Приборы и техника эксперимента, 2021, № 4, стр. 160-164

ОБЗОРЫ

Куцаев С.В. Новые технологии для создания малогабаритных линейных ускорителей электронов (обзор). – 30 с., 17 рис.

Приводится обзор новых технологий, позволяющих реализовать такие современные принципы разработки и создания прикладных линейных ускорителей электронов, как модульность, миниатюризация и снижение их стоимости. Развитие ускорителей в данном направлении стало возможным благодаря появлению таких технологий, как компактные источники высокочастного (в.ч.) питания, эффективные подходы к изготовлению ускоряющих структур, а также повышение ускоряющих градиентов и снижение мощности в.ч.-потерь в структурах. Обзор основан на опыте работы автора по разработке малогабаритных ускорителей.

ТЕХНИКА ЯДЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Алексеев В.И., Басков В.А., Варфоломеева Е.А., Дронов В.А., Львов А.И., Коль-цов А.В., Кречетов Ю.Ф., Полянский В.В., Сидорин С.С. Энергетические характеристики многоканального сцинтилляционного спектрометра. – 9 с., 7 рис.

Представлены результаты калибровки многоканального сцинтилляционного спектрометра толщиной 2.5X₀ на пучке вторичных электронов ускорителя “Пахра” Физического института имени П.Н. Лебедева РАН с энергий в диапазоне от 23 до 280 МэВ. Относительное энергетическое разрешение спектрометра зависит от энергии электронов и толщины спектрометра. Наилучшее относительное энергетическое разрешение спектрометра достигается при энергии электронов ~90 МэВ и составляет δ = 13% и δ = 9.4% при толщинах спектрометра 1X₀ и 2.5X₀ соответственно.

Баранов А.Г., Басков В.А., Гераси-мов Д.П., Губер Ф.Ф., Дронов В.А., Иваш-кин А.П., Известный А.В., Львов А.И., Морозов С.В., Наумов П.Ю., Полянский В.В., Решетин А.И., Салахутдинов Г.Х. Передние годоскопы заряженных фрагментов ядер для эксперимента BM@N. – 7 с., 5 рис.

Разработаны и изготовлены два варианта переднего годоскопа: на основе сцинтилляционных и радиационно-стойких кварцевых пластин. Годоскопы предназначены для регистрации ионов в эксперименте BM@N на ускорительном комплексе NICA. На калибровочном пучке вторичных электронов синхротрона “Пахра” ФИАН измерены световые выходы и их неоднородность в зависимости от координаты прохождения частиц через пластины годоскопов.

Бессараб А.В., Богомолов В.И., Ива-нов В.В., Мартыненко С.П., Прокуро-нов М.В., Шабалин А.Н., Шубин С.А. Низкофоновое детектирующее устройство на основе метода бета–гамма-совпадений для измерения степени обжатия топлива в процессе лазерного термоядерного синтеза. – 13 с., 6 рис.

Описана конструкция и приведены результаты исследования характеристик детектирующего устройства на основе метода β–γ-совпадений для определения произведения плотности топлива (DT-газа), облученного в процессе лазерного термоядерного синтеза на установке “Искра-5”, на его радиус в момент максимального сжатия: 〈ρR〉. Данная величина характеризует степень приближения состояния DT-газа к условиям зажигания термоядерной реакции. Она определяется путем регистрации детектирующим устройством излучения β-радиоактивного нуклида ²⁸Al, ядра которого образуются при облучении нейтронным потоком ядер ²⁸Si, входящего в состав стеклянной оболочки микромишени, содержащей DT-газ. Число образовавшихся ядер ²⁸Al пропорционально величине 〈ρR〉. Детектирующее устройство состоит из двух включенных по схеме совпадений детекторов, один из которых – γ‑детектор на основе кристалла NaI(Tl) размером ∅200 × 200 мм с колодцем ∅75 × 150 мм, предназначенный для регистрации γ-квантов с энергией 1.836 МэВ, второй – размещенный в колодце γ-детектора β-детектор. Образец с ядрами ²⁸Al через отверстие в β-детекторе помещают в центре детектирующего устройства. Это практически обеспечивает 4π-геометрию измерений. Эффективность регистрации β-распада ядер ²⁸Al детектирующим устройством составляет ~12%, фон ~0.5 импульса/мин.

Кузьмин Е.С., Зимин И.Ю. Оптимизация структуры гетерогенного сцинтиллятора для регистрации тепловых нейтронов. – 10 с., 6 рис.

Представлены результаты моделирования и оптимизации композитного сцинтиллятора для регистрации тепловых нейтронов. Моделировалось взаимодействие тепловых нейтронов и γ-квантов с композитами, состоящими из расположенных в органической матрице фрагментов стеклянного сцинтиллятора, содержащего ⁶Li. Целью исследований было определение структуры композита, обладающего высокой чувствительностью к тепловым нейтронам и обеспечивающего эффективное подавление сигналов от γ-квантов. В ходе моделирования были определены оптимальные структурные параметры композита, такие как размер фрагментов и концентрация стекла. Согласно представленным результатам моделирования, оптимизированные композиты в условиях облучения тепловыми нейтронами могут обеспечить эффективность обнаружения нейтронов не менее 50% с чувствительностью к γ-квантам на уровне η < 10^–6.

Сучков С.И., Архангельский А.И., Басков В.А., Гальпер А.М., Далькаров О.Д., Львов А.И., Паппе Н.Ю., Полянский В.В., Топчиев Н.П., Чернышева И.В. Калибровка макета калориметра гамма-телескопа ГАММА-400 на пучке позитронов ускорителя “Пахра”. – 11 с., 9 рис.

На электронном синхротроне С-25Р “Пахра” ФИАН проведена калибровка макета электромагнитного калориметра γ-телескопа ГАММА-400. Результаты измерения энергетического разрешения согласуются с результатами расчетов методом Монте-Карло характеристик калориметра ГАММА-400. Подтверждена возможность применения ускорителя С-25Р “Пахра” ФИАН для калибровок детекторов в различных экспериментах.

ЭЛЕКТРОНИКА И РАДИОТЕХНИКА

Коротков С.В., Жмодиков А.Л. Мощный диодно-динисторный генератор для газоразрядных технологий. – 7 с., 5 рис.

Рассмотрен генератор импульсов высокого напряжения, содержащий выходную цепь на основе последовательно соединенных блоков реверсивно включаемых динисторов и диодов с резким восстановлением. На нагрузке 50 Ом он формирует импульсы напряжения с фронтом 4 нс и амплитудой 24 кВ. Приведены результаты использования генератора для создания разрядов в атмосферном воздухе. На частоте 100 Гц генератор формирует импульсы разрядного тока с амплитудой 1.7 кА и фронтом 900 нс и коммутирует в канал разряда энергию ~3 Дж. Показана возможность существенного увеличения коммутируемой энергии.

Коротков С.В., Кузнецов А.С., Арис-тов Ю.В. Генератор мощных объемных разрядов наносекундной длительности. – 6 с., 6 рис.

Описан генератор мощных наносекундных импульсов, содержащий высоковольтный блок, выполненный на основе цепи магнитного сжатия и диодного прерывателя тока, и низковольтный транзисторный блок, который обеспечивает высокоэффективную коммутацию энергии в высоковольтный блок. Приведены результаты использования генератора в экспериментальной плазменной установке, разработанной для исследования возможности синтеза кремния из смеси H₂ и SiF₄.

Лубков А.А., Котов В.Н., Перебейнос С.В., Зотов А.А. Генератор высоковольтных биполярных импульсов. – 13 с., 9 рис.

Разработан генератор высоковольтных биполярных импульсов с регулируемыми значениями частоты переключения (0–2000 Гц) и амплитуды выходного напряжения (300–3600 В), равной по модулю у импульсов разной полярности. Длительность фронтов выходных импульсов напряжения при работе на емкостную нагрузку 400 пФ – не более 3 мкс. Асимметрия действующих значений напряжений импульсов разной полярности при частотах переключения 0–200 Гц не более 0.02%. Генератор обеспечивает синхронизацию моментов переключения высокого напряжения с работой видеокамеры магнитографа и других устройств. Генератор может быть использован в различных областях экспериментальной физики, связанных с поляризационными измерениями.

Рожков А.В. Высоковольтный высокочастотный генератор субнаносекундных импульсов на основе арсенид-галлиевых дрейфовых диодов с резким восстановлением. – 7 с., 3 рис.

Показана перспектива использования высоковольтных дрейфовых GaAs-диодов с резким восстановлением для формирования импульсов субнаносекундной длительности. Приводится электрическая схема генератора, обеспечивающего при общей эффективности не менее 25% получение на нагрузке 50 Ом импульсов амплитудой до 550 В с временем нарастания напряжения 0.43 нс, длительностью на полувысоте амплитуды 0.73 нс и частотой следования до 200 кГц.

Шошин^{Е.Л. Дискретные поляризационные модуляторы радиолокационных сигналов.} – 13 с., 6 рис.

Рассмотрен метод формирования неполяризованных электромагнитных волн. Проведен анализ погрешности измерения параметров Стокса рассеянной радиоволны при внешней калибровке радиолокационного поляриметра с использованием неполяризованных зондирующих радиосигналов. Описана конструкция диодного волноводного-планарного формирователя, обладающего быстродействием переключения 1 мкс при реализации дискретной поляризационной модуляции зондирующих радиосигналов. Описана конструкция коммутируемого волноводного модулятора, формирующего мощные неполяризованные радиолокационные сигналы. Приведены рабочие характеристики поляризационных модуляторов.

ОБЩАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Антонов С.Н., Резвов Ю.Г. Акустооптический дефлектор на парателлурите – повышение тепловой стабильности параметров. – 9 с., 8 рис.

Экспериментально исследованы явления, возникающие при внутреннем нагреве (выделении управляющей радиомощности) акустооптического дефлектора на основе парателлурита с отводом тепла от пьезопреобразователя через жидкостный контакт. Установлено, что, кроме температурного дрейфа скорости звука и показателей преломления, существенное влияние на характеристики дефлектора оказывает температурная неоднородность. При этом объем кристалла ведет себя как оптический клин – более оптически плотный у преобразователя, и менее плотный – при удалении от него. Обнаружен эффект внутренней компенсации тепловой девиации положения дифрагированного луча при определенной ориентации дефлектора.

Антонов С.Н., Резвов Ю.Г. Акустооптический модулятор для лазерных доплеровских анемометров потоков жидкости и газа. – 9 с., 6 рис.

Рассмотрена схема лазерного доплеровского двухлучевого анемометра потока жидкости или газа на основе акустооптического модулятора на кристалле ТеО₂, выполняющего функции делителя луча и сдвигателя частоты света. Показано, что режим акустооптической дифракции – аксиальное двухфононное взаимодействие на медленной акустической моде – наиболее оптимален для схем анемометров. В этом режиме формируются два равноинтенсивных дифрагированных луча с однонаправленными поляризациями, разность частот между которыми равна удвоенной частоте ультразвука. Выполнен расчет частоты параметров модулятора для анемометров с различными длинами волн света.

Градобоев А.В., Орлова К.Н., Симоно-ва А.В., Седнев В.В. Имитация различных внешних воздействий на светодиоды схемным моделированием объемных каналов утечки тока. – 16 с., 19 рис.

Описана методика физического моделирования влияния объемных каналов утечки тока (дислокаций) на электрофизические и светотехнические характеристики светодиодов путем подключения параллельно p–n-переходу светодиода омического сопротивления или другого p–n-перехода. Установлены соотношения, позволяющие определить изменение электрофизических и светотехнических характеристик светодиодов при воздействии различных внешних факторов (ионизирующего излучения, длительной эксплуатации и т.д.). Используя полученные соотношения, можно определить электрофизические характеристики дислокаций по изменению электрофизических и светотехнических характеристик светодиодов при учете роли дислокаций. На основе известных литературных данных показана эффективность использования установленных соотношений при анализе характеристик светодиодов, подвергнутых внешним воздействиям.

Жидков Н.В., Поздняков Е.В., Сус-лов Н.А. Фокусировка рентгеновского излучения с энергией квантов 9.5 кэВ эллипсоидом с кристаллом HOPG. – 9 с., 4 рис.

Описана постановка и результаты полномасштабных экспериментов на лазерной установке “Искра-5” (150 Дж лазерной энергии в импульсе длительностью 0.3 нс, плотность потока лазерного излучения на мишени 1.6 ⋅ 10¹⁵ Вт/см²) по фокусировке жесткого рентгеновского излучения от лазер-плазменного источника с Ga-мишенью с помощью эллипсоида с кристаллом HOPG. Описана конструкция указателя, позволившая в экспериментах источник рентгеновского излучения создавать в фокусе эллипсоида с точностью не хуже 100 мкм. В полномасштабных экспериментах на расстоянии 250 мм достигнута фокусировка рентгеновского излучения в пятно диаметром 1 мм. Получено восьмидесятикратное увеличение плотности потока рентгеновского излучения с энергией квантов 9.5 кэВ.

Исмагилов Р.Р., Логинов А.Б., Малы-хин С.А., Клещ В.И., Образцов А.Н. Анализ низкотемпературной плазмы методом оптической эмиссионной спектроскопии с пространственным сканированием. – 10 с., 4 рис.

Описана автоматизированная установка, позволяющая получать карты пространственного распределения состава и интенсивности компонент оптических эмиссионных спектров активированной газовой среды, а также проводить термометрию методами машинного обучения, основанного на быстром сопоставлении расчетных и экспериментально регистрируемых спектров излучения. Интерпретируемый язык программирования Python с набором специализированных библиотек использовался как для автоматизации регистрации спектров, так и для их анализа с помощью методов машинного обучения. Установка апробирована на примере метан-водородной газовой среды, активированной разрядом постоянного тока, в установке по плазмохимическому осаждению углеродных наноматериалов. Программные средства автоматизированной установки позволяют дополнить методику измерений посредством включения дополнительных программных модулей без изменения программного кода основной управляющей программы.

Карнаушкин П.В., Константинов Ю.А. Экспериментальная методика юстировки соединения канального оптического волновода с волоконным световодом по отражениям от дальнего торца волновода. – 11 с., 4 рис.

Представлена методика юстировки волновода фотонной интегральной схемы и волоконного световода по отражениям от дальнего торца волновода, полученным с помощью метода оптической рефлектометрии в частотной области. Рефлектометр сконструирован на основе интерферометра Майкельсона. В качестве измерительного плеча интерферометра служила линия, образованная волоконным световодом и канальным волноводом фотонной интегральной схемы. Фотонная интегральная схема с протонно-обменными канальными волноводами из LiNbO₃ была отполирована под углом 10°, а наконечник с волоконным световодом – под углом 15°. В работе проведены и проанализированы эксперименты по юстировке волоконного световода и волновода. Показано, что амплитуда отраженного от дальнего торца волновода сигнала определялась размером продольных и боковых смещений между волоконным световодом и волноводом. Максимальное значение амплитуды пика составило 16 дБ. В ходе экспериментов установлено, что точность методики юстировки составила 4, 1 и 1 мкм по осям X, Y и Z соответственно.

Кривошеев А.И., Константинов Ю.А., Барков Ф.Л., Первадчук В.П. Сравнительный анализ точности определения сдвига бриллюэновской частоты в экстремально зашумленных спектрах различными корреляционными методами. – 10 с., 5 рис.

С использованием одних и тех же экстремально зашумленных данных сравниваются два корреляционных метода поиска максимумов бриллюэновских спектров. Первый метод представляет собой известный способ корреляции полученного сигнала с идеальной функцией Лоренца. Во втором методе, разработанном авторами ранее, вместо функции Лоренца используется этот же исследуемый спектр, но инвертированный по оси частот. Помимо оценки точности обоих методов, проведено их сравнение с классическим методом аппроксимации лоренцевой функцией. Дана оценка точности рассмотренных методов в зависимости от вероятности появления артефактов в спектрах бриллюэновского рассеяния. Показано, что при превышении 9%-ной вероятности появления артефакта разработанный ранее авторами метод показывает лучшие результаты, чем остальные рассмотренные методы.

Мещеряков А.И., Гришина И.А., Вафин И.Ю. К вопросу о существовании “рентгеновской ямы” в режимах омического и электронного циклотронного резонансного нагрева плазмы в стеллараторе Л-2М. – 8 с., 5 рис.

Предпринята попытка обнаружить путем прямых спектральных измерений явление “рентгеновской ямы” в различных режимах нагрева плазмы в стеллараторе Л-2М. Явлением “рентгеновской ямы” называют аномально сильное поглощение мягкого рентгеновского излучения плазмы при его прохождении через бериллиевые фольги толщиной 90 мкм и более, которое наблюдалось на токамаке Т-11М и ряде других токамаков. В эксперименте использованы сканирующий спектрометр и многохордовая диагностика мягкого рентгеновского излучения. Показано, что при параметрах плазмы, близких к параметрам плазмы на токамаке Т-11М, на стеллараторе Л-2М не удалось зарегистрировать явление “рентгеновской ямы” ни в режиме омического нагрева, ни в режиме электронного циклотронного резонансного нагрева плазмы.

Пильгаев С.В., Ларченко А.В., Федоренко Ю.В., Филатов М.В., Никитенко А.С. Трехкомпонентный приемник сигналов очень низкого частотного диапазона с прецизионной привязкой данных к Мировому времени. – 19 с., 5 рис.

Описан разработанный трехкомпонентный приемник сигналов очень низкого частотного диапазона, позволяющий регистрировать две горизонтальные магнитные и вертикальную электрическую компоненты электромагнитного поля в диапазоне частот от 300 Гц до 15 кГц. Особенностями приемника являются применение гальванического разделения цифровой и аналоговой частей регистратора и прецизионная привязка данных к мировому времени с ошибкой не более 1 мкс.

Сокол-Кутыловский О.Л. Магнитный шум феррозондов и магнитомодуляционных датчиков с аморфным ферромагнитным сердечником. – 10 с., 2 рис.

Отмечено, что основная часть магнитного шума в феррозондах и магнитомодуляционных датчиках с сердечниками из аморфных ферромагнитных сплавов, полученных методом быстрой закалки, возникает в результате сильного магнитоупругого взаимодействия. Рассмотрены последние достижения в снижении порога чувствительности активных датчиков слабого магнитного поля на основе аморфных ферромагнетиков. Выполнена оценка средней амплитуды магнитного шума магнитомодуляционных датчиков с аморфным ферромагнитным сердечником, работающих в режиме автопараметрического усиления. Показано, что средняя амплитуда магнитного шума магнитомодуляционных датчиков может составлять ~0.45 пТл на частоте 0.1 Гц и менее 0.1 пТл на частотах выше 3 Гц.

Трубицын А.А., Грачев Е.Ю. Цифровой детектор рентгеновских изображений. – 13 с., 8 рис.

Разработан детектор рентгеновских изображений для установки микрофокусной рентгенографии. Применение элемента поликапиллярной оптики, сопряженного с серийно выпускаемым сенсором на основе комплементарных структур металл–оксид–полупроводник, позволило создать компактную конструкцию детектора без громоздкого объектива. Приведены методики экспериментального определения параметров и характеристик детектора. Определено базовое пространственное разрешение изготовленного детектора, проведена оценка отношения сигнал/шум полученных изображений и построены функции передачи модуляции. Для работы с детектором создано программное обеспечение на языке С++; представлены его основные возможности и функционал.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ЭКОЛОГИИ, МЕДИЦИНЫ, БИОЛОГИИ

Ксенофонтов С.Ю., Купаев А.В., Василенкова Т.В., Терпелов Д.А., Шилягин П.А., Моисеев А.А., Геликонов Г.В. Высокопроизводительный модуль сбора данных и управления широкополосным спектрометром ближнего инфракрасного диапазона на основе интерфейса USB 3.0. – 13 с., 6 рис.

Описаны конструкция и принцип работы модуля сбора данных и управления широкополосным спектрометром ближнего инфракрасного диапазона, разработанного в качестве основного интерфейсного устройства в составе системы визуализации внутри-глазных структур методом оптической когерентной томографии. Достигнутые технические характеристики этого модуля позволяют создать спектральную диагностическую систему оптической когерентной томографии с показателем продольного разрешения в нес-колько микрометров. Использование в качестве основного канала связи с компьютером интерфейса USB 3.0 обеспечивает компактность, мобильность и универсальность диагностической системы. Была обеспечена работоспособность системы сбора данных на фоне вычислительно-сложных асинхронных процедур синтеза непрерывного потока томографических изображений в реальном времени, что позволяет обеспечить интерактивный режим использования системы визуализации.

ЛАБОРАТОРНАЯ ТЕХНИКА

Аймаганбетов К.П., Алдияров А.У., Жантуаров С.Р., Алмасов Н.Ж., Теруков Е.И., Токмолдин Н.С. Низкотемпературная ячейка для проведения высокочастотных электрофизических измерений полупроводниковых устройств. – 9 с., 6 рис.

Описана экспериментальная измерительная ячейка, предназначенная для исследования электрофизических характеристик полупроводниковых элементов при низких температурах. В отличие от традиционных двухконтактных установок такого типа, разработанная экспериментальная ячейка имеет три измерительных контакта, позволяющих проводить электрофизические измерения плоских и объемных образцов. Рабочий температурный диапазон ячейки составляет ≥16 К. Проведены измерения импедансных характеристик гетеропереходного кремниевого и перовскитного солнечных элементов в диапазонах частоты от 100 Гц до 5 МГц и температуры от 120 до 300 К. Результаты измерений удовлетворительно согласуются с литературными данными.

Бурдин В.В., Константинов Ю.А., Клод Д., Латкин К.П., Белокрылов М.Е., Кривоше-ев А.И., Цибиногина М.К. Многостадийный контроль качества активных волоконных световодов. – 13 с., 11 рис.

Разработан комплекс методик и сконструированы установки для многостадийного контроля качества активных волоконных световодов. Комплекс включает в себя экспериментальный стенд для измерения гидро-ксильных групп в крупке кварцевого стекла по поглощению крупки в области обертона валентных колебаний О–Н-групп 1300–1450 нм; установку для измерения концентрации ионов эрбия в преформе (метод основан на измерении интенсивности люминесценции ионов эрбия в области длин волн 1.54–1.56 мкм); а также экспериментальный рефлектометр для контроля качества активных оптических волокон. Указанные экспериментальные методики вместе представляют собой гибкий инструмент мониторинга качества активных волокон на стадиях от подготовки сырья до тестирования готовых волокон.

Рютин С.Б. Установка для исследования нестационарного теплообмена в жидких средах. – 6 с., 4 рис.

Описана установка, предназначенная для исследования нестационарного теплообмена в различных жидких средах методом управляемого нагрева тонкого проволочного зонда. Главным звеном установки является быстродействующий электронный регулятор, обеспечивающий управление мощностью, рассеиваемой на зонде в зависимости от управляющего напряжения на входе регулятора. Основные параметры установки: зондом является платиновая проволока ∅20 мкм и длиной 1 см, время реакции регулятора ≈1–2 мкс, точность поддержания значения мощности 0.05%, время нагрева 1–500 мс, плотность теплового потока с поверхности зонда до 20 МВт/м². Представлена методика измерений и приведен пример применения установки для исследования спинодального распада водного раствора полипропиленгликоля (ППГ-425), имеющего нижнюю критическую температуру растворения.