КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 23-72-00060
НазваниеРазработка быстродействующих детекторов рентгеновского диапазона для исследования детонационных процессов на пучках синхротронного излучения
РуководительТолочко Борис Петрович, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2023 г. - 2026 г. |
Конкурс№79 - Конкурс 2023 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-502 - Физика низкотемпературной плазмы
Ключевые словасинхротронное излучение; детонация; ударная волна; стрик-камера; микроструктурный газовый детектор; микрополосковый кремниевый детектор; жесткое рентгеновское излучение.
Код ГРНТИ29.27.25
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект посвящен развитию методов изучения быстропротекающих процессов на пучках синхротронного излучения. Эти методики открывают новые возможности по исследованию фундаментальных проблем, возникающих при воздействии экстремальных давлений и температур на вещество, таких как, образование наночастиц за детонационной волной, уравнение состояние вещества в условиях детонации, а также процессы, происходящие при ударном воздействии на материалы. Исследование структуры вещества в экстремальных условиях высоких температур (~ 5000 C) и давлений (~ 300000 – 1000000 атм), реализуемых в условиях детонации больших зарядов взрывчатого вещества открывает путь к разработке технологий получения новых материалов, основанных на порошках наночастиц алмазов, а также сплавов металлов, которые не сплавляются на макроуровне. Исследование in situ процессов формирования твердофазных частиц в детонационной волне с использованием метода малоуглового рассеяния и осесимметричной томографии на пучках рентгеновского синхротронного излучения (10-60 кэВ) из накопителей ВЭПП-3, ВЭПП-4 и в будущем из СКИФ представляет уникальные возможности для построения модели таких явлений и оптимизации процессов получения наночастиц. Для проведения таких исследований разрабатываются детекторы с уникальными параметрами: количество каналов 2048, шаг каналов 50 мкм, пространственное разрешение не хуже 100 мкм (ШПВ, при энергии фотонов 30 кэВ)), количество записываемых кадров 100, частота записи кадров до 50 МГц, максимальный регистрируемый поток фотонов в один канал не менее 100000 фотонов/сгусток (~10^15 фотонов/с/мм^2).
Ожидаемые результаты
В результате реализации проекта будут созданы прототипы детекторов DIMEX-Si и DIMEX-Si2D с ограниченной апертурой 0.5-1 см, на которых будут продемонстрированы основные характеристики заявленные в проекте, такие как пространственное разрешение, временное разрешение, быстродействие и динамический диапазон (максимальный сигнал, регистрируемый детектором в линейном режиме, и шум электроники). Создание и испытания прототипа должны продемонстрировать принципиальную реализуемость задачи разработки полноформатных детекторов DIMEX-Si и DIMEX-Si2D. Эти детекторы будут созданы для станции "Быстропротекающие процессы" на новом источнике СКИФ и будут использоваться для исследований структуры вещества в условиях детонации.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Впервые получены данные о спектральной чувствительности ЭОП с золотым катодом в диапазоне энергий 30-100 кэВ на пучке синхротронного излучения накопителя ВЭПП-4 (ИЯФ СО РАН). Эти данные позволяют планировать эксперимент по исследованию детонационных процессов с использованием синхротронного излучения с пикосекуным временным разрешением.
Разработана полноформатная микросхема на 64 канала DMXS64A для кремниевого микрополоскового детектора для изучения быстропротекающих процессов. Для обеспечения статистической точности лучше 0,3% необходимо за время кадра длительностью 70 пс зарегистрировать ≥ 10 ^5 фотонов. Сделать это можно только в интегрирующем режиме работы электроники, при котором, в отличие от счётного режима, регистрируется суммарный сигнал от всех фотонов, попавших в канал детектора за время экспозиции кадра. Большая интегральная схема - СБИС содержит 64 идентичных канала регистрации сигналов от микрополосковых кремниевых координатных сенсоров с шагом полосок 50 мкм. Уровень собственных шумов канала, приведённый ко входу, составляет 1.5*103 электронов, максимальный входной сигнал ~ 2.0*10^6 электронов.
В рамках гранта проведен эксперимент по исследованию образования наноалмазов во время детонации зарядов тротил-гексоген массой 50, 100, 150 и 170 г с использованием диагностики малоуглового рентгеновского рассеяния синхротронного излучения. Обнаружено, что интеграл сигнала МУРР нелинейно зависит от массы заряда. Этот эффект никто ранее не наблюдал. Такая нелинейная зависимость сигнала МУРР от массы заряда свидетельствует о масштабном эффекте образования твердых продуктов при детонации системы тротил-гексоген. Вероятно, что такой же эффект может наблюдаться и в других практически важных ВВ, поэтому его нужно в дальнейшем исследовать.
Публикации
1. Глушак А. А., Аульченко В. М., Жуланов В. В., Шехтман Л. И. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ МИКРОСХЕМА ДЛЯ КООРДИНАТНЫХ СЧЕТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ IEEE APEIE), - (год публикации - 2024)
2. Глушак А.А., Аульченко В.М., Жуланов В.В., Шехтман Л.И. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ МИКРОСХЕМА ДЛЯ КООРДИНАТНЫХ СЧЕТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ Автометрия, - (год публикации - 2024)
3. Корниевский М.А., Аульченко В.М., Глушак А.А., Шехтман Л.И. Single-Bunch Monitor of the Position and Intensity of the SR Beam for Station "Fast Processes" of the Synchrotron Radiation Facility “SKIF” IEEE APEIE, - (год публикации - 2024)