Коллайдер ИЯФ СО РАН поменял режим работы, чтобы испытать прототип детектора для ЦКП «СКИФ»
- 08.07.2022
Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) разработали и ввели в эксплуатацию два детектора для экспериментов на источниках синхротронного излучения (СИ) ВЭПП-3 и ВЭПП-4М – интегрирующий и счетный. С их помощью будет проводиться измерение плотности вещества в экстремальных условиях и рентгеноструктурный анализ. Аналог счетного детектора ИЯФ СО РАН есть только в Швейцарии, однако он уступает российскому по возможностям отбора фотонов по энергии. Разработанные в ИЯФ СО РАН счетный и интегрирующий детекторы будут установлены на станции Центра коллективного пользования «СКИФ». Прототип интегрирующего детектора уже испытан и показал хорошие результаты. Для его испытания на накопителе ВЭПП-4М реализован уникальный режим, что стало самостоятельным научно-техническим вызовом.
Синхротронное излучение (СИ) уже более четверти века является эффективным инструментом для исследования динамики быстрых физических и химических процессов. Короткие вспышки излучения, генерируемые в источниках СИ электронными пучками, позволяют проводить измерения с высоким временным и пространственным разрешением с использованием соответствующих детекторов. Лучшие результаты в таких экспериментах достигаются с помощью многоканальных координатных детекторов с многоэлементными полупроводниковыми сенсорами в качестве чувствительных детектирующих элементов, где каждый канал работает либо в интегрирующем, либо в счётном режиме.
«Мы создали прототип интегрирующего детектора, предназначенного для изучения быстропротекающих процессов, который будет установлен на пользовательской станции Центра коллективного пользования «СКИФ». Прототип маленький, но он позволяет отработать технологии, необходимые для настоящего детектора, в частности, проверить электронику. Это называется макетирование режима работы, который следует после моделирования, то есть компьютерного расчета. Макетирование подразумевает реальный эксперимент», – прокомментировал главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН Лев Шехтман.
Отличие прототипа и реального детектора – в размере и апертуре. «У прототипа 96 каналов и апертура 5 мм, а в реальном детекторе будет 2048 каналов и апертура 10 см. Апертура влияет на размер изображения объекта. Пять миллиметров – это очень маленький размер, который не представляет интереса для пользователя, но для нас представляет, потому что позволяет отработать технологии и перейти от научно-исследовательских работ к опытно-конструкторским», – отметил Лев Шехтман.
Источник синхротронного излучения СКИФ запланирован как уникальная установка с уникальными параметрами. Поэтому проведение испытаний отдельных элементов иногда становится самостоятельным научно-техническим вызовом, поскольку необходимых для этого условий пока не существует – но воссоздать похожие можно на действующей инфраструктуре ИЯФ СО РАН.
Помимо экспериментов по физике высоких энергий, на коллайдере ВЭПП-4М проводятся исследования с синхротронным излучением. Для этих работ обычно используется режим, при котором в накопителе циркулируют два сгустка электронов с интервалом 610 наносекунд (одна миллиардная секунды).
Как отметил заведующий сектором ИЯФ СО РАН Павел Пиминов, с появлением новых детекторов для изучения быстропротекающих процессов стал использоваться режим с шестью сгустками электронов с интервалом около 200 наносекунд.
По словам Павла Пиминова, в источнике СИ СКИФ изначально был заложен режим накопления полного числа сгустков – 567 через 2.8 наносекунды. «Такой подход обусловлен необходимостью увеличить время жизни пучка и уменьшить потери частиц, что определяет радиационный фон вблизи установки. Для этого уменьшается заряд одного сгустка и увеличивается число сгустков, а полный ток пучка остается неизменным. Но для проведения быстропротекающих экспериментов с временным разрешением необходим высокий заряд в одном сгустке, а их число определяется быстродействием детектора. Поэтому на ЦКП «СКИФ» предполагается реализация специального режима – 30 сгустков через 50 наносекунд», – объяснил он.
Для испытания нового детектора специалисты ИЯФ СО РАН реализовали на ВЭПП-4М 17-сгустковый режим с интервалом 55 наносекунд между сгустками с полным током пучка 35 мА. При этом детектор работал в режиме с длительностью кадра 27.5 наносекунд и показал отличные результаты.
Для впуска частиц в ВЭПП 4М была применена схема инжекции с пред-ударом, где в качестве пред-инфлектора использовался позитронный инфлектор. Инфлектор – это устройство, предназначенное для изменения направления движения заряженных частиц для ввода их на заданную траекторию.
«Поскольку длительность его импульса составляет около 150 наносекунд, то впуск нового сгустка приведет к тому, что уже циркулирующие сгустки, до и после впускаемого, будут выбиты. Для устранения этого эффекта в момент впуска по циркулирующим сгусткам наносится такой отклоняющий удар пред-инфлектором, чтобы скомпенсировать воздействие инфлектора», – пояснил Павел Пиминов.
Смотрите также видео, в котором инженер-исследователь ИЯФ СО РАН Анастасия Глушак рассказывает о прототипе детектора и о своей работе в институте.
Фото - бункер синхротронного излучения ИЯФ СО РАН, автор Светлана Ерыгина.