Аннотация результатов, полученных в 2014 году
1.5.1. Были сформулированы критерии разработки однопикосекундного диссектора для исследования временных параметров синхротронного излучения. В качестве базисной модели выбрана пикосекундная стрик-камера PS-1/S1, которую отдел фотоэлектроники ИОФ РАН продолжает производить с 80-х годов прошлого века. Камера имеет следующие основные характеристики: спектральный диапазон 350-1300 нм, предельное временное разрешение 1±0.2 пс в однократном стрик-режиме, скорость развертки 10^10cм/с. Первым шагом в реализации Проекта явилась модификация нашего электронно-оптического преобразователя ПИФ-01. 1.5.2. Было изготовлено 9 модифицированных образцов пикосекундных ЭОП ПИФ-01, отличающихся друг от друга различными люминисцентными экранами: P46 и P46-ультра (Y3Al5O12:Ce), P47 (Gd2-SiO5:Ce) из порошка и кристалла. Испытывались также экраны в виде пленок церия, нанесенных на кристалл Gd3Ga5O12 1.5.3. Изготовлено три образца прототипов диссектора нового поколения: ПИФ-01 и ВЭУ от умножителя модели ЭЛУ-18 (один образец) и ПИФ-01 и ВЭУ от диссектора первого поколения ЛИ-602 (два образца). 1. 5.4. Предварительные тестовые эксперименты были проведены на лазерных установках Отдела фотоэлектроники в ИОФ РАН. В них использовались два типа лазеров: лазер ни титанате сапфира, генерирующий цуг импульсов длительностью 30 фс на частоте 80±10 МГц и длине волны 800 нм и лазер с синхронизацией мод с длительностью отдельного импульса 8 пс на длине волны 1060 нм. Излучение квазинепрерывного лазера очень похоже по параметрам на синхротронное излучение ускорителей частиц. В результате этих экспериментов был выбран люминофор Р46. 1.5.5. По результатам экспериментов при финансовой поддержки Российскогот научного фонда было опубликовано две статьи: 1.5.5.1 K. A. Vereschagin, N. S. Vorob’ev, P. B. Gornostaev, E. I. Zinin, S. R. Ivanova, T. P. Kulichenkova, G. P. Levina, V. I. Lozovoi, V. A. Makushina, O. I. Meshkov, Yu. M. Mikhal’kov, Z. M. Semichastnova, A. V. Smirnov, E. V. Shashkov, and M. Ya. Schelev Laser Diagnostics of picoseconds streak tubes supplied with fast-response phosphor screens Journal of Russian Laser Research V. 35, N. 6, pp.617-622 (2014). 1.5.5.2. K. A. Vereshchagin, P. B. Gornostaev, S. R. Ivanova, T.P. Kulechenkova, G. P. Levina, V. A. Makushina, O. I. Meshkov, A. V. Smirnov, E. B. Shashkov, and M. Ya. Shchelev On the Decay Time of Luminescent Screens of Picosecond Image Converters When Measuring Repeated Signals in the Accumulation Mode Bulletin of the Lebedev Physics Institute Vol. 41, No. 12, pp. 8-10 (2014) 1.5.6. Прототипы разрабатываемых диссекторов были протестированы в ИЯФ СОРАН Э.И.Зининым с помощью стробоскопической электронной хронографии. Для ПИФ-01 с люминесцентным экраном Р46 техническое временное разрешение оказалось равным 7 пс, а для ПИФ-01 с ВЭУ от диссектора первого поколения ЛИ-602 – 3 пс. 1.5.7. Для диагностики многосгустковых пучков установки «Сибирь-2» успешно используется модифицированный блок управления диссектором первого поколения. Предварительные экспериментальные результаты дают хорошее соответствие с результатами компьютерного моделирования. 1.5.8. 50 МГц АЦП выбран для представления экспериментальных данных, полученных с помощью модифицированной LI-602 диссектора. Следующим шагом станет разработка соответствующего программного обеспечение. 1.5.9. По итогам первого года работы над проектом, проведения компьютерных и тестовых экспериментов выработана следующая концепция по дальнейшей работе по Проекту: • основой для разрабатываемого диссектора послужит пикосекундный ЭОП с быстрым люминофоре на экране; • основой для разрабатываемого диссектора послужит пикосекундный ЭОП с электронным фотоумножителем в одном вакуумной объеме; • будет исследована возможность использования микроканального усилителя, электронно-чувствительной ПЗС-матрицы и т.п. в составе разрабатываемого пикосекундного диссектора; • будет разрабатываться ЭОП с пико- и субпикосекундным разрешением для работы в режиме синхроскана; • для предварительной проверки экспериментальных образцов диссектора перед поставкой в ИЯФ СОРАН будет создан экспериментальный стенд в ИОФ РАН.

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
1. Отработана воспроизводимая технология нанесения на экранные подложки новых быстродействующих катодолюминофоров и низкоомных серебряно-кислородно-цезиевых фотокатодов (Ag-O-Cs) в вакуумных объемах пикосекундных ЭОП типа ПИФ-01 и в диссекторах нового поколения на базе ПИФ-01+ВЭУ, помещенных в единой колбе. 2. Изготовлено десять экспериментальных опытных образцов ПИФ-01 с экранами на основе порошковых катодолюминофоров марки Р46 (Y3Al5O12:Ce, разработка Н.П.Сощина, НПО «Платан», г.Фрязино, МО) и Р47 (Y2SiО5:Ce, изготовитель Британская фирма Phosphor Technology Ltd), а также с использованием эпитаксиальных пленок, выращенных в Отделе когерентной и нелинейной оптики ИОФ РАН методом жидкостной эпитаксии из переохлажденных растворов-расплавов на основе системы PbO-B2O3, и с использованием кристаллов LFS-3 (CeLu2YGaSiO5), выращенных в Отделе лазерных кристаллов ИОФ РАН. В трех изготовленных ПИФ-01 с быстрозатухающими катодолюминофорами, анализирующая 45 мкм щель устанавливалась внутри вакуумного объема в плоскости экрана. В семи ЭОП, анализирующая 45 мкм щель устанавливалась с внешней стороны экрана на волоконно-оптическом диске. 3. При облучении исследуемых катодолюминофоров 8 пс, 12 кэВ электронными импульсами через 400нм прострельные пленки минимальное время затухания катодолюминесценции было обнаружено у кристаллов LFS-3 и оно составило величину 30 нс (по уровню 0,5) и 260 нс (по уровню 10-2). При этом коэффициент преобразования энергии электронного пучка в оптическое излучение (максимум излучения на длине волны 420 нм) оказался в 1,5 – 3 раза хуже, чем у традиционно используемых люминофоров марки Р43 (Gd2O2S:Tb, максимум излучения на длине волны 545 нм, время затухания катодолюминесценции 1,6•10-3 с по уровню 10-2). 4. Изготовлена и испытана модернизированная камера типа синхроскан, работающая в непрерывном режиме с частотой сканирования 75,3 МГц с использованием высокостабильного ВЧ-генератора, разработанного участниками Проекта от ИЯФ СО РАН. Динамические испытания на созданной в ИОФ РАН установке по тестированию разрабатываемых пикосекундных диссекторов с использованием излучения 30 фс Ti:Sa лазера показали, что максимальное временное разрешение модифицированного синхроскана колеблется в пределах 4-5 пс в зависимости от используемого образца ПИФ-01 и его катодолюминофора. В этих экспериментах максимальная скорость развертки фотоэлектронных изображений достигала 6,5•109см/с (что соответствует длительности развертки ~400 пс на 25 мм экрана). 5. Изготовлено 7 экспериментальных образцов пикосекундных диссекторов нового поколения, содержащих в едином вакуумном объеме ЭОП типа ПИФ-01 и вторичный электронный умножитель (ВЭУ). В качестве ВЭУ были использованы умножительные системы жалюзийного типа от ЛИ-602 (2экземпляра) и изготовленные по нашему заказу в ОАО «Электрон» (г. Санкт-Петербург) и в ОАО «Экран» (г.Новосибирск) умножительные системы от ФЭУ 202. 6. Изготовлены и испытаны замедляющие (прострельные) пленки, предназначенные для использования в пикосекундном диссекторе в конфигурации ПИФ+ВЭУ. Эти пленки устанавливаются в плоскости экрана ЭОП перед первым динодом ВЭУ и служат для снижения энергии электронов от 12 кэВ до нескольких сотен вольт, соответствующих максимальному коэффициенту вторичной эмиссии жалюзийных динодов. При изготовлении пленок использовалась хорошо отработанная и многократно опробованная в Отделе фотоэлектроники ИОФ РАН технология нанесения защитно-отражательных алюминиевых покрытий на люминесцентные экраны пикосекундных ЭОП. Для оптимально-выбранной толщины прострельных пленок, равной 400 нм, коэффициент вторичной эмиссии составил величину 0,7 – 0,8. Исследования по прострельным пленкам явились предметом бакалаврской работы, защищенной в июне 2015 года участником Проекта Комельковым А.С. 7. Наилучший экспериментальный результат по измерению временного разрешения экспериментальных образцов диссекторов в конфигурации ПИФ-01+ВЭУ составил величину 3,5 пс. Этот результат практически не зависел от типа используемых ВЭУ. Тем не менее, предварительные результаты экспериментов указывают на предпочтительное использование ВЭУ, изготовленных ОАО «Электрон». Это связано с надежностью и воспроизводимостью технологии стыковки ПИФ с такими ВЭУ, а также с хорошо налаженными контактами разработчиков и технологов обеих организаций. 8. Проведены теоретические расчеты и компьютерное моделирование с целью нахождения путей модернизации геометрии и режимов включения ЭОП типа ПИФ-01 для достижения временного разрешения порядка одной-двух пикосекунд в режиме непрерывного сканирования. Предлагаются следующие шаги на пути такой модернизации: замена ускоряющей пленки на щель; снижение ускоряющего напряжения с 12 кВ до 0,8 кВ при полном отказе от прострельных пленок; изменение конфигурации фокусирующей линзы и отклоняющих пластин; учет кулоновских взаимодействий и т.п. Очевидно, что для практической реализации всех этих предложений требуется проведение дополнительных работ в рамках данного Проекта. 9. Результаты предварительных экспериментов, начатых первого декабря 2015 года на установке синхротронного излучения КИСИ «Сибирь-2», продемонстрировали принципиально новые возможности по использованию пикосекундных электронно-оптических камер и диссекторов, разрабатываемых и изготовляемых в ИОФ РАН, для прецизионной настройки и штатной диагностики синхротронного излучения на установке КИСИ «Сибирь-2». Эти работы должны быть продолжены по согласованному графику двух организаций (ИОФ РАН и Курчатовского Института), в том числе в рамках данного Проекта. 10. С помощью однопикосекундной стрик-камеры модели PS-1/S1, разработанной и изготовленной в Отделе фотоэлектроники ИОФ РАН, получена ценная информация о пространственно-временной структуре СИ в накопителе –охладителе в зависимости от режимов работы инжекционного комплекса в ИЯФ СО РАН. На основании результатов проведенных работ сделан вывод принципиальной важности – о необходимости оснащения пикосекундными камерами современных ускорительных установок, в том числе эксплуатируемых в ИЯФ СО РАН. 11. Обеспечена информационная поддержки Проекта путем создания веб-сайта http://iofanfe.wix.com/photoelectronics, в котором освещаются итоги НИР, полученные в результате исследований по Проекту РНФ № 14-29-00295. 12. По результатам проведенных в 2015 году научных исследований и опытно-технологических работ по данному Проекту было опубликовано и принято к публикации 14 научных статей в ведущих журналах ( Квантовая электроника, Приборы и техника эксперимента, Автометрия, Инженерная физика, Прикладная физика, Краткие сообщения по физике, Физика элементарных частиц и атомного ядра, Laser Phys. Lett. и др.), цитируемых в WOS, Scopus, РИНЦ..

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
1. Спроектирован и изготовлен электронно-оптический диссектор для регистрации быстрых периодических процессов с временным разрешением 3-4 пикосекунды. Это устройство относится к числу высокоскоростных электронно-оптических приборов нового поколения и уже используется для диагностики пучков в ускорителях заряженных частиц, а именно: для тонкой настройки ускорительных комплексов, для наблюдения за длиной сгустка в режиме реального времени, а также для изучения динамики релятивистских пучков. Работа выполнена совместно с ИЯФ СО РАН. 2. На ускорителях ИЯФ СО РАН и Курчатовском источнике синхротронного излучения «Сибирь-2» с помощью стрик-камеры модели PS-1/S1, разработанной и изготовленной в Отделе фотоэлектроники ИОФ РАН, были проведены следующие эксперименты: - Измерение эффективности захвата в накопитель-охладитель (НО): Исследована динамика захвата пучка, инжектируемого из линейного ускорителя в НО. Экспериментально зарегистрировано заполнение частицами сепаратрис НО в течение первых оборотов после инжекции; - Измерения импеданса и энергетического разброса на ВЭПП-4М по токовым зависимостям длины пучка на разных энергиях: Измерен широкополосный продольный импеданс вакуумной камеры электрон-позитронного коллайдера ВЭПП-4М. Оценен вклад эффекта Тушека и искажения потенциальной ямы в величину энергетического разброса пучка в ускорителе в диапазоне энергий 1.4 – 2.5 ГэВ. Измерен декремент затухания синхротронных колебаний; - Измерение продольного профиля пучка, выведенного из накопителя охладителя: Исследована динамика профиля пучка, выпущенного из накопителя-охладителя. Зарегистрирована модуляция продольного распределения плотности электронов в многобанчевом пучке, испытывающем фазовые колебания; - Измерение импеданса Сибирь-2: Измерен широкополосный продольный импеданс вакуумной камеры Курчатовского источника синхротронного излучения «Сибирь-2». Сделана оценка порога микроволновой неустойчивости в диапазоне энергий от 440 МэВ до 2.5 ГэВ. 3. Изготовлено 6 экспериментальных образцов пикосекундных диссекторов нового поколения на основе преобразователя ПИФ-01 с внутренним ВЭУ, три из которых прошли успешную апробацию на ускорителе в ИЯФ СО РАН.