Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Для определения квантового выхода фотокатодов из CsI, CWO, ZWO, LaB6 в диапазоне энергий 40 – 100 кэВ необходимо рассчитать спектр излучения. Рассчитан спектр СИ из вигглера с полем 2 Т ускорителя ВЭПП-4 при использовании различных фильтров излучения из алюминия, меди, железа и свинца разной толщины и с учетом конструкции канала СИ 8-б ВЭПП-4 (суммарная толщина бериллия в окнах канала).Это необходимо для корректного измерения спектральной чувствительности разрабатываемых детекторов и электроники. Ранее нами исследована спектральная фоточувствительности золота. Для золота ранее была измерена фоточувствительность для энергий до 10 кэВ. Однако свыше 10 кэВ это никем не исследовано. В этой работе мы первые измеряем фоточувствительность на энергиях от 10 до 100 кэВ. Поэтому до начала эксперимента необходимо знать спектр и правильно планировать эксперимент. 2. Впервые произведено измерение квантового выхода фотокатодов из CsI, CWO, ZWO, LaB6 в диапазоне энергий 40 – 100 кэВ. Для трех последних веществ квантовый выход в рентгеновском диапазоне ранее не измерялся. Максимальный квантовый выход продемонстрировал фотокатод из гексаборида лантана. Этот материал широко используется при изготовлении термоэмиссионных катодов. Основным результатом работы может считаться вывод, что величина квантового выхода всех исследованных веществ в жесткой рентгеновской области оказалась сопоставимой с квантовым выходом фотокатодов типа S1, S20, S25 в видимой области спектра. Это позволяет делать оценки чувствительности стрик-камеры для применения в экспериментах по физике быстропротекающих процессов. Можно также сделать выбор в пользу гексаборида лантана как наиболее эффективного материала для фотокатода стрик-камеры, работающей в жестком рентгеновском диапазоне. 3. В рамках гранта разработана специализированная большая интегральная схема (СБИС) DMXS64A предназначенная для использования в электронике регистрации координатных детекторов рентгеновского излучения для экспериментов по исследованию быстропротекающих процессов на пучках синхротронного излучения (СИ) с фемтосекунд экспозицией и 20 наносекундой длительностью кадров. Особенность таких экспериментов состоит в том, что для обеспечения высокой статистической точности измерения потока квантов, прошедших через исследуемый образец, необходимо за короткое время экспозиции (длительность банча света от фемтосекунд до наносекунд) зарегистрировать сигнал от большего потока рентгеновских фотонов. Так для обеспечения статистической точности лучше 0,3% необходимо за время кадра длительностью 20—50 нс 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) DMXS64A позволила решить все проблемы, возникающие при постановке экспериментов по исследованию быстропротекающих процессов на пучках синхротронного излучения с фемтосекунд экспозицией и 20 наносекундой длительностью кадров. 4. В течение 2024 г. были разработаны и произведены основные элементы рентгеновских позиционно-чувствительных детекторов DIMEX-Si и DIMEX-Si2D. Детекторы интегрирующего типа DIMEX-Si и DIMEX-Si2D предназначены для проведения экспериментов по исследованию динамики распространения детонационной и ударной волны в образце. Время экспозиции в таких экспериментах составляет ~1нс. В таких детекторах фиксируется суммарный заряд от всех фотонов, попавших в детектор, за время экспозиции. В этом случае суммарный собираемый заряд пропорционален количеству фотонов, попавших в детектор за время экспозиции. Однокоординатный рентгеновский детектор интегрирующего типа DIMEX-Si содержит 1024 электронных канала регистрации. Пространственное разрешение детектора 50 мкм, динамический диапазон 10! фотонов/канал*сгусток и энергетический диапазон 5-100 кэВ. Кремниевый сенсор с полосковой структурой размещается на специальной печатной плате. 5. Используя синхротронное излучение ВЭПП-3/ВЭПП-4 и однокоординатный рентгеновский детектор DIMEX получены 3D карты плотности вещества (t-плотность-х (канал детектора)), в котором сталкиваются детонационные либо ударные волны. Реализованная схема регистрации позволила решить проблему расшифровки распределения плотности при интерференции множества сходящихся/расходящихся волн, отраженных друг от друга и от стенок взрывной ячейки при детонации взрывчатки ТАТБ. Ранее для этой задачи использовались точечные детекторы, но восстановить интерференционную картину таким способом не удалось. Эти эксперименты ставились в частности с целью определить возможности синхронизации взрывных экспериментов с вспышками СИ из ускорителей ВЭПП-3,4. В таких опытах есть три независимых процесса – движение ударного (детонационного) фронта, движение банчей в ускорителях и вращение быстрого затвора детектора. Ударная волна должна подойти к образцу, когда откроется окно затвора и в этот момент из ускорителя выходят импульсы СИ. Было собрано электронное устройство, которое вычисляет положение затвора и выдает команду на подрыв заряда ВВ. В качестве источника СИ использовался шифтер с магнитной индукцией 2 Т, регистрация велась детектором DIMEX. В экспериментах при помощи СИ регистрируется подлетная скорость ударника, х-t диаграмма движения контактной границы х-t диаграмма движения ударной волны по исследуемому образцу из ПММА и профили плотности (в ударной волне), а также траектория ударной волны, отраженной от преграды, и профили плотности соответствующие двухкратному сжатию ПММА. В этом опыте был реализован режим с двухкратным сжатием при отражении ударной волны от стальной преграды. В экспериментах с помощью детонационной разводки, двух взрывных линз и двух зарядов взрывчатого вещества в исследуемом цилиндрическом образце из ПММА создается две встречные плоские ударные волны. Одномерный детектор DIMEX имеет 512 стрипов шириной 100 мкм (записывает полосу шириной 51,2 мм), которые записываются за 1 нс. Это является одним кадром. Детектор может записывать 100 каров через 124 нс. Сначала регистрируются кадры, показывающие динамику сжатия образца. Последовательно записанные кадры распределения интенсивности преобразуются в одну строчку, в которой разная интенсивность соответствует разному цвету (диаграмма “плотность – x”). Располагая эти строчки на x-t диаграмме, будет получена диаграмма “t - плотность – x”). На диаграмме видна диаграмма движения ударной волны по исследуемому образцу из ПММА и профили плотности в ударных волнах до и после столкновения. На ВЭПП-4 был опробован режим с 6-ю банчами. Это уменьшило время между кадрами до 203 нс. Источником СИ был 9-ти полюсный вигглер с магнитной индукцией 2 Т. Регистрация проходящего излучения велась детектором DIMEX.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Синтез материалов катода и изготовление катодов Выполнен синтез материалов разного состава для фотокатодов на основе вольфрама. Выполнено спекание порошковых материалов фотокатодов. Изготовлены фотокатоды на основе вольфрама разной толщины и химического состава. Изготовлен вакуумный объем для ЭОП из новых, синтезированных нами материаловалов. Получены экспериментальные данные о работе ЭОП на канале синхротронного излучения ускорителя ВЭПП-4 с использованием полихроматического излучения. Получены спектральные зависимости фототока ЭОП с фотокатодов на основе вольфрама методом фильтрации излучения поглотителями. Изготовлен прототип рентгеновского детектора GINTOS. Основа детектора - арсенид-галлиевый сенсор толщиной 0.5 мм, шириной 10 мм, содержащий 1024 регистрационных канала в форме полосок с шагом 50 мкм (смотри рисунок). При этом четные полоски сенсора соединены с электроникой регистрации с одной стороны, нечетные - с противоположной. Такая схема подключения позволяет оптимизировать компоновку электронных компонентов. Измерено пространственное разрешение детектора GINTOS Полученное распределение производной фитировалось композицией гауссовой и линейной функций. Из параметров фитирования было получено среднеквадратичное отклонение 0.41 ± 0.19 (в единицах каналов). С учетом шага каналов детектора (50 мкм) это соответствует пространственному разрешению (20.5 ± 9.5)мкм. Измерена квантовая эффективность детектора GINTOS Квантовая эффективность (QE) - важный параметр полупроводниковых сенсоров, определяемый как отношение числа зарегистрированных фотонов к количеству падающих на детектор фотонов. Квантовая эффективность вычисляется как доля поглощенного излучения (смотри формулу в файле). Результаты расчетов. На графике (смотри файл). представлена зависимость квантовой эффективности от энергии фотонов. Для арсенид-галлиевого сенсора получены следующие значения: • Для спектра ВЭПП3 (средняя энергия 18.6 кэВ): QE ≈ 0.98 • Для спектра ВЭПП4-М (средняя энергия 36.4 кэВ): QE ≈ 0.79 Изготовлен прототип однокоординатного детектора DIMEX-Si. DIMEX-Si - однокоординатный детектор на основе кремниевого микрополоскового сенсора (фотография приведена на рис.10). DIMEX-Si предназначен для наиболее скоростных экспериментов, которые будут проводиться в секциях "Динамические процессы" и "Динамические процессы, отдельное здание". Регистрация СИ происходит в кремниевом микрополосковом сенсоре (см. рис.11). Кремниевый сенсор детектора DIMEX-Si изготовлен на основе кремния n-типа толщиной 320 мкм и габаритами 55 × 35мм2. На одной стороне сенсора располагается общий алюминиевый электрод, на другой стороне 1024 полоски p-типа с шагом 50 мкм, каждая из которых имеет индивидуальный алюминиевый электрод. Испытан полноформатный прототип кремниевого микрополоскового детектора Испытан полноформатный прототип кремниевого микрополоскового детектора GINTOS на канале СИ ВЭПП-3 (На ВЭПП-4 эксперимент не был проведен из-за его поломки, но эксперимент на ВЭПП-4 можно будет провести в 2026 г если полученных на ВЭПП-3 данных окажется недостаточно. Это будет ясно после их полной обработки. Измерены основных характеристик детектора: пространственное разрешения, временное разрешения, динамический диапазон. Разработан прототип двух-координатного кремниевого микрополоскового детектора Разработка двух-координатного кремниевого микрополоскового детектора для изучения быстропротекающих процессов. Изготовлен прототип двухкоординатного детектора с двумя рабочими плоскостями (у полноформатного детектора таких плоскостей будет 10 – 20, в зависимости от задачи). Выполнена регистрации распределения плотности пылевых потоков при ударном воздействии Объектом исследований являлись образцы изготовленные из олова марки О1 (ГОСТ860-75). Шероховатость на образцах с Rz20 создавали на токарном станке по отработанной ранее технологии, исключающей влияния боковой разгрузки и определенности в величине толщины пылевого потока, на поверхности образцов требуемая шероховатость оставлена только на полосе шириной L = 5 мм, остальная часть заполирована (смотри рисунок в прикрепленном файле). Между электродетонатором (ЭД) и генератором ударной волны устанавливали электроконтактный датчик, после замыкания которого, запускался детектор синхротронного излучения DIMEX (поз. 11, рисунка). Детектор регистрировал проходящее через окно сборки синхротронное излучение. Таким образом, получали одномерные теневые картины распределения интенсивности проходящего через пылевые потоки СИ. Зная сечения ослабления рентгеновского излучения на эффективной энергии 15 кэВ для меди (σCu= 69 см2/г) и для олова (σSn= 42 см2/г) можно ввести поправочный коэффициент пересчета массы на луче олова по калибровке на меди σCu/σSn=69/42=1.64. Для вычисления истинной массы оловянного потока пыли необходимо все приведенные в отчете значения линейной плотности домножить на этот коэффициент. Анализ данных, полученных с использованием пьезодатчиков и рентгенографии СИ позволяет сделать следующие выводы: 1. С использованием СИ зарегистрирована динамика движения фронтов пылевых потоков, движущихся в гелии при начальных давлениях 1, 2 и 8 атм. Получены сигналы от пьезодатчиков вызванные воздействием газопылевых потоков, по которым получены данные о действовавших на них давлениях и параметрах потока. 2. Наличие сжатого в УВ газа перед образцом не влияет на регистрацию пылевых потоков методом СИ. 3. С использованием СИ зарегистрирована динамика движения фронтов пылевых потоков, движущихся в гелии при начальных давлениях 1, 2 и 8 атм. абс. Показано значительное влияние газа на торможение пылевого потока. 4. Получены данные о динамике распределения плотности (d) в пылевых потоках. Считая нагружение образца плоским, а возникающий пылевой поток достаточно однородным по радиусу, то средняя плотность в пылевом потоке может быть получена делением приведённых данных на ширину полоски~ 5 мм. (За счет боковой разгрузки).