


No 4 (2024)
Articles
Применение тонких сцинтилляционных счетчиков в детекторах частиц (обзор)
Abstract
Рассматриваются конструкции и характеристики тонких сцинтилляционных счетчиков толщиной не более нескольких мм с большой геометрической апертурой. Такие счетчики с высоким световыходом и, соответственно, с высокой эффективностью регистрации заряженных частиц находят широкое применение в ядерной физике и физике частиц, а также в установках контроля бета-загрязнений одежды и различных предметов посредством выделения сигналов от низкоэнергетических электронов на фоне гамма-излучения. В этих применениях именно минимальная толщина сцинтиллятора при необходимых больших геометрических размерах детектора определяет высокую эффективность счетчиков в указанных экспериментах и установках контроля бета-загрязнений.



Некоторые методы исследования дислокационной структуры и механических свойств твердых тел (обзор)
Abstract
Описаны оригинальные экспериментальные методы исследования дислокационной структуры и механических свойств твердых тел, разработанные в Институте физики им. Э. Андроникашвили: 1) способ возбуждения механических колебаний ионного кристалла путем воздействия на заряженные дислокации; 2) высокодобротный камертон нового типа (трехъязычковый) и основанный на нем акустический спектрометр; 3) способ деформирования кристалла сдвигом по одной системе плоскостей скольжения; 4) метод генерации дислокаций одного механического знака; 5) способ определения параметров релаксационного процесса; 6) метод вибрирующего сверхпроводника.



ТЕХНИКА ЯДЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Установка для измерения выходов изотопа 17N и запаздывающих нейтронов в реакциях под действием протонов с энергией 1 ГэВ
Abstract
Описан метод и созданная на его основе установка, с использованием которой были проведены измерения сечений образования ядер-предшественников запаздывающих нейтронов 9Li, 16C и 17N и фракционные выходы запаздывающих нейтронов при взаимодействии релятивистских протонов с энергией 1 ГэВ с ядрами мишеней с массовыми числами в диапазоне от 12 до 238. Измерения были проведены на синхроциклотроне ПИЯФ, г. Гатчина. В качестве иллюстрации приведены результаты измерений сечения генерации ядер 17N в зависимости от массы ядра мишени, а также данные по фракционным выходам запаздывающих нейтронов при взаимодействии релятивистских протонов с ядрами 238U.



Визуализация области прохождения ядерных реакций dd-синтеза методом кодирующих диафрагм на установке Искра-5
Abstract
Для визуализации области прохождения ядерных реакций DD-синтеза использован метод регистрации протонов с энергией Ep = 3.02 МэВ, образующихся во втором безнейтронном канале, имеющим равную вероятность с реакцией в нейтронном канале. Приведены результаты регистраций на трековый детектор CR-39 области кумуляции плазмы с помощью двух различных кодирующих диафрагм и результаты оценок количества реакций в мишенях с обращенной короной этим методом.



Исследование характеристик поля нейтронов с энергией 14.7 МэВ алмазным детектором
Abstract
Представлены результаты экспериментальных исследований характеристик поля нейтронов с энергией 14.7 МэВ, создаваемого портативным нейтронным генератором НГ-14. В измерениях был использован радиометр быстрых нейтронов на основе алмазного детектора. Поток нейтронов из мишени нейтронного генератора проходил через массивный коллиматор из стали. Анализ амплитудных спектров алмазного детектора, обусловленных регистрацией быстрых нейтронов, позволил определить следующие характеристики нейтронного поля: плотность потока прямых нейтронов, плотность потока нейтронов, рассеянных в коллиматоре, и энергетический спектр нейтронного излучения. По полученным энергетическим спектрам рассчитывались керма нейтронного излучения в водном фантоме и мощность дозы рассеянных нейтронов за коллиматором с энергией выше 0.5 МэВ.



Разработка и исследование системы измерения распределения поверхностного выхода бета-излучения плоского источника
Abstract
Разработана и исследована система для измерения пространственного распределения плотности потока бета-излучения с поверхности источника ионизирующего излучения. Основой измерительной системы является зондовый сенсорный элемент на основе сцинтилляционного оптического волокна, выходной оптический сигнал с которого поступает на вход счетчика фотонов и далее обрабатывается микроконтроллером. Методом численного моделирования с использованием программных библиотек Geant4 проведен расчет параметров чувствительности сенсорного элемента при измерении потока бета-излучения с поверхности плоского источника на базе изотопа 63Ni. Экспериментально исследованы пространственное распределение выхода бета-электронов источника размером 1 × 1 см2 и зависимость чувствительности зонда от расстояния до источника. Экспериментальные данные находятся в хорошем согласии с результатами модельного расчета.



Сцинтилляционный стриповый детектор гибридного годоскопа для мюонной томографии крупномасштабных объектов
Abstract
Для мюонографии крупномасштабных объектов в НОЦ НЕВОД (НИЯУ МИФИ) создан гибридный мюонный годоскоп. Многоканальная детектирующая система годоскопа, состоящая из сцинтилляционного стрипового детектора и детектора на дрейфовых трубках, предназначена для регистрации треков заряженных частиц, в основном мюонов. Детектор на сцинтилляционных стрипах является самостоятельным трековым детектором, формирующим начальное положение трека и триггерный сигнал для детектора на дрейфовых трубках. В статье описывается конструкция сцинтилляционного стрипового детектора, принципы работы считывающей электроники, а также приведены основные технические характеристики.



Новая конструкция сцинтилляционных стрипов для модернизации детектора ДАНСС
Abstract
Стрипы из сцинтилляционной пластмассы со спектросмещающими волокнами являются базовыми элементами чувствительного объема детектора реакторных антинейтрино ДАНСС. Необходимость оптимизации конструкции стрипов определяется ограничениями чувствительности эксперимента к поиску стерильных нейтрино из-за невысокого энергетического разрешения детектора. Новая конструкция стрипов характеризуется существенно бόльшим световыходом и лучшей равномерностью светосбора. Обсуждается методология регистрации света одновременно с обоих концов волокон, которая удваивает фотостатистику и дает информацию о продольной координате события. Работа отражает детали и статус модернизации детектора вместе с результатами недавних пучковых испытаний. Рассматривается также ожидаемое влияние улучшений на чувствительность к стерильному нейтрино.



Радиационные испытания концентратора данных на базе программируемой логической схемы Artix-7 для кремниевой трековой системы эксперимента BM@N
Abstract
Целью данной работы является исследование возможности применения программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) Xilinx Artix-7 в системе сбора данных для кремниевой трековой системы эксперимента BM@N. В условиях сравнительно невысоких радиационных загрузок ПЛИС может использоваться в качестве доступной альтернативы линейке радиационно-стойких микросхем GBT, которые в настоящее время применяются в современных экспериментах в области физики высоких энергий в ЦЕРНе, FAIR и др. Данная линейка микросхем предназначена для концентрации данных от многоканальной детекторной электроники и их последующей передачи по оптической линии связи к электронным блокам постобработки данных. В работе представлены результаты исследований чувствительности выбранной ПЛИС к радиационной нагрузке от протонов с энергией 1 ГэВ, оценена частота сбоев конфигурационной (CRAM) и блочной статической памяти (BRAM) в условиях применения данного технического решения в эксперименте BM@N. Дополнительно приводятся результаты исследования эффективности внедренных методов коррекции ошибок в конфигурационной памяти тестируемой ПЛИС.



Модернизация системы криостатирования эмиссионного детектора РЭД-100 для работы с жидким аргоном
Abstract
Приведено описание модернизации криогенной системы двухфазного эмиссионного детектора РЭД-100 для обеспечения возможности работы с жидким аргоном в качестве рабочей среды с целью поиска эффекта упругого когерентного рассеяния реакторных электронных антинейтрино на ядрах аргона.



Гибридная триггерная система экспериментального комплекса НЕВОД
Abstract
Представлено описание триггерной системы уникальной научной установки – экспериментального комплекса НЕВОД. Для регистрации различных компонент космических лучей экспериментальный комплекс НЕВОД включает в себя различные по площади, физическим принципам регистрации и фоновой загрузке детекторы и установки. Каждый из детекторов имеет свою оригинальную систему сбора данных и триггирования и может работать автономно. Но вместе с тем все они объединены единой системой триггирования и синхронизации данных. Описаны особенности систем отдельных детекторов, приведены их основные характеристики и способы их инициализации и объединения.



ЭЛЕКТРОНИКА И РАДИОТЕХНИКА
Мощный источник сверхширокополосного излучения с эллиптической поляризацией и мегавольтным эффективным потенциалом
Abstract
Разработан мощный источник сверхширокополосного излучения с эллиптической поляризацией на основе 64-элементной решетки спиральных антенн. Решетка возбуждалась биполярным импульсом напряжения амплитудой до 240 кВ и длительностью 1 нс на частоте повторения 100 Гц. Получены импульсы излучения с коэффициентом эллиптичности 0.64 и пиковой напряженностью поля 250 кВ/м на расстоянии 10 м.



Измерение нелинейного рассеяния видеоимпульсных электромагнитных волн малоразмерными объектами
Abstract
Рассмотрена установка, позволяющая измерять рассеяние ступенчатой сверхширокополосной электромагнитной волны (субнаносекундная длительность фронта) малоразмерными объектами. Основной особенностью установки является выделение в рассеянном сигнале со сплошным спектром нелинейной составляющей отклика. Достигнутая в экспериментах интенсивность зондирующего поля составляет 135 Вт/м2. Показано, что пороговая чувствительность по нелинейному отклику объекта определяется, в основном, сдвигом отдельных фрагментов регистрируемых сигналов, возникающим в стробоскопическом регистрирующем устройстве. За счет коррекции этих сдвигов удалось получить пороговую чувствительность по потенциалу нелинейно рассеянного поля не хуже 3.5 мВ при потенциале рассеянного объектом поля не более 520 мВ. Приведены результаты тестирования установки посредством линейных и нелинейных мер с известными параметрами, а также наблюдения нелинейного отклика малоразмерного электронного прибора.



Устройство ввода СВЧ-мощности в разрядную камеру экспериментальной установки
Abstract
Описана система ввода сверхвысокочастотной (СВЧ) мощности в вакуумную камеру токамака для предыонизации находящейся там газовой среды с целью облегчения последующего разряда в ней. Рассмотрены три основные проблемы, возникающие при этом, предложен путь их решения. Построена расчетная модель электромагнитной структуры, включая преобразователь типов колебаний, диэлектрический трансформатор и узел гальванической развязки, проведена оптимизация всех геометрических параметров. Устройство реализовано “в металле”, вся волноводная система выполнена из немагнитной нержавеющей стали. Описанное устройство ввода СВЧ-мощности в настоящее время используется на учебно-демонстрационном токамаке МИФИ.



ОБЩАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА
Разработка диагностического комплекса для исследования плазменных процессов в магнитном сопле макета безэлектродного плазменного ракетного двигателя
Abstract
Предлагается подход к созданию диагностического комплекса для исследования основных плазменных процессов (ускорение и срыв плазменного потока с силовых линий магнитного поля) в магнитном сопле безэлектродного плазменного ракетного двигателя. Описывается диагностический комплекс стенда ПН-3, макета безэлектродного плазменного ракетного двигателя, при создании которого был реализован данный подход.



Аппаратная функция отклика детектора отраженных электронов и контраст химического состава образцов в сканирующей электронной микроскопии
Abstract
Приводятся формулы для расчета коэффициента отражения обратно рассеянных электронов в зависимости от материала (атомного номера Z), т.е. химического состава образца, и энергии первичных облучающих электронов EB. Приводится расчет детектируемого сигнала обратно рассеянных электронов в зависимости от Z, EB и функции отклика F полупроводниковых детекторов и детекторов на основе микроканальных пластин. Результаты расчетов сравниваются с результатами экспериментальных измерений. Проведен сравнительный анализ контраста изображений состава образцов, получаемого для различных типов детекторов при различных EB.



Применение спектральной интерферометрии на двух длинах волн для исследования разлета мишеней, нагретых ультракоротким лазерным импульсом
Abstract
Методом спектральной интерферометрии чирпированным импульсом проведено измерение скорости движения свободной поверхности медной мишени при воздействии мощного ультракороткого лазерного импульса с интенсивностью порядка 1018 Вт/см2. Для получения информации о движении слоев плазмы с различающейся плотностью разработан двухканальный интерферометр, обеспечивающий регистрацию гидродинамических параметров процесса разлета мишени на длинах волн излучения 1054 нм и 527 нм. Определены пространственные и временные зависимости фазового сдвига и коэффициента отражения зондирующего излучения, восстановлен профиль скорости поверхностей критической плотности.



Селективный измеритель токов фотоэлектронного умножителя для спектроскопии магнитного кругового дихроизма в отраженном свете
Abstract
Представлена относительно простая схема селективного измерителя постоянной и переменной компонент полного тока фотоэлектронного умножителя при регистрации спектров магнитного кругового дихроизма в отраженном свете с использованием метода фазовой модуляции световой волны с помощью фотоупругого модулятора. В схеме реализован метод измерения анодного тока фотоумножителя с применением нагрузочного сопротивления RL и буферного предусилителя. Выделение переменной компоненты осуществляется компенсацией постоянной составляющей полного сигнала. Описаны экспериментальные методики, позволяющие определять оптимальную величину RL, для которой в полосе частот порядка 100 кГц влияние входной шунтирующей емкости минимально. Определены основной источник и уровень паразитного фототока, не связанного с падающим монохроматическим излучением. Предложен алгоритм регистрации спектра при смене полярности эффекта кругового дихроизма. Работоспособность и эффективность разработанного измерителя иллюстрируются на примере измерения спектра магнитного кругового дихроизма пленки GaMnAs.



Метод оптоакустической спектроскопии в исследовании супрамолекулярных систем на основе кукурбитурилов
Abstract
Работа посвящена оптоакустическому исследованию особенностей поглощения лазерного излучения в водном растворе комплекса включения стирилового красителя в кукурбитуриле. Исследования проводились на экспериментальной установке, где в качестве лазера накачки использовался фемтосекундный регенеративный усилитель на хром-форстерите (Cr:F). Использовалась третья гармоника излучения с длиной волны 420 нм и длительностью импульсов 130 фс. Оптоакустическая генерация проводилась в кварцевой кювете с исследуемым раствором, а приемником акустического сигнала являлась плоская пьезокерамическая пластина с резонансной частотой 1 МГц. Сравнивались оптоакустические сигналы в растворе чистого стирилового красителя Кр.1 и того же красителя при наличии комплексов с кукурбитурилом. Показано, что при одинаковой оптической плотности растворов комплексообразование приводило к более чем двукратному снижению оптоакустического отклика.



ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ЭКОЛОГИИ, МЕДИЦИНЫ, БИОЛОГИИ
Юстировка и измерение углов поляризаций в микроволновых радиометрах
Abstract
Рассмотрен способ измерения и установки четырех переключаемых плоскостей поляризаций в микроволновом радиометре, в котором используется ячейка Фарадея. Калибруемый радиометр предназначен для регистрации тонких поляризационных эффектов, например азимутальной анизотропии, возникающей при формировании собственного излучения взволнованной морской поверхности. Для решения таких задач требуется абсолютная привязка всех поляризационных режимов работы радиометра к уровню горизонта с точностью не хуже 0.5°. В предлагаемой схеме измерений в качестве широкополосного микроволнового источника использовалось излучение газоразрядной трубки с выходной антенной с горизонтальной поляризацией, которое дополнительно отражалось от водной поверхности при угле Брюстера. Это обеспечило дополнительное подавление вертикальной составляющей излучения на –12 дБ и формирование строго горизонтальной поляризации отраженной волны, поскольку свободная поверхность воды в ванне горизонтальна с погрешностью не более 0.05°. Традиционные источники поляризованного излучения не обеспечивают горизонтальную ориентацию излучаемого сигнала с указанной точностью. В предложенном методе погрешности установки вертикальной, горизонтальной и скрещенных под углами ±45° плоскостей поляризации составили не более ±0.3° относительно горизонта. Измерение углов установки плоскости поляризации проводилось с точностью 0.1° посредством вращения радиометра вокруг оси приемной антенны и аппроксимации данных законом Малюса. Настройка углов управлялась токами через ячейку Фарадея.



ЛАБОРАТОРНАЯ ТЕХНИКА
Прибор, измеряющий предел прочности многослойных стержней методом двухточечного изгиба
Abstract
На основании требований, предъявляемые к прибору (в частности, требование соблюдения всех теоретических нюансов метода, положенного в его основу), прибор был сконструирован и протестирован. Результаты тестирования были статистически обработаны, благодаря чему было выявлено хорошее согласие между полученным значением среднего предела прочности волокон и данными из спецификаций к ним. Как следствие, получившийся прибор соответствует всем требованиям, к нему предъявленным: обеспечивает хранение в памяти полностью изменяемых алгоритмов измерений и их статистической обработки в автоматическом режиме; отправку результатов измерений и полученных с их помощью данных на рабочую станцию в цифровом виде. Легкость и редкая необходимость планового технического обслуживания прибора, его компактность, простота конструкции и эксплуатации являются дополнительными преимуществами.



Двуствольная метательная установка для исследования движения группы суперкавитирующих ударников
Abstract
Выполнено баллистическое проектирование для оценки технического облика и габаритов двуствольной метательной установки с длиной ускорительного канала до 1 м. На основе баллистического проектирования выполнены разработка, конструкторская проработка и изготовление двуствольной метательной установки. Разработана запальная система, способная обеспечить одновременное и с программируемой задержкой метание двух суперкавитирующих ударников в воздушную или водную среду. Выполнены тестовые эксперименты по метанию двух суперкавитирующих ударников в условиях гидробаллистического стенда в воздушную и водную среды.



Исследование параметров и характеристик турбулентного потока в рабочей зоне аэродинамической трубы
Abstract
Представлено экспериментальное исследование характеристик турбулентных течений в аэродинамической трубе. Разработана методика исследования параметров и характеристик турбулентного потока в рабочей зоне аэродинамической трубы, включающая определение воспроизводимого диапазона скорости потока воздуха, определение нестабильности скорости потока воздуха, определение неравномерности поля скоростей потока воздуха. Результаты исследований поля скоростей демонстрируют возможность проведения аэродинамических испытаний для моделей, обдуваемых равномерным потоком.



Тепловизионное исследование турбулентных структур на выходах из вихревой трубы
Abstract
Представлено устройство, имеющее преобразователь температуры, выполненный в виде сетки из материала с низкой теплопроводностью, и тепловизор. Его использование позволяет послойно зафиксировать поле температуры воздушного потока, косвенно определяющее конфигурацию и размеры вихревых структур на выходах вихревой трубы. Установлено, что параметры и структура выходящих потоков как охлажденного, так и нагретого воздуха из противоточной вихревой трубы с осевыми выходами зависят от соотношения площадей проходных сечений диафрагмы и диффузора.



Низкотемпературный шаговый двигатель для работы в сильном магнитном поле
Abstract
Разработана конструкция шагового электродвигателя, предназначенного для вращения образца в экспериментальной ячейке, находящейся внутри криостата с откачкой 3Не. Устройство на основе ротора со скрещенными электрическими обмотками работает в постоянном магнитном поле, создаваемом сверхпроводящим соленоидом. Опытный образец двигателя был установлен на СВЧ-спектрометр проходного типа с прямоугольным резонатором. Для его испытания измерены угловые зависимости спектра магнитного резонанса в хорошо изученном антиферромагнетике MnCO3 при температурах 0.5–7.5 К в диапазоне углов ±100° от начального положения. Исследован перегрев ячейки и криостата и проведена оценка тепловыделения в процессе работы механизма.



ПРИБОРЫ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ В ЛАБОРАТОРИЯХ
Ограничитель тока высоковольтного пробоя



USB-контроллер крейта КАМАК для отладочного стенда на основе Arduino Mega 2560



СИГНАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Аннотации статей, намечаемых к публикации в журнале ПТЭ


