Защита электроники ионизационного монитора поперечного сечения пучка от радиационных повреждений на линейном ускорителе ИЯИ РАН
Для измерения параметров пучка ускоренных протонов на выходе линейного ускорителя (ЛУ) ИЯИ РАН используется ионизационный монитор поперечного сечения (ИМПС) на остаточном газе, в состав которого входит ТВ-камера с ПЗС-матрицей. Взаимодействия ореола ускоренного пучка с элементами вакуумной камеры ЛУ...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2012 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2012
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108752 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Защита электроники ионизационного монитора поперечного сечения пучка от радиационных повреждений на линейном ускорителе ИЯИ РАН / С.А. Гаврилов, И.А. Васильев, П.И. Рейнгардт-Никулин, Н.М. Соболевский, А.В. Фещенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 218-222. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859705308513828864 |
|---|---|
| author | Гаврилов, С.А. Васильев, И.А. Рейнгардт-Никулин, П.И. Соболевский, Н.М. Фещенко, А.В. |
| author_facet | Гаврилов, С.А. Васильев, И.А. Рейнгардт-Никулин, П.И. Соболевский, Н.М. Фещенко, А.В. |
| citation_txt | Защита электроники ионизационного монитора поперечного сечения пучка от радиационных повреждений на линейном ускорителе ИЯИ РАН / С.А. Гаврилов, И.А. Васильев, П.И. Рейнгардт-Никулин, Н.М. Соболевский, А.В. Фещенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 218-222. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Для измерения параметров пучка ускоренных протонов на выходе линейного ускорителя (ЛУ) ИЯИ РАН используется ионизационный монитор поперечного сечения (ИМПС) на остаточном газе, в состав которого входит ТВ-камера с ПЗС-матрицей. Взаимодействия ореола ускоренного пучка с элементами вакуумной камеры ЛУ приводят к возникновению потока нейтронов, вызывающих повреждения в цифровой электронике ИМПС. Для устранения данных проблем был разработан и установлен на ЛУ зеркально-линзовый тракт (ЗЛТ). Ниже приводятся: описание общей организации ИМПС, ЗЛТ, обсуждение радиационной обстановки в зале ЛУ и за бетонной защитой, а также оценка потока нейтронов, падающего на ТВ-камеру, и времени удовлетворительной работы ТВ-камеры.
To measure parameters of accelerated protons beam at the output of INR linear accelerator a residual gas ionization beam cross-section monitor (BCSM), which includes a TV-camera with a CCD-matrix, is used. Interaction of the accelerated beam halo with elements of the Linac vacuum chamber leads to a neutron flux initiation, causing damages and malfunctions of the BCSM digital electronics. To resolve such problems catadioptric optical system (COS) was developed and installed at the Linac. The following describes the general organization of BCSM, COS, the discussion of the radiation background in the Linac hall and under concrete shield, as well as the evaluation of the incident neutron flux and the time of satisfactory performance of the TV-camera.
Для вимірювання параметрів пучка прискорених протонів на виході лінійного прискорювача (ЛП) ІЯД РАН використовується іонізаційний монітор поперечного перерізу (ІМПП) на залишковому газі, до складу якого входить ТВ-камера з ПЗС-матрицею. Взаємодії ореолу прискореного пучка з елементами вакуумної камери ЛП призводять до виникнення потоку нейтронів, що викликають пошкодження в цифровій електроніці ІМПП. Для усунення даних проблем було розроблено та встановлено на ЛП дзеркально-лінзовий тракт (ДЛТ). Нижче наводяться: опис загальної організації ІМПП, ДЛТ, обговорення радіаційної обстановки в залі ЛП і за бетонним захистом, а також оцінка потоку нейтронів, що падає на ТВ-камеру, і часу задовільної роботи ТВ-камери.
|
| first_indexed | 2025-12-01T02:08:57Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 218
УДК 621.384.6
ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОНИКИ ИОНИЗАЦИОННОГО МОНИТОРА
ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ПУЧКА ОТ РАДИАЦИОННЫХ
ПОВРЕЖДЕНИЙ НА ЛИНЕЙНОМ УСКОРИТЕЛЕ ИЯИ РАН
С.А. Гаврилов*, И.А. Васильев, П.И. Рейнгардт-Никулин, Н.М. Соболевский,
А.В. Фещенко
ИЯИ РАН, Москва, Россия;
*Московский физико-технический институт (ГУ), г. Долгопрудный, Россия
E-mail: s.gavrilov@gmail.com
Для измерения параметров пучка ускоренных протонов на выходе линейного ускорителя (ЛУ) ИЯИ РАН
используется ионизационный монитор поперечного сечения (ИМПС) на остаточном газе, в состав которого
входит ТВ-камера с ПЗС-матрицей. Взаимодействия ореола ускоренного пучка с элементами вакуумной
камеры ЛУ приводят к возникновению потока нейтронов, вызывающих повреждения в цифровой электро-
нике ИМПС. Для устранения данных проблем был разработан и установлен на ЛУ зеркально-линзовый
тракт (ЗЛТ). Ниже приводятся: описание общей организации ИМПС, ЗЛТ, обсуждение радиационной обста-
новки в зале ЛУ и за бетонной защитой, а также оценка потока нейтронов, падающего на ТВ-камеру, и вре-
мени удовлетворительной работы ТВ-камеры.
1. ВВЕДЕНИЕ
Для обеспечения прозрачных измерений попе-
речного сечения и профилей токовых импульсов
пучка ускоренных частиц в широком диапазоне
энергий и амплитуд на выходе линейного ускорите-
ля (ЛУ) протонов ИЯИ РАН используется специ-
альный ионизационный монитор поперечного сече-
ния (ИМПС) на остаточном газе, в состав которого
входит ТВ-камера с ПЗС-матрицей. Детальное опи-
сание ИМПС и его работы приведены в [1, 2].
Взаимодействия ускоренных частиц ореола пуч-
ка с элементами вакуумной камеры ЛУ приводят к
возникновению потоков нейтронов, вызывающих
повреждения и сбои в чувствительной к радиации
электронике ИМПС (ПЗС-матрица ТВ-камеры, мик-
росхемы памяти, АЦП и пр.). Эти повреждения (ес-
ли они накапливаются), в свою очередь, создают
дополнительные проблемы, так как отношение сиг-
нала к шуму быстро, в течение нескольких часов,
ухудшается из-за повреждения пикселей ПЗС-
матрицы (Рис.1, белые точки).
Регистрация изображений поперечного сечения и
других параметров пучка производится, во-первых,
во время настройки ЛУ и, во-вторых, на настроен-
ном пучке при изменении интенсивности пучка в
диапазоне от 120 мкА до 10 нА среднего тока. Из
опыта эксплуатации ЛУ известно, что средние поте-
ри протонов при среднем токе пучка 120 мкА дости-
гают примерно 1 нА/м после полной продольно-
поперечной настройки ЛУ. В этом случае можно
считать, что нейтронный поток образуется протя-
женным вдоль оси ЛУ источником, так как на выхо-
де ЛУ в месте установки ионизационного датчика
пучок ускоренных протонов имеет в настоящее вре-
мя непрерывную структуру импульсов тока.
Однако усредненный уровень потерь в месте
установки ИМПС во время настройки ЛУ даже на
частоте посылок 1 Гц может быть сравним и даже
больше, чем потери на настроенном пучке. В этом
случае можно приблизительно считать, что
нейтронный поток образуется точечным источни-
ком, расположенным рядом с ИМПС.
Так как взаимодействие потоков нейтронов и γ-
квантов с элементами ПЗС-матрицы (ПЗСМ) вызы-
вает появление поврежденных или, по-другому,
«горячих» пикселей и сбои в микросхемах цифровой
электроники, то необходимо принимать меры по
защите этих элементов от воздействия радиации.
Причем нужно учитывать, что в процессе пере-
настройки ускорителя для различных экспериментов
и прикладных работ возможно изменение интенсив-
ности пучка в 104 раз, что приводит к пропорцио-
нальному изменению как яркости изображений по-
перечного сечения пучка, так и потерь в такое же
число раз. И значит, необходимо защитить электро-
нику при повышенной интенсивности, не теряя чув-
ствительности при минимальной интенсивности.
Рис.1. Изображение поперечного сечения пучка
и поврежденных пикселей ПЗС-матрицы.
Длительность экспозиции 990 мс
Для выполнения этих противоречивых требова-
ний и устранения проблем с повреждением электро-
ники был разработан и установлен на ЛУ зеркально-
линзовый тракт (ЗЛТ), собирающий и выводящий
оптическое излучение с люминофора детектора
ИМПС на ТВ-камеру за бетонную защиту зала ЛУ
без существенной потери светового потока реги-
стрируемого излучения (Рис.2).
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 219
2. КОНСТРУКЦИОННЫЕ
ОСОБЕННОСТИ ТРАКТА
Вакуумный бокс с детектором установлен при-
мерно в 4 м за последним ускоряющим резонатором
ЛУ ИЯИ. Зеркально-линзовый тракт, состоящий из
шести линз (стекло К8) и трех зеркал, передает
изображение за бетонную защиту по траектории,
общая длина которой в настоящее время равна при-
близительно 6 м. В первоначальном варианте камера
устанавливалась на расстоянии 40 см от оси пучка и,
соответственно, на камеру падали все типы излуче-
ний, существующие вокруг канала транспортировки
пучка.
Рис.2. Упрощенная схема ИМПС
с зеркально-линзовым трактом
Отношение сигнала к шуму в измерительной си-
стеме определяется многими факторами, такими как
наличие битых пикселей, свечение остаточного газа,
бомбардировка γ-квантами и рентгеновскими фото-
нами, шумом чтения ПЗСМ, среднеквадратичным
отклонением заряда пикселя. Однако основной ха-
рактеристикой является минимально различимый
поток ионов, извлекаемых из остаточного газа, рав-
ный примерно 600…700 ионов/(мм2с) [2]. И именно
этот поток можно зарегистрировать без влияния
горячих пикселей.
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕЙТРОНОВ
С ЭЛЕКТРОНИКОЙ
Увеличение расстояния между камерой и про-
тонным пучком и наличие бетонной защиты позво-
ляют снизить эффекты бомбардировки ПЗСМ
нейтронами и убрать ее засветку γ-квантами.
Тем не менее, основную опасность для ПЗСМ за
бетонным полом представляют: остаточный поток
нейтронов, вызывающий смещение атомов кремния
в решетке, и ядерные реакции в пикселях кремние-
вой матрицы. Согласно [3] сечения ядерных взаимо-
действий в кремниевых микросхемах высокой плот-
ности при увеличении энергии нейтронов выше
2…5 МэВ начинают быстро возрастать, достигая
своего максимального значения Σ ~ 1…2 барн при
14 МэВ.
Экспериментальное изучение зависимости попе-
речного сечения сбоев от энергии нейтронов для
схем памяти меньшей плотности обнаруживает, что
сечение ядерных взаимодействий носит пороговый
характер, возникая при энергиях нейтронов около
10 МэВ.
Для микросхем с меньшей степенью интегра-
ции, т.е. с большим объемом элементов, сечение
постепенно растет с увеличением энергии нейтро-
нов и достигает максимума при энергии нейтронов
около 100 МэВ.
Критический заряд, приводящий к сбою элек-
троники, оценивается величиной 10-13 Кл [4]. Шири-
на чувствительной области твердотельной схемы
памяти равна примерно 2 мкм. Поэтому, ионизиру-
ющая частица должна терять на производство элек-
тронно-дырочных пар около 2 МэВ на пути 2 мкм
(3,6 эВ тратится на 1 электронно-дырочную пару в
кремнии). Из оценок критического заряда –
2(1,610-19 Кл 106 эВ/3,6 эВ) ≈ 0,910-13 Кл – следует,
что вероятнее всего ядерные фрагменты являются
источником повреждения ПЗС-матрицы. Эти про-
дукты ядерных реакций играют основную роль, так
как их пробег в кремнии сравним с размерами полу-
проводниковых элементов высокой степени инте-
грации. И именно ядерные фрагменты производят
очень большую ионизацию в кремнии на микрон-
ных дистанциях. Увеличение плотности твердотель-
ных приборов, т.е. уменьшение их геометрических
размеров, приводит к увеличению их чувствитель-
ности к радиации. Так как порог ядерных реакций
лежит примерно в районе 10 МэВ, то опасность для
ПЗС-матрицы и электроники ТВ-камеры представ-
ляют нейтроны с энергией выше 10 МэВ.
4. ОЦЕНКА ОСЛАБЛЕНИЯ ПОТОКА
НЕЙТРОНОВ ЗА ЗАЩИТОЙ
Для численного сравнения вероятностей повре-
ждения матрицы при наличии защиты и без нее
можно ввести коэффициент ослабления дозы k,
определяемый как отношение
,
0,
ef
ef
E d E
k
E E
, где
0,efE E – эффективная доза нейтронов в точке пер-
воначального расположения камеры (непосред-
ственно над выходным окном ИМПС), а ,efE d E –
эффективная доза нейтронов за защитой толщиной d
на расстоянии R от источника.
Расчет [5] эффективной дозы моноэнергетиче-
ских нейтронов с энергией Е за бетонной защитой
осуществляется выражением
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 220
2, expef
f d
E d E h E B E
R E
,
где f – выход нейтронов из источника в один стера-
диан; R – расстояние от источника нейтронов до
точки, в которой оценивается доза; h(E) – коэффи-
циент перехода от флюенса нейтронов к эффектив-
ной дозе; B(E) – фактор накопления нейтронов; (Е)
– длина ослабления дозы нейтронов в защите из
обычного бетона плотностью 2,35 г/см3 при падении
на нее нейтронов с энергией E. Данное выражение
содержит неявное утверждение о том, что форма
нейтронного спектра не меняется в защите, начиная
с некоторой толщины.
Используя данные из работы [6] об угловом рас-
пределении вторичных нейтронов и среднее значе-
ние протонного тока, можно оценочно считать, что в
точке установки детектора расположен виртуальный
моноэнергетический источник нейтронов (ВИН) с
энергией Е = 1 МэВ и эквивалентным усредненным
потоком в один стерадиан 8 нейтр.
2,7 10
ср с
f
в пре-
делах углов, указанных на Рис.3 (120º вверх и 120º
вниз).
Значения остальных величин, входящих в фор-
мулу для эффективной дозы, приведены для данной
энергии в [5] и [7].
Толщина бетонного пола d = 70 см.
Рис.3. Геометрия эксперимента
Зная площадь ПЗСМ и параметры одного пиксе-
ля (площадь пикселя равна 40 мкм2, толщина чув-
ствительного слоя 4 мкм), а также расстояние от
детектора до камеры в первом (R0 0,5 м) и во вто-
ром (Rd 2,5 м) случаях, можно оценить эффектив-
ную дозу и показать, что
5 2
2 ,
нейтр. нейтр.
0, 1МэВ 10 4 10
cм с пикс сefE E
5
2 ,
нейтр. нейтр.
, 1МэВ 25 10
cм с пикс сefE d E
таким образом, коэффициент ослабления дозы
4000k , т.е. установленная перископическая си-
стема позволяет, как минимум, в 4 тысячи раз сни-
зить уровень нейтронного облучения чувствитель-
ной ПЗС-матрицы.
Отсюда, зная сечение поглощения нейтрона яд-
ром кремния в пикселе 3
. 1МэВ, 10погл Si барн
(что приводит к ядерной реакции распада ядра),
оценочное число атомов кремния в пикселе
12 1
10
пикс
N и величину нейтронного потока, можно
рассчитать [8] вероятность
.поглP одного такого взаи-
модействия в объеме пикселя и в объеме всей ПЗС-
матрицы:
4
.
10 1
,
c пикс
1
0, 10 10
cпоглP E
ПЗСМ
8
.
14 1
.
c пикс
1
, 2 10 3,5 10
cпоглP d E
ПЗСМ
Суммарное сечение упругого и неупругого рас-
сеяния нейтронов на ядрах кремния:
1МэB, 4,5у н Si барн. В этом случае вероятно-
сти таких взаимодействий равны:
7 1
0 ,
c пикс
1
0, 4 10 ,5
cу нP E
ПЗСМ
410 1
10 .
c пикс
1
, 10 1,5
cу нP d E
ПЗСМ
Кроме того, учитывая, что в новой конструкции
ПЗС-матрица расположена не перпендикулярно к
потоку нейтронов, а под острым углом к нему, то
такая сборка позволяет снизить уровень засветки
еще в 2-3 раза за счет уменьшения эффективной
облучаемой площади ПЗСМ.
Общий эффект взаимодействия нейтронного по-
тока с электроникой за защитой определяется как
жесткой, так и мягкой компонентами нейтронного
потока, которые и вызывают появление поврежден-
ных пикселей и изменение параметров микросхем.
Причем влияние мягкой компоненты усиливается
из-за наличия существующего отверстия в бетонной
защите. В связи с этим необходима оценка ослабле-
ния нейтронного потока с учетом имеющегося энер-
гетического спектра распределения нейтронов и
существующей геометрии всей установки.
Такая оценка была проведена при помощи ад-
ронного транспортного кода SHIELD [9]. Транс-
портный код SHIELD предназначен для Монте-
Карло-моделирования взаимодействия адронов и
ядер со сложными макроскопическими мишенями и
используется для решения того же класса задач, что
и программы Geant4, Fluka, MCNPX, PHITS.
SHIELD моделирует перенос нейтронов с энергией
En<14,5 МэВ на основе 28-групповой системы
нейтронных констант БНАБ и использует следую-
щие данные из этой системы:
st – полное сечение;
sf – сечение деления (n, f);
n – среднее число нейтронов деления;
sc – сечение захвата (n, c);
sin – сечение неупругого рассеяния (n, n'), вклю-
чая реакцию (n, 2n);
se – сечение упругого рассеяния (n, n);
m – средний косинус угла упругого рассеяния;
sin(g, g+k) – матрица межгрупповых переходов
при неупругом рассеянии.
Нейтроны выбираются из внешнего источника,
прослеживаются до окончания траектории нейтрона
и могут размножаться в реакциях (n, 2n) и (n, f).
Каждый нейтрон имеет статистический вес, а также
кумулятивный таймер, в котором накапливается
время, прошедшее с начала истории нейтрона. При
попадании нейтрона в тепловую группу его энергия
не изменяется в дальнейших столкновениях.
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 221
При численном моделировании учитывались
геометрические параметры установки, и считалось,
что координаты точек входа протонов в стенку
ионопровода распределены равномерно вдоль
направления распространения пучка (ось Z), а также
равномерно по азимутальному углу в плоскости
(X,Y) [10]. Угол между направлением движения
протона и осью Z при входе протона в стенку трубы
равен 1 мрад. Поток нейтронов на ПЗСМ вычислял-
ся методом оценки по длине пробега. Регистрирую-
щий объем: цилиндр высотой 20 см и радиусом
10 см.
Полученные результаты примерно втрое превы-
шают результаты феноменологических вычислений,
однако не учитывают расположения ПЗС-матрицы в
пространстве и дают результат, усредненный по
регистрирующему объему (Рис.4).
Рис.4. Результаты моделирования SHIELD
Результаты представлены в пересчете на одну
первичную пучковую частицу и получены при наборе
статистики 107 первичных протонов (Е = 209 МэВ) с
учетом отражения нейтронов от бетонных стен тон-
неля ЛУ (плотность 1,9 г/см3).
В первоначальной точке установки ИМПС пол-
ный поток равен 2,8105 нейтр./см2с при средней
энергии нейтронов 47 МэВ.
В точке установки ТВ-камеры за бетонной защи-
той полный поток равен 67 нейтр./см2с при средней
энергии нейтронов 21 МэВ.
Также для сравнения представлены результаты мо-
делирования при отсутствии отверстия в бетонной за-
щите. В данном случае полный поток составил бы
61 нейтр./см2с при средней энергии нейтронов 23 МэВ.
Таким образом, можно видеть, что существующее
нарушение защиты практически не влияет на конеч-
ный результат и сказывается только на небольшом
усилении мягкой компоненты нейтронного потока.
5. РЕЗУЛЬТАТЫ
Измерение потоков оптического излучения лю-
минесцентного экрана продемонстрировало, что при
правильной установке всех оптических элементов
по принципу «прожекторной» оптики нет необхо-
димости изменять длительность экспозиции ТВ-
камеры с ЗЛТ по сравнению с длительностью экспо-
зиции при установке ТВ-камеры в 40 см от оси пуч-
ка, поскольку световой поток практически полно-
стью сохраняется.
Повреждение пикселей говорит о том, что ПЗСМ
является наиболее уязвимой составляющей частью
во всем детекторе, которую необходимо защитить
от воздействия радиации. Размещение местной за-
щиты вокруг ТВ-камеры, находящейся в 40 см от
оси пучка, мало изменило скорость набора повре-
ждений, так как вторичные нейтроны, протоны и γ-
кванты, направленные перпендикулярно оси ионо-
провода, попадали прямо на ПЗСМ. Следовательно,
только перемещение ПЗСМ за массивную защиту
позволяет использовать данную ТВ-камеру для диа-
гностики параметров пучка.
Наблюдение в течение 72 часов последовательно-
сти изображений ПЗС-матрицы при экспозициях от
163 мкс до 1 с без пучка продемонстрировало, что
пиксели, которые были горячими или теплыми при
длинных экспозициях, становятся достаточно холод-
ными при коротких. То есть, за трое суток эксплуата-
ции ПЗСМ при высоком уровне радиации
(≈105 нейтр./(см2с)) ни один из пикселей не вышел из
строя полностью. Значит матрицу можно использо-
вать на коротких экспозициях без уничтожения ин-
формации, содержащейся в поврежденных пикселях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Зеркально-линзовый тракт, введенный в обору-
дование ИМПС, позволяет резко снизить вероят-
ность повреждения наиболее чувствительной к ра-
диации части электроники ИМПС – ПЗС-матрицы.
Бетонная защита между ТВ-камерой и детектором
ИМПС снижает поток нейтронов, падающий на
ПЗСМ, примерно в 104 раз, что продлевает срок
службы электроники с трех суток до, по крайней
мере, гарантийного срока службы. Причем ЗЛТ пе-
редает оптическое излучение с люминофора детек-
тора на ТВ-камеру без существенной потери потока
излучения, что позволяет использовать ИМПС для
измерения параметров пучка малой интенсивности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. П. Рейнгардт-Никулин, Ю. Калинин, С. Латуш-
кин и др. Ионный монитор поперечного сечения
протонного пучка промежуточных энергий ли-
нейного ускорителя ИЯИ РАН //Вопросы атом-
ной науки и техники. Серия «Ядерно-физические
исследования» (49). 2008, №3, p.55-59.
2. В.Г. Михайлов, В.В. Леонов, В.А. Резвов и др.
Многопараметрические ионизационные датчики
для контроля пучков ускоренных частиц //ПТЭ.
1995, №6, с.39-53.
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 222
3. Г.И. Зебрев. Презентация «Проблема оценки се-
чений мягких сбоев от нейтронов и протонов».
http://micro.mephi.ru/groups/simulation/files/micro_
zebrev_8_talk_Zebrev_neutr_NIIP_06.pdf
4. J. Blomgren. Nuclear data for single-event effects //
Proceedings of the enlargement workshop on neu-
tron Measurements and Evaluations for Applica-
tions. NEMEA. 2003, Budapest, Hungary, p.130-
136.
5. В.Е. Алейников, Л.Г. Бескровная, А.Р. Крылов.
Расчет дозы нейтронов за бетонной защитой
ускорителей заряженных частиц на энергии до
100 МэВ: Препринт ОИЯИ. Р16-2002-254. Дубна,
2002.
6. V.Ju. Shegolev, B.V. Florko. The biological shield-
ing for storage rings of NICA project // Proceedings
of RuPAC 2008, Zvenigorod, Russia.
7. ГОСТ 25935-83. Приборы дозиметрические.
Методы измерения основных параметров.
8. Э.Н. Вологдин, А.П. Лысенко. Интегральные
радиационные изменения параметров полупро-
водниковых материалов: Учебное пособие
МГИЭМ. Москва, 1998.
9. A.V. Dementyev, N.M. Sobolevsky. SHIELD - Uni-
versal Monte Carlo Hadron Transport Code: Scope
and Applications // Rad.Meas. 1999, v.30 p.553;
http://www.inr.ru/shield/.
10. E. Mustafin, G. Moritz, G. Walter, L. Latycheva,
N. Sobolevskiy. Radiation damage to the elements
of the nuclotron-type dipole of SIS100 // Proceed-
ings of EPAC 2004, p.1408-1410.
Статья поступила в редакцию 23.09.2011 г.
PROTECTION OF IONIZATION BEAM CROSS-SECTION MONITOR ELECTRONICS FROM RADI-
ATION DAMAGES AT INR RAS LINAC
S.A. Gavrilov, I.A. Vasilyev, P.I. Reinhardt-Nickoulin, N.M. Sobolevsky, A.V. Feschenko
To measure parameters of accelerated protons beam at the output of INR linear accelerator a residual gas ioniza-
tion beam cross-section monitor (BCSM), which includes a TV-camera with a CCD-matrix, is used. Interaction of
the accelerated beam halo with elements of the Linac vacuum chamber leads to a neutron flux initiation, causing
damages and malfunctions of the BCSM digital electronics. To resolve such problems catadioptric optical system
(COS) was developed and installed at the Linac. The following describes the general organization of BCSM, COS,
the discussion of the radiation background in the Linac hall and under concrete shield, as well as the evaluation of
the incident neutron flux and the time of satisfactory performance of the TV-camera.
ЗАХИСТ ЕЛЕКТРОНІКИ ІОНІЗАЦІЙНОГО МОНІТОРА ПОПЕРЕЧНОГО ПЕРЕРІЗУ ПУЧКА
ВІД РАДІАЦІЙНИХ ПОШКОДЖЕНЬ НА ЛІНІЙНОМУ ПРИСКОРЮВАЧІ ІЯД РАН
С.О. Гаврилов, І.А. Васильєв, П.І. Рейнгардт-Нікулін, М.М. Соболевський, О.В. Фещенко
Для вимірювання параметрів пучка прискорених протонів на виході лінійного прискорювача (ЛП) ІЯД
РАН використовується іонізаційний монітор поперечного перерізу (ІМПП) на залишковому газі, до складу
якого входить ТВ-камера з ПЗС-матрицею. Взаємодії ореолу прискореного пучка з елементами вакуумної
камери ЛП призводять до виникнення потоку нейтронів, що викликають пошкодження в цифровій електро-
ніці ІМПП. Для усунення даних проблем було розроблено та встановлено на ЛП дзеркально-лінзовий тракт
(ДЛТ). Нижче наводяться: опис загальної організації ІМПП, ДЛТ, обговорення радіаційної обстановки в залі
ЛП і за бетонним захистом, а також оцінка потоку нейтронів, що падає на ТВ-камеру, і часу задовільної ро-
боти ТВ-камери.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108752 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T02:08:57Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гаврилов, С.А. Васильев, И.А. Рейнгардт-Никулин, П.И. Соболевский, Н.М. Фещенко, А.В. 2016-11-15T11:55:19Z 2016-11-15T11:55:19Z 2012 Защита электроники ионизационного монитора поперечного сечения пучка от радиационных повреждений на линейном ускорителе ИЯИ РАН / С.А. Гаврилов, И.А. Васильев, П.И. Рейнгардт-Никулин, Н.М. Соболевский, А.В. Фещенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 218-222. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108752 621.384.6 Для измерения параметров пучка ускоренных протонов на выходе линейного ускорителя (ЛУ) ИЯИ РАН используется ионизационный монитор поперечного сечения (ИМПС) на остаточном газе, в состав которого входит ТВ-камера с ПЗС-матрицей. Взаимодействия ореола ускоренного пучка с элементами вакуумной камеры ЛУ приводят к возникновению потока нейтронов, вызывающих повреждения в цифровой электронике ИМПС. Для устранения данных проблем был разработан и установлен на ЛУ зеркально-линзовый тракт (ЗЛТ). Ниже приводятся: описание общей организации ИМПС, ЗЛТ, обсуждение радиационной обстановки в зале ЛУ и за бетонной защитой, а также оценка потока нейтронов, падающего на ТВ-камеру, и времени удовлетворительной работы ТВ-камеры. To measure parameters of accelerated protons beam at the output of INR linear accelerator a residual gas ionization beam cross-section monitor (BCSM), which includes a TV-camera with a CCD-matrix, is used. Interaction of the accelerated beam halo with elements of the Linac vacuum chamber leads to a neutron flux initiation, causing damages and malfunctions of the BCSM digital electronics. To resolve such problems catadioptric optical system (COS) was developed and installed at the Linac. The following describes the general organization of BCSM, COS, the discussion of the radiation background in the Linac hall and under concrete shield, as well as the evaluation of the incident neutron flux and the time of satisfactory performance of the TV-camera. Для вимірювання параметрів пучка прискорених протонів на виході лінійного прискорювача (ЛП) ІЯД РАН використовується іонізаційний монітор поперечного перерізу (ІМПП) на залишковому газі, до складу якого входить ТВ-камера з ПЗС-матрицею. Взаємодії ореолу прискореного пучка з елементами вакуумної камери ЛП призводять до виникнення потоку нейтронів, що викликають пошкодження в цифровій електроніці ІМПП. Для усунення даних проблем було розроблено та встановлено на ЛП дзеркально-лінзовий тракт (ДЛТ). Нижче наводяться: опис загальної організації ІМПП, ДЛТ, обговорення радіаційної обстановки в залі ЛП і за бетонним захистом, а також оцінка потоку нейтронів, що падає на ТВ-камеру, і часу задовільної роботи ТВ-камери. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений Защита электроники ионизационного монитора поперечного сечения пучка от радиационных повреждений на линейном ускорителе ИЯИ РАН Protection of ionization beam cross-section monitor electronics from radiation damages at INR RAS linac Захист електроніки іонізаційного монітора поперечного перерізу пучка від радіаційних пошкоджень на лінійному прискорювачі ІЯД РАН Article published earlier |
| spellingShingle | Защита электроники ионизационного монитора поперечного сечения пучка от радиационных повреждений на линейном ускорителе ИЯИ РАН Гаврилов, С.А. Васильев, И.А. Рейнгардт-Никулин, П.И. Соболевский, Н.М. Фещенко, А.В. Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений |
| title | Защита электроники ионизационного монитора поперечного сечения пучка от радиационных повреждений на линейном ускорителе ИЯИ РАН |
| title_alt | Protection of ionization beam cross-section monitor electronics from radiation damages at INR RAS linac Захист електроніки іонізаційного монітора поперечного перерізу пучка від радіаційних пошкоджень на лінійному прискорювачі ІЯД РАН |
| title_full | Защита электроники ионизационного монитора поперечного сечения пучка от радиационных повреждений на линейном ускорителе ИЯИ РАН |
| title_fullStr | Защита электроники ионизационного монитора поперечного сечения пучка от радиационных повреждений на линейном ускорителе ИЯИ РАН |
| title_full_unstemmed | Защита электроники ионизационного монитора поперечного сечения пучка от радиационных повреждений на линейном ускорителе ИЯИ РАН |
| title_short | Защита электроники ионизационного монитора поперечного сечения пучка от радиационных повреждений на линейном ускорителе ИЯИ РАН |
| title_sort | защита электроники ионизационного монитора поперечного сечения пучка от радиационных повреждений на линейном ускорителе ияи ран |
| topic | Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений |
| topic_facet | Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108752 |
| work_keys_str_mv | AT gavrilovsa zaŝitaélektronikiionizacionnogomonitorapoperečnogosečeniâpučkaotradiacionnyhpovreždeniinalineinomuskoriteleiâiran AT vasilʹevia zaŝitaélektronikiionizacionnogomonitorapoperečnogosečeniâpučkaotradiacionnyhpovreždeniinalineinomuskoriteleiâiran AT reingardtnikulinpi zaŝitaélektronikiionizacionnogomonitorapoperečnogosečeniâpučkaotradiacionnyhpovreždeniinalineinomuskoriteleiâiran AT sobolevskiinm zaŝitaélektronikiionizacionnogomonitorapoperečnogosečeniâpučkaotradiacionnyhpovreždeniinalineinomuskoriteleiâiran AT feŝenkoav zaŝitaélektronikiionizacionnogomonitorapoperečnogosečeniâpučkaotradiacionnyhpovreždeniinalineinomuskoriteleiâiran AT gavrilovsa protectionofionizationbeamcrosssectionmonitorelectronicsfromradiationdamagesatinrraslinac AT vasilʹevia protectionofionizationbeamcrosssectionmonitorelectronicsfromradiationdamagesatinrraslinac AT reingardtnikulinpi protectionofionizationbeamcrosssectionmonitorelectronicsfromradiationdamagesatinrraslinac AT sobolevskiinm protectionofionizationbeamcrosssectionmonitorelectronicsfromradiationdamagesatinrraslinac AT feŝenkoav protectionofionizationbeamcrosssectionmonitorelectronicsfromradiationdamagesatinrraslinac AT gavrilovsa zahistelektroníkiíonízacíinogomonítorapoperečnogopererízupučkavídradíacíinihpoškodženʹnalíníinomupriskorûvačííâdran AT vasilʹevia zahistelektroníkiíonízacíinogomonítorapoperečnogopererízupučkavídradíacíinihpoškodženʹnalíníinomupriskorûvačííâdran AT reingardtnikulinpi zahistelektroníkiíonízacíinogomonítorapoperečnogopererízupučkavídradíacíinihpoškodženʹnalíníinomupriskorûvačííâdran AT sobolevskiinm zahistelektroníkiíonízacíinogomonítorapoperečnogopererízupučkavídradíacíinihpoškodženʹnalíníinomupriskorûvačííâdran AT feŝenkoav zahistelektroníkiíonízacíinogomonítorapoperečnogopererízupučkavídradíacíinihpoškodženʹnalíníinomupriskorûvačííâdran |