Приборы и техника эксперимента

В синхротронах и накопителях заряженных частиц используется большое число устройств, обеспечивающих непрерывную циркуляцию пучков частиц по замкнутой траектории в вакуумной камере установки: это источники питания магнитной системы и генераторы высокой частоты. От источников питания магнитной системы требуется высокая точность и стабильность отработки заданных параметров (выходного тока или напряжения). Помимо этого, в случае управления состоянием установки с циркулирующими пучками (например, ускорение пучка в синхротроне) требуется также взаимная синхронизация отработки заданий всеми источниками питания. В настоящей работе представлено описание встраиваемого контроллера с аналоговым интерфейсом к управляемому устройству, обеспечивающего точность управления 100 ppm относительно полного диапазона отработки устройства и имеющего возможность синхронизации отработки по внешним тактовым импульсам, следующим с частотой до 10 кГц. Приведены примеры использования контроллера для управления различными устройствами и системами.

Разработана установка для исследования взаимодействия быстрых нейтронов с энергией свыше 1 МэВ с легкими ядрами c вылетом ядра ³H или ⁴He и электрон-позитронной пары. Она включает в себя позиционно-чувствительный детектор нейтронов с размерами 50 × 50 мм², состоящий из слоя исследуемого ядра и пропорциональной камеры, два позиционно-чувствительных кремниевых детектора размерами 64 × 64 мм² и два сцинтилляционных детектора на основе кристаллов NaI диаметром 42 мм и высотой 46 мм с разрешением по энергии электронов около 4.5%. Пространственная реконструкция события и измерение энергии и угла вылета электрона и позитрона позволят исследовать редкие внутриядерные процессы с рождением пар электронов и позитронов внутренней конверсии.

Предложен подход для коррекции результатов измерений выходной мощности оротронов с двухрядной периодической структурой, выполненных с помощью градуированной детекторной секции в волноводе с поперечным сечением 1.6 × 0.8 мм² с учетом расположения детектора в середине широкой стенки волновода. Приведены результаты реализации такого подхода при коррекции измерений выходной мощности оротрона двухмиллиметрового диапазона длин волн.

Предложена и реализована на экспериментальном стенде методика стабилизации предпробойного состояния вакуумных промежутков, основанная на использовании анода, изготовленного из материала с высоким удельным сопротивлением. Выявлены следы предпробойных явлений на поверхности катодов, которые обычно приводят к вакуумной искре и самоуничтожению, и проведено их предварительное исследование. Данная методика позволит в дальнейшем расширить представления о природе вакуумного пробоя и электропластических явлений в критически сильных электрических полях напряженностью свыше 1 МВ/см. Предложено использование предпробойной электростатической тренировки поверхности металлов и полупроводников для изучения возможности получения эффективных холодных эмиттеров электронов.

Предложен подход к определению и описанию распределения продольной и поперечной компонент магнитного поля в осесимметричном лабораторном электромагните, основанный на полиномиальном разложении индукции поля с учетом накладываемых уравнениями Максвелла ограничений. Показано, что предложенный подход позволяет получать высокую точность описания распределения магнитного поля при небольшом количестве измерений. Также он может представлять интерес для уточнения параметров лабораторного оборудования и использоваться в качестве учебной задачи лабораторного практикума при изучении свойств электромагнитного поля.

Нейтринный телескоп нового поколения BAICAL-GVD находится в стадии развертывания в озере Байкал. Телескоп регистрирует черенковское излучение, возникающее в результате взаимодействия нейтрино с водной средой озера, с помощью пространственной структуры оптических модулей – фотодетекторов. Чтобы определить направление на источник нейтрино, необходимо знать координаты каждого модуля в момент регистрации события. В статье описывается конструкция, принцип работы инерциальной системы позиционирования, служащей для определения пространственного положения модулей в водной среде, представлены первые результаты ее функционирования.

Предложен простой бесконтактный оптический способ измерения основных параметров слабопоглощающих капель в нестационарных аэрозольных потоках с малым временным разрешением. Он позволяет измерять одновременно размеры капель, их скорости и концентрацию в зависимости от времени.

Предложены пути создания двухфазных расходомеров гелия в диапазоне массовых расходов от примерно 5–6 до более чем 1000 г/с. Принцип работы расходомеров основан на комбинации емкостных датчиков паросодержания с равномерным электрическим полем внутри чувствительных элементов для определения средней плотности двухфазной смеси и конических сужающих устройств для нахождения средней скорости потока. При этом могут использоваться емкостные датчики с чувствительными элементами как кругового, так и кольцевого поперечных сечений, существенно различающиеся чувствительностью. Рассмотрены особенности и проблемы, свойственные двухфазным расходомерам такого типа, к которым относится, прежде всего, влияние разнообразия режимов течения на характеристики сужающего устройства. Другая проблема состоит в учете влияния структуры двухфазного потока на определение его средней плотности. Еще одна проблема связана с возможными различиями между измеренными величинами перепадов давления в сужающем устройстве и ожидаемыми значениями, которые оценены посредством гомогенной модели в одном из предельных случаев течения двухфазных потоков. Показаны способы минимизации этих проблем посредством сочетания отдельных технических решений, которые уже проверены на практике. Представлены конкретные технические варианты двухфазных расходомеров гелия, в том числе проточный горизонтальный криостат, которые работоспособны во всем диапазоне истинных объемных паросодержаний от 0 до 1 при относительно небольшом общем гидравлическом сопротивлении проточной части расходомера. Показаны различия новых и предыдущих технических решений. Оценены неопределенности нахождения расхода двухфазных потоков гелия.