кого исследовательского комплекса, предназначенные для усиления кратковременных сигналов с амплитудной, частотной и фазовой модуляцией на частоте 1 МГц. Особенностью линейного усилителя сигналов с амплитудной модуляцией является применение усилителя с токовой обратной связью, характеризующегося высокими скоростными свойствами. Особенность ключевого усилителя сигналов с постоянной амплитудой (частотная и фазовая модуляция) – это применение оптопар в схеме формирователя управляющих импульсов выходных MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor), что обеспечило симметрию импульсов. Высокая скважность усиливаемых сигналов позволила избежать необходимости в специальных теплоотводах и выполнить простую и компактную реализацию схем. Коэффициент усиления линейного усилителя составил 18 дБ, максимальная амплитуда выходного сигнала – 80 В, ключевого – 26 дБ и 200 В соответственно. Приведены конкретные схемотехнические решения.
Динисторный коммутатор мощных наносекундных импульсов
Abstract
Описан мощный коммутатор на основе блока динисторов с ударной ионизацией, который имеет рабочее напряжение 16 кВ и способен на частоте 300 Гц коммутировать наносекундные импульсы тока с амплитудой ~3 кА. Приведены результаты компьютерного моделирования процесса его включения, определены перспективы увеличения коммутируемой мощности.
Сравнительное исследование коммутаторов мощных наносекундных импульсов на основе последовательно соединенных блоков динисторов с ударной ионизацией
Abstract
Описаны два типа коммутаторов мощных импульсов тока с рабочим напряжением 24 кВ, выполненных на основе блоков последовательно соединенных динисторов с ударной ионизацией. Рассмотрены процессы переключения этих коммутаторов, приведены результаты их сравнительного исследования. Показана возможность эффективной коммутации наносекундных импульсов тока с амплитудой 6 кА и скоростью нарастания 150 А/нс. Определены перспективы увеличения коммутируемой мощности.
ОБЩАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ КОМПОНЕНТЫ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ГОРЯЧЕЙ ТОЧКИ X-ПИНЧА НА УСТАНОВКЕ БИН
Abstract
Описана методика и приведены основные экспериментальные результаты исследования пространственной структуры плазменных объектов гибридного Х-пинча в диапазоне рентгеновского излучения. Представлены результаты измерений спектральных характеристик источников рентгеновского излучения плазменных объектов. Исследования проведены с использованием термолюминесцентных детекторов на основе фторидов лития LiF(Mg, Ti).
УВЕЛИЧЕНИЕ ЭНЕРГИИ В ИМПУЛЬСЕ РАДИАЛЬНО СХОДЯЩЕГОСЯ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СИЛЬНОТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА
Abstract
Исследованы энергетические характеристики сильноточной электронной пушки с радиально сходящимся электронным пучком. Катодный узел пушки состоял из одной или двух кольцевых секций с внутренним диаметром 8 см, каждая из которых включала 18 резистивно развязанных дуговых источников плазмы, инициируемых пробоем по поверхности диэлектрика. Показано, что электростатическое экранирование, препятствующее выходу электронов и ультрафиолетового излучения из катодной и анодной плазмы в пространство за катодом, снижает вероятность развития пробоя вдоль резисторов дуговых источников плазмы и позволяет примерно вдвое увеличить энергию пучка, выделяемую в аноде. В двухсекционном варианте катодного узла ширина автографа пучка на аноде (следа оплавления) составила около 7 см при аксиальном расстоянии между центрами секций 4 см.
Установка для терморефлектометрии полупроводниковых материалов в сильном магнитном поле при низких температурах
Abstract
Разработаны конструкция экспериментальной ячейки и оптоэлектронный блок для исследования релаксационных процессов в приповерхностной области полупроводников при импульсном лазерном облучении в температурном диапазоне от 3 до 300 К и магнитном поле до 12 Тл.
ДВУХЧАСТОТНЫЙ РЕЗОНАТОР ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СВЕРХТОНКИХ ПЕРЕХОДОВ В АЗОТНО-ВАКАНСИОННОМ ЦЕНТРЕ ОКРАСКИ В АЛМАЗЕ
Abstract
Представлены результаты разработки двухчастотного резонатора для частот 4.95 и 7.1 МГц, соответствующих частотам сверхтонких переходов основного состояния азотно-вакансионного центра окраски в алмазе. Продемонстрирована работоспособность резонатора путем наблюдения осцилляций Раби. Амплитуда переменного магнитного поля составила 1.6 и 1 мТл для частот поля 4.95 и 7.1 МГц соответственно при мощности на входе резонатора 0.3 Вт.
СИЛЬФОННАЯ КАМЕРА В КАЧЕСТВЕ ДОЖИМАЮЩЕЙ СТУПЕНИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ 1 ГПа В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ
Abstract
Описана дожимающая ступень установки для сжатия газовой среды до 1 ГПа, в качестве которой используется тонкостенная сильфонная камера, погруженная в гидростатически сжатую среду. Такая конструкция позволяет создавать требуемое давление в рабочем объеме более 1.5 см3, что достаточно и для оптических исследований, и для точных измерений давления в рабочей камере.
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА ПРОЕКЦИЙ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДА МНОГОУГЛОВОГО СКАНИРОВАНИЯ ПУЧКА ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Abstract
Разработан метод многоуглового сканирования для измерения распределения интенсивности пучка в поперечном сечении. Данный метод основан на реконструкции профилей пучка, полученных под разными углами в плоскости, перпендикулярной оси пучка. Для эффективной реализации метода многоуглового сканирования необходимо найти оптимальное количество проекций, т.е. такое количество проекций, при котором результат измерения остается достоверным при минимальном времени измерения. В результате численного эксперимента была разработана методика поиска оптимального количества проекций и было показано, что без учета ошибок, вызванных работой узлов экспериментальной установки, оптимальное число проекций равно 10. Для устранения этой погрешности было проведено многоугловое сканирование рентгеновского пучка и были реконструированы распределения его интенсивности в поперечном сечении при разном количестве проекций. С помощью разработанной методики было определено оптимальное количество проекций для данной экспериментальной установки, которое составило 18.
КОНТУРНЫЙ МЕТОД ТОМОГРАФИЧЕСКОГО СКАНИРОВАНИЯ С ИДЕНТИФИКАЦИЕЙ ДЕФЕКТОВ ПРИ ПОМОЩИ КОМПЬЮТЕРНОГО ЗРЕНИЯ
Abstract
Исследование крупногабаритных объектов является одной из самых распространенных проблем рентгеновского томографического сканирования, решение которой требует применения более мощных источников излучения, сложной дорогостоящей мехатроники, а также детекторных устройств большого размера, что, несомненно, ведет к кратному удорожанию самой рентгеновской установки. В данной статье представлен один из возможных методов решения данной проблемы, суть которого заключается в сканировании объектов по их контуру. Такой подход способен сильно сократить стоимость комплектующих рентгеновской установки. В то же время подход обладает существенным ограничением: наличием большого числа артефактов, которые не позволяют с достаточной достоверностью детектировать дефекты. Данную проблему предложено решить при помощи машинного обучения.
РАСШИРЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ МАГНИТОМЕТРА С ПОЛЮСАМИ-ПОЛУСФЕРАМИ
Abstract
Описан модернизированный магнитометр, работающий на пондеромоторном принципе, в котором специально используемые полюса сферической формы создают неоднородное магнитное поле с зонами с практически постоянными значениями магнитного градиента (MG) и/или магнитного силового фактора (MFF) в окрестностях экстремумов координатных зависимостей MG и MFF. Зоны MGconst и MFFconst, фиксируемые в магнитометре ограничителями в виде управляемых маркеров (лазерных), имеют индивидуальные значения координат их условных центров xextr и протяженностей ∆x с допускаемой погрешностью изменения данных MG и MFF в пределах таких зон. Показано, что при разных взаимных расстояниях между полюсами-полусферами диаметром D зона MFFconst в сравнении с зоной MGconst располагается (по xextr/D) на треть ближе к межцентровой линии полюсов-полусфер и является настолько же менее протяженной (по ∆x/D).
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ЭКОЛОГИИ, МЕДИЦИНЫ, БИОЛОГИИ
НАВИГАЦИОННЫЕ ГРУППОВЫЕ РАДИООПТИЧЕСКИЕ ОТРАЖАТЕЛИ КРУГОВОГО ДЕЙСТВИЯ
Abstract
Разработаны конструкции навигационных групповых радиооптических отражателей кругового действия. Приведены результаты экспериментальных исследований их характеристик рассеяния в составе плавучего буя. Получены сравнительные оценки дальности видимости плавучих буев, оборудованных групповыми радиооптическими отражателями, в оптическом и радиолокационном диапазонах длин волн. Экспериментальные исследования проводились в Обском бассейне внутренних водных путей – на реках Обь и Томь.
ОПТИМИЗАЦИЯ БЕССЕПАРАЦИОННОГО ТРЕХФАЗНОГО РАСХОДОМЕРА НЕФТЬ−ВОДА−ГАЗ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ С ДВУХИЗОТОПНЫМ ГАММА-ПЛОТНОМЕРОМ
Abstract
Вероятно, впервые представлена информация о характеристиках бессепарационных трехфазных расходомеров нефть−вода−газ горизонтальной ориентации, связанная с оптимизацией конструкции по результатам экспериментальных исследований одноизотопных и двухизотопных γ-плотномеров и комбинированного конического сужающего устройства (СУ), состоящего из двух последовательно установленных конусов различных размеров. Эксперименты проводились как на смесях “реальная нефть−газ−соленая водаˮ на стенде фирмы TUV SUD NEL, г. Глазго, так и на модельных потоках “эксол−газ−пресная водаˮ на эталоне многофазных потоков ГЭТ195-2011 во ВНИИР, г. Казань, для типичных расходомеров с номинальным диаметром DN 100. Показано, что γ-плотномер целесообразно устанавливать в сечении с промежуточным диаметром D = 70 мм, в качестве измерительного СУ использовать конус 70/50 мм, а конус 100/70 мм применять для предварительного ускорения потока с целью уменьшения разнообразия режимов течения двухфазных и трехфазных потоков в измерительном СУ и в проточной части γ-плотномера. Это позволяет существенно улучшить характеристики макета расходомера. Проведено сравнение некоторых полученных характеристик с характеристиками известного вертикального аналога Vx Schlumberger и представлены варианты конструкций усовершенствованного горизонтального трехфазного расходомера, позволяющих также увеличить срок его службы и повысить рабочее давление.
ЛАБОРАТОРНАЯ ТЕХНИКА
СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГАЗОВЫХ, КЛАСТЕРНЫХ СПРЕЙНЫХ И ЖИДКОСТНЫХ МИШЕНЕЙ В ЛАЗЕРНО-ПЛАЗМЕННОМ ИСТОЧНИКЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
Abstract
Рассматриваются способы формирования жидкостных, микрокапельных, кластерных и газовых мишеней в вакууме для использования в лазерно-плазменных источниках излучения. Приведены характеристики используемых систем формирования мишени и систем напуска газа на их основе. Данные системы формируют импульсные и статичные струи с малым массовым расходом, порядка ~70 мл/ч жидкости или 1500 см3/ч газа, что позволяет проводить откачку вакуумного объема одним турбомолекулярным насосом с производительностью 1000 л/с.