Ваш браузер устарел!

Браузер, которым вы пользуетесь для просмотра этого сайта, устарел и не соответствует современным технологическим стандартам Интернета.

Вы можете установить последнюю версию подходящего браузера, воспользовавшись ссылками ниже:


Вернуться к списку УНУ

Уникальная научная установка «Рентгеновская установка»

Сокращенное наименование УНУ: МРС

Базовая организация: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов (ТИСНУМ)

Ведомственная принадлежность: Минобрнауки России

Классификационная группа УНУ: Стенды для электро-, теплофизических и механических испытаний

Год создания УНУ: 2017

Размер занимаемых УНУ площадей, кв. м: 120

Сайт УНУ: http://www.tisnum.ru/suec/unu.html

Средняя загрузка УНУ: нет данных о средней загрузке за 2022 год

Заказать услуги УНУ

Контактная информация:

Местонахождение УНУ:

  • Федеральный округ: Центральный
  • Регион: г. Москва
  • 142190, г. Троицк, ул. Центральная, д. 7А

Руководитель работ на УНУ:

Сведения о результативности за 2021 год (данные ежегодного мониторинга)

Участие в мониторинге: нетЧисло организаций-пользователей, ед.: 0Число публикаций, ед.: 0Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %: 0.00

Информация об УНУ:

Разработанная система обладает общностью и пригодна для работы с любыми монокристаллами, в частности, монокристаллами жаропрочных никелевых сплавов, используемых в производстве турбинных лопаток для авиационных двигателей.  Тестовые эксперименты на основе выработанных алгоритмов в реальных экспериментах продемонстрировали работоспособность интеллектуальной системы, позволившей распознать дифракционные рефлексы монокристаллических пластин синтетического алмаза с ориентацией поверхности (100), а также определить углы отклонения поверхности относительно кристаллографических плоскостей. Высокая эффективность системы продемонстрирована в экспериментах по распознаванию ориентации поверхностей блоков ростового бикристалла титана стронция и определению параметров большеугловых (специальных) границ. Было установлено, что угол наклона симметричной границы на несколько градусов отличался от значения угла, который планировалось получить при выращивании бикристалла методом двойной затравки. Бикристаллы титана стронция используются для создания джозефсоновских переходов в пленках высокотемпературных сверхпроводников и изготовления датчиков сверхмалых магнитных полей - СКВИДов. Работы по отработке данного метода выполняются в рамках проекта РФФИ №15-07-04896. Высокая эффективность УНУ продемонстрирована при проведении экспериментов, которые сложно или невозможно проводить при использовании стандартных рентгеновских установок. Например, использование узкого (100 мкм) рентгеновского пучка, позволило распознать ориентацию боковой и торцевой поверхности волокна монокристаллического лейкосапфира диаметром 300мкм, применяемого для создания тонких ВТСП проводов. В экспериментах с использованием монокористаллов синтетических алмазов отчетливая картина Лауэ-дифракции наблюдалась при скорости считывания 200 кадров в секунду, что позволяет проводить in-situ эксперименты по наблюдению структурных изменений под воздействием высоких температур и давлений с временным разрешением порядка единиц и десятков миллисекунд. УНУ также позволяет проводить неразрушающий контроль напряжений в тонких (20 мкм - 100 мкм) алмазных пластинах, возникающих при установке их в держатель и прецизионных измерений параметров решетки в сверхтвердых материалах - монокристаллах природных и синтетических алмазов. Синтетические алмазы высокого структурного совершенства использутся для изготовления следующих элементов рентгеновской оптики: 1. монохроматоров для рентгеновских лазеров на свободных электронах (Amann, J. et al.,” Demonstration of self-seeding in a hard-X-ray free-electron laser”, (2012). Nat. Photon. 6, 693–698;  Emma, P., Maj, J. and Katsoudas, J., “Diamond crystal optics for self-seeding of hard X-rays in X-ray free-electron lasers,” Diam. Relat. Mater. 33, 1–4 (2013) 2. гибридных монохроматоров (Stoupin, S., Shvyd’ko, Y. V., Shu, D., Blank, V. D., Terentyev, S. A., Polyakov, S. N., Kuznetsov, M. S., Lemesh, I., Mundboth, K., Collins, S. P., Sutter, J. P. and Tolkiehn, M., “Hybrid diamond-silicon angular-dispersive x-ray monochromator with 0.25-meV energy bandwidth and high spectral efficiency,” Opt. Express 21 (25), 30932 (2013) 3. составных алмазных линз с пустотами параболического профиля (Terentyev, V. Blank, S. Polyakov, S. Zholudev, A. Snigirev, M. Polikarpov, Y. and Shvyd'ko,,"Parabolic single-crystal diamond lenses for coherent x-ray imaging," Appl. Phys. Lett. 107, 111108 (2015); M. Polikarpov , A. Barannikov , D. Zverev, S.A. Terentiev, S.N. Polyakov, S.I. Zholudev, S. Yu. Martyushov, V.N. Denisov, N.V. Kornilov, I. Snigireva, V.D. Blank and A. Snigirev, “Laboratory and synchrotron tests of two-dimensional parabolic x-ray compound refractive lens made of single-crystal diamond”, (2016) Proc. of SPIE Vol. 9964  99640J-2;                     S. I. Zholudev, S. A. Terentiev, S. N. Polyakov, S. Yu. Martyushov, V. N. Denisov, N. V. Kornilov, M. V. Polikarpov, A. A. Snigirev, I. I. Snigireva, and V. D. Blank, “Imaging by 2D parabolic diamond X-ray compound refractive lens at the laboratory source”, AIP Conference Proceedings 1764, 020006 (2016), doi: http://dx.doi.org/10.1063/1.4961134). 4. компонентов из синтетических алмазов для работы в мощных пучках синхротронных источников и лазеров на свободных электронах (S. Stoupin, S. A. Terentyev, V. D. Blank,b Yu. V. Shvyd’ko et al., “All-diamond optical assemblies for a beam-multiplexing X-ray monochromator at the Linac Coherent Light Source”, J. Appl. Cryst. (2014). 47, 1329–1336). Для проведения экспериментов в других целях, имеется возможность перевода УНУ в режим двух- и трехкристального дифрактометра с возможностью регистрации двухкристальных топограмм. Высокая интенсивность рентгеновского пучка позволяет использовать метод томографии в монохроматическом пучке, а также метод фазодисперсионной интроскопии и рефракционной томографии. За счет использования в установке многослойных рентгеновских параболоидных зеркал, и гибридных монохроматоров, представляющих из себя комбинированный модуль «параболоидное зеркало/щелевой монохроматор», выполняющих функцию монохроматизации и коллимации первичного пучка, возможна передача рентгеновского пучка с помощью вакуумного тракта без значительных потерь на расстояния несколько метров. В итоге, это позволило разработать методику и провести на УНУ эксперименты по определению параметров составных алмазных линз (S. I. Zholudev, S. A. Terentiev, S. N. Polyakov, S. Yu. Martyushov, V. N. Denisov, N. V. Kornilov, M. V. Polikarpov, A. A. Snigirev, I. I. Snigireva, and V. D. Blank, “Imaging by 2D parabolic diamond X-ray compound refractive lens at the laboratory source”, AIP Conference Proceedings 1764, 020006 (2016), doi: http://dx.doi.org/10.1063/1.4961134). К таким параметрам относятся разрешение линзы, фокусное расстояние линзы, коэффициент усиления потока в фокусе. Разрешение линзы определялось с помощью метода, основанного на анализе рентгеновского изображения маски, передаваемого с помощью составной алмазной линзы (S. N. Polyakov, S. I. Zholudev, S. V. Gasilov, S. Yu. Martyushov, V. N. Denisov, S. A. Terentiev and V. D. Blank, “Resolution of X-ray Parabolic Compound Refractive Diamond Lens Defined at the Home Laboratory”, Proc. of SPIE, (2017), принята к публикации). Такие эксперименты, как правило, проводятся на синхротронных источниках. Ближайшим аналогом этого метода, реализованного в лабораторных условиях, является метод, поставленный в Балтийском государственном университете (г. Калининград) с использованием острофокусного источника “Metal Jet” (M. Polikarpov , A. Barannikov , D. Zverev, S.A. Terentiev, S.N. Polyakov, S.I. Zholudev, S. Yu. Martyushov, V.N. Denisov, N.V. Kornilov, I. Snigireva, V.D. Blank and A. Snigirev, “Laboratory and synchrotron tests of two-dimensional parabolic x-ray compound refractive lens made of single-crystal diamond”, (2016) Proc. of SPIE Vol. 9964  99640J-2). Коллегами из Балтийского университета использовался стандартный метод тестирования линзы, основанный на передаче изображения острого фокуса источника “Metal Jet” составной линзой. К недостаткам метода следует отнести сложность интерпретации экспериментальных результатов тестирования, обусловленных отсутствием системы монохроматизации первичного рентгеновского пучка.   Решаемые с использованием УНУ масштабные научные задачи: 1. Создание составной двумерно фокусирующей линзы из синтетических алмазов для работы в мощных пучках синхротронных источников (в «горячей» зоне). Работы ведутся совместно с Европейским центром ESRF (Гренобль, Франция) и Аргонской Национальной лабораторией (США). 2. Разработка составных линз из синтетических монокристаллов алмаза высокого структурного совершенства для формирования рентгеновских изображений в когерентном излучении лазеров на свободных электронах (Terentyev, V. Blank, S. Polyakov, S. Zholudev, A. Snigirev, M. Polikarpov, Y. and Shvyd'ko,,"Parabolic single-crystal diamond lenses for coherent x-ray imaging," Appl. Phys. Lett. 107, 111108 (2015). 3. Изготовление узла монохроматора из высокосовершенных монокристаллов синтетического алмаза для получения генерации лазера на свободных электронах в Европе (XFEL, Гамбург, Германия), работающего в режиме самоотбора (HXRSS). Работы выполняются в рамках проекта Министерства Науки и Образования  RFMEF1586114X0001 (Грант №14.586.21.0001). 4. Изготовление рентгеновских зеркал с коэффициентом отражения >99% для лазера на свободных электронах осцилляторного типа, в схеме, когда ондулятор, выполняющий роль рентгеновского источника,  помещен в резонатор Фабри-Перо (Y.V. Shvyd'ko, S. Stoupin, V. Blank, S. Terentyev, “Near 100% Bragg Reflectivity of X-ray”, Nat. Photonics 5 (2011) 539. 5. Разработка рентгеновского микроскопа на базе составной алмазной линзы для жесткого рентгеновского излучения с разрешением < 1 мкм.

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами, многофункциональность и междисциплинарность УНУ:

УНУ представляет собой многофункциональную рентгеновскую систему (МРС), позволяющую в лабораторных условиях решать широкий класс задач современного материаловедения, а также проводить эксперименты по тестированию элементов рентгеновской оптики, ранее реализуемые только на синхротронных источниках. Это достигнуто за счет использования в конструкции УНУ современных достижений в области производства сверхъярких источников рентгеновского излучения, высокочувствительных (однофотонных) высокоразрешающих полупроводниковых детекторов, рентгеновской оптики, компьютерной техники, разработки программного обеспечения, включая системы распознавания образов (системы технического зрения), оптики видимого диапазона длин волн и лазерной техники. Реализованный на базе УНУ метод распознавания изображений двумерной картины Лауэ-дифракции от монокристаллов на сегодняшний день не имеет отечественных и зарубежных аналогов (С.Н. Поляков, В.В. Аксененков, С.И. Жолудев, С.Ю. Мартюшов, В.Н. Денисов, В.А. Дрынкин, И.А. Тренинков, В.Д. Бланк, «Высокоскоростная рентгеновская лабораторная система распознавания ориентации монокристаллов и оценки структурного совершенства», Новости материаловедения. Наука и Техника, 2016, №19, 31-39). В методе для получения дифракционной картины (лауэграмм и эпиграмм) используется «белое» рентгеновское излучение вольфрамового анода (сплошной спектр) мощного источника рентгеновского излучения с вращающимся анодом. Отличительной особенностью метода является то, что управление работой рентгеновского источника, осями гониометра, юстировкой, сбором и обработкой данных осуществляется под единым программным модулем. Созданы работоспособные методики распознавания изображений, привязанные к исследуемому объекту и основанные на применении математических алгоритмов, позволяющих осуществлять «очистку» полезного сигнала от шумов, фильтрацию ложных рефлексов и др. По сути, реализована на практике система распознавания образов («технического зрения»), которая может применяться не только в дифрактометрии, но и в электронной микроскопии, оптике видимого света и других методах исследования материалов.

Наиболее значимые научные результаты исследований (краткое описание):

1. Разработана первая в мире составная двумерно фокусирующая алмазная линза из синтетических монокристаллов алмаза высокого структурного совершенства с разрешением ~ 5÷6 мкм. 2. Разработана технология изготовления рентгеновских зеркал из синтетических алмазов предельного структурного совершенства с коэффициентов отражения (>99% в диапазоне энергий 5÷25 кэВ) близким к теоретическому пределу для лазера на свободных электронах осцилляторного типа. Работы проводятся совместно с Аргонской Национальной лабораторией (США) и Центром Линейных Ускорителей (Стэнфорд, США). 3. Из синтетических алмазов высокого структурного совершенства разработан и изготовлен узел кристалла-монохроматора и одновременно делителя когерентного рентгеновского пучка, который прошел успешные испытания и в настоящее время используется в Центре Линейных Ускорителей, Сэнфорд, США (Stoupin, S., Terentyev, S. A., Blank, V. D., Shvyd’ko, Y. V., Goetze, K., Assoufid, L., Polyakov, S. N., Kuznetsov, M. S., Kornilov, N. V., Katsoudas, J., Alonso-Mori, R., Chollet, M., Feng, Y., Glownia, J. M., Lemke, H., Robert, A., Sikorski, M., Song, S. and Zhu, D., “All-diamond optical assemblies for a beam-multiplexing X-ray monochromator at the Linac Coherent Light Source,” J. Appl. Crystallogr. 47 (4), 1329–1336 (2014). 4. С использованием тонких пластин из синтетических алмазов высокого структурного совершенства изготовлен гибридный монохроматор с рекордно узкой спектральной шириной 0.25 мэВ и рекордной спектральной чувствительностью (Stoupin, S., Shvyd’ko, Y. V., Shu, D., Blank, V. D., Terentyev, S. A., Polyakov, S. N., Kuznetsov, M. S., Lemesh, I., Mundboth, K., Collins, S. P., Sutter, J. P. and Tolkiehn, M., “Hybrid diamond-silicon angular-dispersive x-ray monochromator with 0.25-meV energy bandwidth and high spectral efficiency,” Opt. Express 21 (25), 30932 (2013). 5. В 2016 г. нами продемонстрировано, что при высоких уровнях легирования в алмазе образуются двумерные (2D) слои бор-углерод попеременно и когерентно переслаивающиеся друг с другом (S.N. Polyakov, V.N. Denisov, B.N. Mavrin, A.N. Kirichenko, M.S. Kuznetsov, S.Yu. Martyushov, S.A. Terentiev and V.D. Blank. / Nanoscale Research Lett 2016 11:11, DOI:10.1186/s11671-0151215-6). Расстояние между слоями ~43A, определенное рентгеновскими методами (УНУ) оказалось несоразмерным расстояниям базовой структуры алмаза. Такой кристалл можно рассматривать как апериодический с несоразмерными модуляциями. Вывод о несоразмерности был сделан на основе наблюдения порядков отражения на кривых дифракционного отражения, сателлитов на двухкристальных КДО и дополнительных пятен на лауэграммах. Эта 2D структура привела к изменениям физических свойств. Мотовской переход (диэлектрик–металл) и переход в сверхпроводящее состояние связан с наличием этих B-C слоев в матрице алмаза. Кристалл алмаза с чередующимися 2D слоями с большим периодом может рассматриваться как многослойное зеркало или интерферометр по Брэггу или Лауэ и, по сути, представляет собой готовый элемент рентгеновской оптики.

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):

    Индустрия наносистем

Приоритетные направления Стратегии НТР РФ (п. 20):

    цифровые технологии, роботизированные системы, новые материалы, большие данные, машинное обучение, искусственный интеллект

Фотографии:

Состав УНУ и вспомогательное оборудование: (номенклатура — 1 ед.)

Состав научного и экспериментального оборудования входящего в УНУ «Рентгеновская установка»
Фирма-изготовитель:  Разное
Страна происхождения фирмы-изготовителя:  Япония
Год выпуска:  0
Количество единиц:  12
Назначение, краткая характеристика: Состав научного и экспериментального оборудования входящего в УНУ «Рентгеновская установка» при веден на сайте http://www.tisnum.ru/suec/unu.html

Услуги УНУ: (номенклатура — 8 ед.)

Для подачи заявки на оказание услуги щелкните по ее наименованию

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем

Методики измерений, применяемые на УНУ: (номенклатура — 1 ед.)

СТО ТСН П.4.5-05–2012.
Наименование организации, аттестовавшей методику:  Методика измерения остаточных напряжений и контроля наличия напряженных участков в монокристаллах алмаза с использованием Рентгеновской установки
Методика уникальна:  для всего мира

Вернуться к списку УНУ

 

Для просмотра сайта поверните экран