Уникальные научные установки

Циклический ускоритель электронов С-60 (С-60), Многофункциональная электрофизическая установка ГЕЛИС, ПАВИКОМ (Полностью Автоматизированный Измерительный Комплекс) (С-60, ГЕЛИС, ПАВИКОМ)

Данная УНУ была поддержана в рамках мероприятия 1.8 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы»
Адрес
  • Центральный
  • 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д. 53
Руководитель работ
Сведения о результативности за 2016 год (данные мониторинга)
Участие в мониторинге Число организаций-пользователей, ед. Число публикаций, ед. Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %
нет000.00
Базовая организация

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук

Информация об уникальной научной установке (УНУ)

Циклический ускоритель электронов С-60 ФИАН используется как источник синхротронного излучения (СИ) в вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) и мягкой рентгеновской областях спектра. Основные характеристики С-60: максимальная энергия электронов – 630 МэВ, радиус орбиты электронов – 2 м, средний ток на орбите – 130 мА, максимум спектра СИ – 0.66 кэВ. Многофункциональная электрофизическая установка ГЕЛИС  представляет собой ускоритель ионов различных газов до энергии ≤ 50 кэВ,  ПАВИКОМ (Полностью Автоматизированный Измерительный Комплекс) – это уникальный высокоэффективный измерительный комплекс для обработки экспериментального материала, полученного в исследованиях с использованием эмульсионных и твердотельных детекторов. Циклический ускоритель электронов С-60 ФИАН используется как источник синхротронного излучения (СИ) в вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) и мягкой рентгеновской областях спектра.  Основные характеристики С-60: максимальная энергия электронов – 630 МэВ, радиус орбиты электронов – 2 м, средний ток на орбите – 130 мА, максимум спектра СИ – 0.66 кэВ. Ускоритель С- 60 оснащен несколькими каналами вывода ВУФ и рентгеновского СИ с установленными на них  вакуумными камерами для размещения исследуемых объектов. Особенностями синхротрона С-60  являются: специальный «квазинакопительный» режим магнитного цикла с плато магнитного поля  (т.е. постоянной энергии) длительностью ~0.5 с, мягкая фокусировка в секторах магнита, большая  апертура вакуумной камеры, что позволяет оперативно регулировать ряд параметров рабочих  пучков СИ с целью оптимизации их характеристик применительно к условиям того или иного  физического эксперимента. Относительно невысокий вакуум (порядка 10-6 Торр) в камере  ускорителя позволяет выводить из ускорителя пучки СИ большой апертуры без применения  вакуумных окон или сложной дифференциальной откачки, что обеспечивает возможность  использования СИ из С-60 для широкого круга задач, в частности для междисциплинарных  исследований, таких как биофизика и медицина, а также для выполнения прикладных  исследований, например в области рентгеновской литографии. Ускоритель С-60 и являющиеся его  неотъемлемой частью каналы вывода СИ постоянно модернизируются. В частности, в 2010 г. была  введена в эксплуатацию первая очередь модернизированного метрологического канала  синхротронного излучения для исследований в области метрологии и рентгеновской оптики.      Многофункциональная электрофизическая установка ГЕЛИС  представляет собой ускоритель ионов различных газов до энергии ≤ 50 кэВ, который включает в себя: 1) ионный источник (собственно ускоритель) c оборудованием, обеспечивающим его питание; 2) систему фокусировки ионного пучка; 3) вакуумную систему;  4) диагностическую аппаратуру для измерения тока и энергии ионного пучка.  Установка ГЕЛИС предназначена для  проведения широкого спектра экспериментов, таких как,  изучение столкновений легких ядер с  энергией в десятки кэВ, изучение элементарных и коллективных процессов в ионно-пучковой  плазме, изучение взаимодействий ионного пучка  с различными материалами, модификация их  поверхности и получение методом ионно-лучевого распыления тонкопленочных покрытий. При существующей системе экстракции пучка установка ГЕЛИС может давать ток ионов 4He около 1 мА с энергией Еlab = 5 кэВ (для ионов  3He, d и р ток будет больше). Если  использовать систему торможения ионов основного пучка перед мишенью, то можно будет  достичь токов порядка 10 мА в интересующем диапазоне энергий. Достижение таких параметров  тока пучка позволит намного сократить время измерения выходов исследуемых ядерных реакций  при низких энергиях.    Таким образом, используя уникальные возможности установки ГЕЛИС,  можно провести исследования по измерению сечений реакций синтеза легких ядер в диапазоне  энергий от 5 до 50 кэВ в лабораторной системе координат с использованием газовых мишеней и  от 0,25 до 50 кэВ с использованием твердотельных мишеней и при этом работать с токами пучка  намного более высокими, чем в упомянутых выше работах.    На установке ГЕЛИС были проведены  научные исследования совместно с различными отделами и отделениями ФИАН, физических  центров России и мира: ИОФАН, ИФХАН, НИИЯФ МГУ, НИИПФ, Институт проблем  материаловедения Академии наук Украины, Институт физики плазмы (Варшава, Польша), CERN, DESY. Эти исследования представляют большой интерес для управляемого термоядерного  синтеза, изучения структуры твердого тела и его поверхности, получения новых материалов и их  пленок.  Результаты этих исследований были использованы:  в создании эмиттеров из композиционных наноматериалов с включениями эмиссионно-активной фазы;   в получении  тонких эпитаксиальных пленок ВТСП;  в выборе материалов для  будущего реактора ITER;   в создании новых детекторов ионизирующего излучения, способных  работать при больших загрузках в жестких радиационных условиях.       ПАВИКОМ (Полностью  Автоматизированный Измерительный Комплекс) – это уникальный высокоэффективный   измерительный комплекс для обработки экспериментального материала, полученного в исследованиях с использованием эмульсионных и твердотельных детекторов.   Установка создана в 2000 году группой сотрудников Физического института им.П.Н.Лебедева. ПАВИКОМ  используется для высокотехнологичной обработки данных экспериментов в ядерной физике, физике космических лучей, физике высоких энергий. ПАВИКОМ проводит совместные исследования со многими российскими и зарубежными научными центрами: НИИЯФ МГУ, ИТЭФ, ОИЯИ, ТПУ (Томск), ИФХ РАН, INFN (Италия), CERN (Швейцария) и многими другими. Спектр этих исследований очень  широкий - ядерная физика, физика космических лучей, физика высоких энергий, нейтринная  физика, биофизика, исследование термоядерного синтеза.  ПАВИКОМ изначально создавался  для обработки ядерных фотоэмульсий, облученных пучком ядер свинца с энергией 158А ГэВ на  ускорителе SPS (CERN) в рамках эксперимента EMU-15, проводимого этой же группой. Основным  направлением этого исследования является поиск возможных сигналов образования кварк- глюонной плазмы при сверхвысоких температурах в сверхплотных состояниях материи. Однако в  настоящее время возможности ПАВИКОМ - его универсальность и быстродействие, постоянно обновляемое программное обеспечение, не только позволяют обеспечить потребности  исследований, проводимых в ФИАН, но эффективно используются также другими российскими лабораториями и институтами. При этом участие группы ПАВИКОМ не является простым  предоставлением установки в аренду. Для каждого эксперимента, обрабатываемого на ПАВИКОМ, как минимум, дорабатывается старое или разрабатывается специальное программное  обеспечение, часто производится доработка аппаратуры или некое приспособление установки и  изменение метода измерений. ПАВИКОМ состоит из трех независимых полностью автоматизированных установок, различающихся, прежде всего, величиной перемещений оптических столов, и, соответственно, допустимыми размерами пленок для обработки [35]. Основные узлы установки ПАВИКОМ -1:  автоматический прецизионный стол немецкой фирмы MICOS;  оптическая система, комплектация которой осуществляется в соответствии с решаемой физической задачей;  персональный компьютер Pentium. Прецизионная механическая система MICOS состоит из массивной металлической платформы и подвижного предметного стола, пределы перемещения которого в горизонтальной плоскости составляют 400 мм * 800 мм. Над столом закреплена CCD-камера, имеющая возможность вертикального перемещения в пределах 0*200 мм. Координаты по всем трем осям измеряются с точностью 0,5 мкм. Перемещение оптического стола и вертикальной линейки осуществляется шаговыми двигателями, управляемыми контроллером, на который поступают команды от компьютера или от джойстика при ручном управлении. Оптическая система микроскопа была создана в ФИАНе с использованием элементной базы ЛОМО. Оптика микроскопа проектирует изображение объекта на CCD-матрицу системы VS-CTT фирмы «Видеоскан», обеспечивающую ввод оцифрованных высококачественных изображений в персональный компьютер. Эта система имеет следующие характеристики: 1024 уровня «градаций серого»; матрица CCD-камеры имеет размеры 1360*1024 пикселей; размер каждого пикселя 4,65 мкм**2. Установка размещена в «чистой» комнате со стеклянными стенами.    Автоматизированный микроскоп ПАВИКОМ-2 создан на базе микроскопа МПЭ-11, производства ЛОМО.  Основные узлы установки ПАВИКОМ-2:  прецизионный стол немецкой фирмы Carl Zeiss с блоком управления; 2 цифровые CCD-камеры;  персональный компьютер. Пределы автоматического перемещения столика по оси Х составляют 0 - 120 мм, по оси Y: 0-100 мм, пределы перемещения по вертикальной координате около 1 см. Перемещение оптического столика по всем координатам осуществляется шаговыми двигателями,  управляемыми контроллером, на который поступают команды от компьютера. Точность  измерения координат X и Y составляет 0,25 мкм, по оси Z – 3,46*10**(-3) мкм.   Третий комплекс,  ПАВИКОМ-3 имеет следующие основные характеристики:   Прецизионный подвижной столик Micos. Пределы автоматического перемещения столика по оси Х составляют 0 - 250 мм, по оси Y:   0-250 мм, пределы перемещения по вертикальной координате Z - 10 см. Точность измерения координат X и Y составляет 0,25 мкм, по оси Z – 3,46*10**(-3) мкм.  Микроконтроллер для управления шаговыми двигателями;  Система подсветки Nikon (по индивидуальному заказу, SISTEMILL-C Special illumination device for Sistemvis).   Блок питания для подсветки с управлением от компьютера.  Персональный компьютер двухпроцессорная рабочая станция на базе Intel Pentium 4 Xeon 3.6 ГГц материнская плата на чипсете Intel SE7505VB2 с поддержкой шины PCI-X видеокарта Matrox Millenium G550 AGP жёсткий диск Maxtor SCSI, 120 Гб.2 Гб DDR оперативной памяти. Характеристики видеооборудования:  1) Матрица одной CCD-камеры имеет размеры 768 * 576 пикселей и глубину цвета 8 бит (256 градаций серого). Изображение в камере создаётся объективом микроскопа, с увеличением до 60х. Аналоговый видеосигнал, формируемый видеокамерой, подаётся на вход аналого-цифрового преобразователя – карты захвата и оцифровки изображения, которая передаёт оцифрованный видеосигнал в память компьютера.   2). Вторая видеокамера - CMOS МС1310 с 1024 уровнями градаций серого и разрешением 1280*1024 пикселя, скорость съемки около 500 изображений в секунду. Установлена видеоплата оцифровки изображения MATROX ODYSSEY Xpro (с интерфейсом с PCI-X); используется персональный компьютер в специальной комплектации (двухпроцессорная рабочая станция на базе Intel Pentium 4 Xeon 3.6 ГГц, материнская плата на чипсете Intel SE7505VB2 с поддержкой шины PCI-X, видеокарта Matrox MilleniumG550 AGP, жёсткий диск Matrox SCSI, 120 Гб, 2 Гб DDR оперативной памяти).

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами

Ускоритель С-60 на энергию 630 МэВ является по существу единственным в России реально работающим источником мягкого рентгеновского СИ, т.е. занимает определенную «нишу» для выполнения исследований по взаимодействию электромагнитного излучения с веществом в указанной области энергий фотонов. Следует отметить, что в 2010 г. в Берлине был построен и введен в эксплуатацию специализированный источник СИ как раз на энергию 630 МэВ, что подтверждает актуальность исследований с использованием СИ в указанной области энергий фотонов. Однако, на данный момент создание в России аналогичного нового источника СИ на указанные энергии не представляется целесообразным из-за высокой стоимости такого объекта (сотни миллионов рублей). Установка ГЕЛИС является уникальной, все конструкционные узлы системы фокусировки пучка, вакуумной системы (за исключением серийной электромеханической запорной арматуры и вакуумных насосов), диагностической аппаратуры изготовлены в мастерских и ОКБ ФИАН. Ионный источник (дуаплазмотрон) был разработан и изготовлен в Институте физики НАН Украины по специальному заказу ФИАН в 1982 г., в 1994 г. был модернизирован силами ФИАН. Благодаря оригинальной конструкции рабочих камер вакуумного тракта ионного пучка и наличию мощной дифференциальной откачки, на установке можно проводить исследования с пучками ионов различных газов, как с твердотельными, так и газовыми мишенями, осуществлять облучение твердотельной мишени с плотностью тока пучка до 100 мА/ см2, как в вакууме, так и в атмосфере газа с давлением до 10 торр. В последние 10 лет реакции синтеза при низких энергиях (£ 5КэВ) исследуются систематически на 3-х установках. Первые две работают в Европе: ускорители коллаборации LUNA в Гран-Сассо (Италия и университета в Бохуме (Германия). Третья установка работает в университете Тохоку (Сендай, Япония). Отличие установки ГЕЛИС от перечисленных выше установок заключается в том, что для работы с пучком основного источника используется магнитная линза, которая позволяет, используя механизм газовой компенсации объемного заряда пучка, ввести через систему дифференциальной откачки в камеру, где расположена мишень, пучок с током до 40 мA и плотностью тока до 100 мA/cm2, а вакуумная система дифференциальной откачки позволяет работать с газовыми мишенями при давлении рабочего газа до 10 Торр. Создание аналогичной установки нецелесообразно, поскольку установка предназначена для поисковых научно-исследовательских работ на стыке научных направлений и не предназначена для использования в технологических циклах массового производства из-за сложности и достаточно высокой стоимости конструкционных элементов (~100 миллионов рублей). Уникальные возможности комплекса ПАВИКОМ позволяют обрабатывать данные с самых различных трековых детекторов: ядерных эмульсий, рентгеновских пленок, пластиковых детекторов CR-39, кристаллов оливина и др. В режиме полной автоматизации осуществляется: поиск и оцифровывание координат треков заряженных частиц в материале детектора; распознавание и прослеживание треков с помощью ЭВМ; систематизация и первичная обработка данных. Благодаря внедрению полностью автоматических измерительных комплексов, процесс обработки материала трековых детекторов ускорен в ~ 1000 раз даже по сравнению с использованием полуавтоматической аппаратуры. Это дает возможность обрабатывать большие массивы экспериментальных данных и существенно увеличивать статистику событий в широкой области экспериментов. Впервые полностью автоматизированные системы обработки появились в Японии в середине 90-х гг. Всего в мире в настоящее время действует около 20 таких систем, в том числе 7 – в Европе. В России ПАВИКОМ - единственный комплекс подобного уровня. Создание аналогичного измерительного комплекса нецелесообразно, т.к. сопряжено с большими затратами из-за большой стоимости комплектующих частей (высокоточной оптики, прецизионных управляемых столов, видеооборудования, программного обеспечения) и необходимости высокой квалификации персонала для их сборки и обслуживания. Существующие установки часто создаются под какую- либо одну конкретную задачу. Уникальность ПАВИКОМ заключается также в способности решать самый широкий круг задач.

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ

  • Исследования процессов взаимодействия ВУФ и рентгеновского синхротронного излучения с веществом: спектроскопия твердого тела, спектроскопия биологических объектов, рентгеновская литография;
  • Метрология в области ВУФ и мягкого рентгена;
  • Рентгеновская оптика;
  • Ядерная физика, физика плазмы, физика твердого тела;
  • Физика космических лучей, физика высоких энергий, нейтринная физика, биофизика, исследование термоядерного синтеза.

119991, г. Москва, Ленинский проспект, д. 53

Перечень объектов в составе УНУ (12)

Наименование Изготовитель Страна Год выпуска Количество единиц
ГЕЛИС, Вакуумная камера с аналитическим оборудованием
Назначение, основные характеристики
ОКБ ФИАН 1984 1
ГЕЛИС, Вакуумная камера дифференциальной откачки
Назначение, основные характеристики
ОКБ ФИАН 1982 1
Спектроскопический канал
Назначение, основные характеристики
ОКБ ФИАН 1975 3
Метрологический канал
Назначение, основные характеристики
НИИФП 1983 1
Инжектор ЭЛИТ-3
Назначение, основные характеристики
НИИЯФ СО РАН 1973 1
Синхротрон С-60
Назначение, основные характеристики
ОИЯИ 1959 1
ГЕЛИС, Вакуумная камера-мишень
Назначение, основные характеристики
ОКБ ФИАН 1982 1
ГЕЛИС, Электромагнитная линза
Назначение, основные характеристики
ОКБ ФИАН 1984 1
ГЕЛИС Ионный источник дуоплазматрон
Назначение, основные характеристики
Институт физики НАН 1982 1
ПАВИКОМ-3
Назначение, основные характеристики
Micos 2010 1
ПАВИКОМ-2
Назначение, основные характеристики
ЛОМО 2000 1
ПАВИКОМ-1
Назначение, основные характеристики
Micos 2000 1

Услуги (4)

Для подачи заявки на оказание услуги щелкните по ее наименованию.
Наименование Приоритетное направление
Обработка на уста-новке ПАВИКОМ опытной партии ядерной эмульсии, облученной пучком нейтрино.
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Обработка на установке ПАВИКОМ опытной партии ядерной эмуль-сии, облученной пучком протонов
- наиболее востребованная услуга
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Поиск распадов ядер углерода С-12 в ядерной эмульсии на установке ПАВИКОМ
- наиболее востребованная услуга
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Обработка на уста-новке ПАВИКОМ трековых детекто-ров CR-39 из экспе-римента по облуче-нию образцов Ti/TiO2:Dx рентге-новским излучени-ем.
- наиболее востребованная услуга
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Методики (3)

Наименование методики Наименование организации, аттестовавшей методику Дата аттестации
Методика травления и измерения геометрических и динамических параметров длиннопробежных треков ядер сверх тяжелых элементов галактических космических лучей в кристаллах оливина из метеоритов ФИАН 17.05.2012
Методика изготовления мишеней на основе водородосодержащих гетероструктур Pd и Ti ФИАН 17.11.2011
Методика измерений выхода ядерных реакций из твердотельных мишеней при воздействии на них пучками ионов и синхротронного излучения ФИАН 10.01.2012

Возврат к списку


0 комментариев

Комментарии отсутствуют!

Вы можете оставить свое сообщение первым.

Написать комментарий