17/10/2019

Кремниевый детектор в 5 раз улучшил качество «картинки» на станции синхротронного излучения

685
Ученые Института ядерной физики СО РАН им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН) и НГТУ НЭТИ разработали и изготовили детектор рентгеновского излучения на основе кремниевого микрополоскового сенсора для синхротронной станции «Плазма» на накопителе ВЭПП-4.

 
Станция предназначена для исследования структурных изменений материалов в результате воздействия на них импульсных тепловых нагрузок. В частности, так моделируется поведение вольфрама — металла, из которого будет сделана первая стенкатермоядерного реактора ИТЭР. Благодаря использованию нового детектора в пять раз улучшилось разрешение изображений, получаемых в ходе экспериментов — это значительно упростит и ускорит процесс дальнейшей интерпретации результатов. Исследования проводятся совместно с Новосибирским государственным техническим университетом (НГТУ-НЭТИ) при поддержке гранта РНФ № 19-19-00272. Станция «Плазма» в бункере СИ ВЭПП-4 в центре коллективного пользования «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения» создавалась в рамках гранта РНФ № 14-50-00080для исследования воздействия импульсных тепловых нагрузок на материалы. Эксперимент проводится в буквальном смысле в реальном времени: импульсную нагрузку имитирует лазер, который нагревает поверхность материала на 2000? С менее чем за 200 микросекунд, и в это же время материал просвечивается при помощи синхротронного излучения.
«Синхротронное излучение в нашем эксперименте используется исключительно для диагностики, оно не оказывает никакого влияния на образец, — рассказывает ученый секретарь ИЯФ СО РАН, доцент кафедры электрофизических установок и ускорителей НГТУ НЭТИ Алексей Аракчеев. — Для исследований мы выбрали метод быстрой дифрактометрии, который дает наиболее интенсивный пучок и отлично подходит для изучения быстропротекающих процессов».
Изначально для экспериментов использовался детектор DIMEX (detectorforimagingofexplosions), разработанный специалистами ИЯФ СО РАН для исследований взрывных процессов, которыми занимаются ученые Института гидродинамики СО РАН им. М.А. Лаврентьева и Института химии твердого тела и механохимии СО РАН. Характерный период работы такого детектора составляет 100—200 наносекунд между кадрами, он настроен на то, чтобы регистрировать большие потоки излучения и потому имеет относительно низкую чувствительность.Детекторы на базе DIMEX с лучшим временным разрешением планируется изготовить для экспериментальной станции «Быстропротекающие процессы» первой очереди центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП«СКИФ»).
«Для экспериментов по изучению воздействия импульсных нагрузок интервал между кадрами, которые делает детектор, должен составлять 10 микросекунд, но, поскольку в отличие от взрывных процессов, здесь идет работа не с прямым, а с отраженным пучком, имеющим значительно более низкую интенсивность, от него требуется очень высокая чувствительность, — рассказывает главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Лев Шехтман. — Мы разработали специальный детектор на основе кремниевой пластины, размером 5 см*3 см и толщиной 300 мкм, на которую нанесены специальные полоски-диоды с шагом 50 мкм. Он обладает однофотонной чувствительностью — то есть регистрирует практически каждый пролетающий фотон и по этому показателю превосходит предшественника в 10 раз».
Кроме того, пространственное разрешение этого детектора значительно выше, чем у газового детектора DIMEX, поскольку последний рассчитан на регистрацию фотонов существенно более низких энергий. Возрастание чувствительности напрямую влияет на качество изображения, получаемого в ходе эксперимента: его разрешение увеличивается в 5 раз. Это значительно упрощает и ускоряет процесс дальнейшей интерпретации результатов.

 
Станция «Плазма», которая предназначена для фундаментальных исследований воздействия импульсных нагрузок на материал, получила такое название, потому что под импульсными нагрузками сейчас понимается, прежде всего, воздействие потоков плазмы на материал первой стенки термоядерного реактора ИТЭР, запуск которого намечен на 2025 год.
«По совокупности качеств, главное из которых — высокая температура плавления (3422°С) и устойчивость к радиационным нагрузкам, таким материаломбыл выбран вольфрам, — поясняет Алексей Аракчеев. — Проблема в том, что он очень хрупкий. Металлы, которые обычно используются «в жизни», могут деформироваться, чтобы уменьшать напряжения, а вольфрам просто трескается. На станции «Плазма» мы при помощи рентгеновского рассеяния исследуем структурные, «внутренние» изменения вольфрама в результате аналогичных импульсов, моделируемых при помощи лазера. Цель наших исследований — определить допустимый предел таких нагрузок. Кроме того, у нас есть специальный экспериментальный стенд BETA на ускорительном комплексе ГОЛ-3, где также в реальном времени проводятся оптические исследования повреждений поверхности металла. Эксперименты на этих двух установках дополняют друг друга и помогают нам лучше понять механизм процесса».
Необходимо отметить, что для более качественного исследования плазменного воздействия на материалы также планируется создание специальной экспериментальной станции в рамках первой очереди ЦКП «СКИФ».

 
Проект ЦКП «СКИФ» в Новосибирске реализуется в соответствии с Поручением президента РФ от 18.04.2018 (пр-656 п.1б) и на основании Указа Президента РФ от 25.07.2019 №356 и является флагманом программы развития Новосибирского научного центра, известной как «Академгородок 2.0». ЦКП «СКИФ» — это центр коллективного пользования, который будет включать в себя не только ускорительный комплекс, но и развитую пользовательскую инфраструктуру: экспериментальные станции и лабораторный комплекс. Создание источника СИ планируется завершить в 2023 году, что позволит начать проведение научных исследований уже 2024 году. Ориентировочная стоимость проекта оценивается в 37,1 млрд. руб.

Напомним, что ранее ученые НГТУ НЭТИ создали установку для исследования трения металлов с помощью синхротронного излучения для перспективного синхротрона СКИФ: https://www.nstu.ru/news/news_more?idnews=115781 

Источники

Кремниевый детектор в 5 раз улучшил качество "картинки" на станции синхротронного излучения
Новосибирский государственный технический университет (nstu.ru), 17/10/2019
Кремниевый детектор улучшил качество "картинки" на станции синхротронного излучения
Наука в Сибири (sbras.info), 17/10/2019
Кремниевый детектор в 5 раз улучшил качество "картинки" на станции синхротронного излучения
Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН (inp.nsk.su), 17/10/2019
Кремниевый детектор в 5 раз улучшил качество "картинки" на станции синхротронного излучения
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 17/10/2019
Кремниевый детектор в 5 раз улучшил качество "картинки" на станции синхротронного излучения
SMIonline (so-l.ru), 17/10/2019
Кремниевый детектор в 5 раз улучшил качество "картинки" на станции синхротронного излучения
Infopro54.ru, 17/10/2019
Сибирский синхротрон улучшили
Шахты.SU, 17/10/2019
Сибирский синхротрон улучшили
Студии НОВА (elizovotv.ru), 17/10/2019
Сибирский синхротрон улучшили
Searchnews (searchnews.info), 17/10/2019
Кремниевый детектор улучшил качество "картинки" на станции синхротронного излучения
Российский научный фонд (rscf.ru), 17/10/2019
Сибирский синхротрон улучшили
Дело (delo-kira.ru), 17/10/2019
Сибирский синхротрон улучшили
WebTelek (webtelek.com), 17/10/2019
Сибирский синхротрон улучшили
UTnews (utnews.ru), 17/10/2019
Сибирский синхротрон улучшили
Fromua.news, 17/10/2019
Сибирский синхротрон улучшили
Lenta.Ru, 17/10/2019
Сибирский синхротрон улучшили
Ru-24.ru, 17/10/2019
Сибирский синхротрон улучшили
TmBW.Ru, 17/10/2019
Сибирский синхротрон улучшили
Новости обо всем (newsae.ru), 17/10/2019
Сибирский синхротрон улучшили
Новости России (news-life.ru), 17/10/2019
Кремниевый детектор улучшил качество "картинки" на станции синхротронного излучения
Российский научный фонд (рнф.рф), 17/10/2019
Сибирский синхротрон улучшили
Dosug.md, 17/10/2019
Новосибирская синхротронная станция "Плазма" получила кремниевый детектор
ИА Regnum, 17/10/2019
Сибирский синхротрон улучшили
Meta.kz, 17/10/2019
Ученые изготовили новый детектор скоростного сбора данных для сибирского синхротрона
ТАСС, 17/10/2019
Ученые изготовили новый детектор скоростного сбора данных для сибирского синхротрона
Национальные проекты: будущее России (futurerussia.gov.ru), 17/10/2019
Новосибирские физики в 5 раз улучшили качество "картинки" на станции синхротрона
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 17/10/2019
Кремниевый детектор в 5 раз улучшил качество "картинки" на станции синхротронного излучения
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 18/10/2019
Еще один шаг к термояду
Честное слово, 23/10/2019
Исследование материалов для термоядерных реакторов
Химия и жизнь (hij.ru), 09/12/2019

Похожие новости