Электромагнитная калориметрия на основе тяжелых сцинтилляционных кристаллов в полях интенсивных ионизирующих излучений
Исследование влияния эффектов радиационного повреждения сцинтилляционных кристаллов на параметры детекторов каскадных ливней. Анализ методов восстановления оптического пропускания кристаллов на основе оптического облучения и низкотемпературного отжига.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.03.2018 |
| Размер файла | 669,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
На правах рукописи
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата физико-математических наук
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ НА ОСНОВЕ ТЯЖЕЛЫХ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ КРИСТАЛЛОВ В ПОЛЯХ ИНТЕНСИВНЫХ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
01.04.16 Физика атомного ядра и элементарных частиц
Мечинский Виталий Александрович
Минск 2016
Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском учреждении «Институт ядерных проблем» Белгоуниверситета (НИИ ЯП БГУ)
Научный руководитель:
Коржик Михаил Васильевич, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией экспериментальной физики высоких энергий НИУ «Институт ядерных проблем» БГУ
Официальные оппоненты:
Рудак Эдуард Аркадьевич, Доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией физики ядерных реакторов №18 ГНУ «ОИЭЯИ-Сосны» НАН Беларуси
Киевицкая Анна Ивановна, кандидат технических наук, заместитель начальника службы радиационно-экологического мониторинга Республиканского центра по гидрометеорологии, контролю радиоактивного загрязнения и мониторингу окружающей среды
Оппонирующая организация:
Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ «Институт физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси»
Ученый секретарь совета
по защите диссертаций, кандидат
физико-математических наук Ю.П. Выблый
ВВЕДЕНИЕ
Результатом работы ускорителя LHC (Large Hadron Collider, Большой Адронный Коллайдер) в CERN (г. Женева, Швейцария) на протяжении последних нескольких лет уже стало открытие частицы с энергией вблизи 125 ГэВ, соответствующей бозону, предсказанному П. Хиггсом. Это открытие, имеющее принципиальное значение для развития физики частиц, было сделано на детекторах CMS и ATLAS. Вместе с тем, на момент открытия бозона в 2012 г. ускоритель LHC ещё не вышел на номинальную энергию сталкивающихся протонов в 14 ТэВ и светимость пучка 1034 см-2с-1. Дальнейшее увеличение светимости является необходимым условием для улучшения энергетического разрешения и повышения статистической достоверности. Примером является открытие распада Bs-мезона на два мюона. Полученные экспериментальные значения вероятности распада Bs-мезона подтвердили предсказания Стандартной Модели (СМ). Вместе с тем, помимо проверки предсказаний СМ, эксперименты в области энергий более 1 ТэВ позволяют проводить поиски возможных расширений за границы СМ.
Из шести экспериментальных установок, работающих на LHC, два детектора - CMS и ALICE - для измерения полной энергии электромагнитной составляющей продуктов взаимодействия используют гомогенные электромагнитные калориметры на основе сцинтилляционных кристаллов вольфрамата свинца PbWO4 (PWO), разработанных сотрудниками НИУ «Институт ядерных проблем» БГУ. Важность прецизионной электромагнитной калориметрии с использованием кристаллов PWO подтверждена решающим вкладом в открытие бозона Хиггса моды распада H в эксперименте CMS.
В настоящее время PWO является наиболее широко используемым сцинтиллятором для калориметров в физике высоких энергий. К 2025 г. на ускорителе LHC планируется увеличение светимости пучка до 1035 см-2с-1, что значительно увеличит радиационную нагрузку как на конструкционные материалы калориметрических сборок электромагнитного калориметра (ECAL) CMS, так и на сами кристаллы PWO, составляющие его основу. В таком режиме работы радиационная нагрузка особенно возрастёт от потока протонов в припучковой области детектора со значением псевдобыстроты 1,5. Оптическое пропускание кристаллов детекторных модулей, расположенных в этой области калориметра, будет претерпевать значительное повреждение, что приводит к снижению отклика детектора и ухудшению энергетического разрешения и, как следствие, ухудшению разрешения по массам, а также появлению нелинейности отклика детектора. Таким образом, представляются необходимыми оптимизация работы калориметра в условиях высоких радиационных нагрузок, поиск механизмов восстановления оптического пропускания кристаллов PWO без извлечения из калориметра, либо выбор новых материалов и их компоновки в структуре калориметра. Решение перечисленных задач легло в основу диссертационной работы. радиационный сцинтилляционный кристалл облучение отжиг
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Связь работы с крупными научными программами и темами
В основу диссертации легли исследования, выполненные в 2009-2015 годах в соответствии с утверждёнными планами научных работ НИУ «Институт ядерных проблем» Белорусского государственного университета.
Тема диссертации соответствует следующим приоритетным направлениям фундаментальных и прикладных научных исследований Республики Беларусь:
· физика фундаментальных взаимодействий, высоких энергий и экстремальных состояний вещества, плазма и ее применение, плазменно-пучковые технологии;
· ядерно- и электрофизические методы и технологии в научных исследованиях, промышленности, здравоохранении и сельском хозяйстве;
а также приоритетному направлению научно-технической деятельности Республики Беларусь (Указ Президента Республики Беларусь от 22 июля 2010 г. № 378):
· новые материалы.
Диссертационная работа выполнялась в рамках НИР «Применение кристаллов вольфрамата свинца в комбинированных сцинтилляционных/черенковских детекторах компенсированного калориметра для физики высоких энергий» (№ гос. рег. 20061133); НИР «Электромагнитная калориметрия в эксперименте CMS на LHC» (№ гос. рег. 20062607); задания № 23 «Электромагнитная калориметрия в эксперименте CMS на LHC» (№ гос. рег. 20062607) государственной программы научных исследований на 2006-2010 гг. «Решение проблем физики полей, частиц и ядер на основе развития эксперимента и теории фундаментальных взаимодействий и методов моделирования физических процессов и систем»; НИР «Сцинтилляции в кислородных и галоидных кристаллических соединениях при сверхнизких температурах» (№ гос. рег. 20091339); НИР «Электромагнитная и адронная калориметрия в экспериментах на коллайдерах нового поколения LHC, ILC, FAIR» (№ гос. рег 20113073) государственной программы научных исследований «Конвергенция»; гранта Белорусского фонда фундаментальных исследований для молодых учёных №Ф12МВ-017 «Исследование процессов повышения радиационной стойкости тяжёлых сцинтилляционных кристаллов под воздействием адронного излучения высокой интенсивности» (№ гос. рег. 20122706, 2012-2014 годы); темы 02-0-1083-2009/2016 «CMS. Компактный мюонный соленоид на LHC» в рамках проблемно-тематического плана НИР и международного сотрудничества на 2009-2016 гг., выполняемого совместно с лабораторией физики частиц ОИЯИ (Дубна, Россия); задания 2.2.14 «Исследование закономерностей дефектообразования в кристаллических материалах под действием гамма квантов и частиц высоких энергий» (№ гос. рег. 20140529) государственной программы научных исследований «Электроника и фотоника»; задания 2.2.6 «Калориметрия в экспериментах на LHC с повышенной светимостью» (№ гос. рег. 20140531) государственной программы научных исследований «Конвергенция»; темы №02-0-1083-2009/2013 «CMS. Компактный мюонный соленоид на LHC» в рамках проблемно-тематического плана НИР и международного сотрудничества на 2009-2013 гг., выполненного совместно с лабораторией физики частиц ОИЯИ (Дубна, Россия).
Цель и задачи исследования
Цель работы - определение влияния эффектов радиационного повреждения сцинтилляционных кристаллов, которые применяются и планируются к применению в электромагнитных калориметрах в условиях облучения гамма-излучением и протонами высоких энергий, на параметры детекторов каскадных ливней. Для достижения цели решались следующие задачи:
1. Исследовались эффекты повреждения кристаллов вольфрамата свинца PbWO4 адронной компонентой ионизирующего излучения и определить предел радиационных нагрузок для кристаллов при их использовании в эксперименте CMS.
2. Изучались эффекты отклика детекторных модулей PbWO4, расположенных в области электромагнитного калориметра ECAL CMS с псевдобыстротой 1,5 при повреждении их оптического пропускания адронной компонентой ионизирующего излучения.
3. Исследовать влияние планируемого снижения рабочей температуры электромагнитного калориметра ECAL CMS на ускорителе LHC с 18С до 10 С на кинетику релаксации центров окраски кристаллов PbWO4 для области калориметра со значениями параметра псевдобыстроты 1,5.
4. Изучались дистанционные методы восстановления оптического пропускания кристаллов PbWO4 на основе оптического облучения и низкотемпературного отжига.
5. Исследовать эффекты повреждения протонами высоких энергий в сцинтилляционных материалах, перспективных для применения в торцевых зонах электромагнитного калориметра ECAL экспериментальной установки CMS.
Объект исследования: сцинтилляционные кристаллы вольфрамата свинца, лютециевых и иттриевых ортосиликатов и иттриевых гранатов.
Предмет исследования: динамика спектроскопических и сцинтилляционных характеристик кристаллов вольфрамата свинца, лютециевых и иттриевых ортосиликатов в условиях функционирования в интенсивных радиационных полях.
Научная новизна
Результаты, полученные в работе, содержат новую экспериментальную информацию о повреждении кристаллов вольфрамата свинца под воздействием потока протонов высоких энергий и его влиянии на параметры детекторных ячеек. В работе предложен и экспериментально обоснован метод восстановления оптического пропускания за счёт комбинированного воздействия на кристаллы PWO оптического излучения и низкотемпературного отжига. Проведено исследование радиационной стойкости кристаллов PWO, BSO (Bi4Si3O12:Ce), LSO (Lu2SiO5:Ce), YSO (Y2SiO5:Ce), YAG (Y3Al5O12:Ce), GSO (Gd2SiO5:Ce) и проанализированы перспективы их использования в калориметрии высоких энергий при высоких значениях светимости пучка ускорителя.
Положения, выносимые на защиту
1. Экспериментальное обнаружения ухудшения оптического пропускания тяжёлых кристаллов за счёт образования кластеров точечных дефектов при их облучении потоком протонов высоких энергий, которое приводит к снижению выхода сцинтилляций и черенковского излучения и накладывает ограничение на применение гомогенных детекторных модулей на коллайдерах с высокой светимостью.
2. Теоретическое предсказание и экспериментальное подтверждение нелинейности отклика и ухудшения энергетического разрешения калориметра из гомогенных детекторных модулей на основе сцинтилляционных кристаллов вольфрамата свинца при их повреждении протонами высоких энергий с флюенсом, соответствующим уровню LHC с высокой светимостью.
3. Экспериментальное подтверждение наибольшего уменьшения уровня наведенного поглощения в спектральной полосе сцинтилляций кристаллов вольфрамата свинца, облученных протонами высоких энергий с флюенсом, соответствующим уровню LHC с высокой светимостью, путём стимуляции релаксации центров окраски комбинацией оптического облучения и низкотемпературного отжига.
4. Экспериментальное обнаружение повышенной радиационной стойкости сцинтилляционных кристаллов, активированных церием и содержащих химические элементы с атомными номерами меньшими 60, к облучению протонами высоких энергий.
Личный вклад соискателя
Соискателем был выполнен анализ состава радиоизотопов, индуцированных протонами высоких энергий в объёме сцинтилляторов и конструкционных элементах калориметрических сборок; проведены испытания детекторных свойств поврежденных и неповреждённых кристаллов на пучке ускорителя SPS (CERN, Швейцария), исследованы процессы фосфоресценции и фоновой радиолюминесценции, оценена интенсивность шумового оптического излучения от этих процессов; исследованы механизмы повреждения оптического пропускания кристаллов PWO, BSO, LSO, PbF2, YAG и выявлена закономерность его радиационного повреждения; выполнен комплекс работ по оценке возможности снижения температуры цилиндрической части ECAL CMS; при участии соискателя было исследовано стимулированное восстановление оптического пропускания кристаллов PWO, подвергшихся облучению протонами и гамма-квантами.
Научный руководитель д.ф.-м.н. Коржик М.В. принимал участие в формулировании направления исследований, формировании задач исследований. А. Синьговский, E. Auffray, M. Lucchini, О.В. Мисевич, А.А. Фёдоров, K. Pauwels, A. Benaglia, И. Тарасов, S. Zahid, S. Jain, Н. Голубев, А. Долгополов, D. Cockerill, F. Cavallari принимали участие в обеспечении облучения кристаллов на ускорителе PS (CERN) и проведении измерений на пучке электронов ускорителя SPS в экспериментальной зоне “Н4”. А.Е. Борисевич и Д.Ю. Козлов принимали участие в проведении измерений сцинтилляционных параметров кристаллов. В.И. Дорменев, З.В. Новотный, Т. Куске принимали участие в экспериментах по облучению образцов кристаллов на протонном ускорителе с энергией 150 МэВ в KWI (г. Гронинген, Нидерланды).
Апробация результатов диссертации
Изложенные в настоящей диссертации результаты исследований были представлены на пяти международных конференциях: 12th International Conference on Inorganic Scintillators and their Applications (SCINT 2013, Шанхай, Китай, 2013 г.), 10th International Conference on Inorganic Scintillators and Their Applications (SCINT 2011, Гиссен, Германия, 2011 г.), 2014 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (2014 NSS/MIC, Сиэтл, США, 2014 г.), 2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (2013 NSS/MIC, Сеул, Южная Корея, 2013 г.), IV Международная конференция «Инженерия сцинтилляционных материалов и радиационные технологии» (ИСМАРТ 2014, Минск, Беларусь), на двух рабочих совещаниях коллаборации CMS: Minsk Workshop (июнь 2010 г.), CMS WEEK (декабрь 2013 г.).
Опубликованность результатов диссертации
Результаты, полученные соискателем в соавторстве с другими членами научного коллектива, опубликованы в 1 сборнике научных конференций, тринадцать работ опубликованы в реферируемых журналах. Общий объем опубликованного материала составляет 10,5 авторского листа, из них в реферируемых изданиях - 5,5 авторского листа и 5,0 авторского листа - остальные публикации.
Структура и объем диссертации
Диссертация написана на русском языке, включает в себя оглавление, введение, общую характеристику работы, четыре главы (включая разделы и подразделы), заключение, библиографический список и приложения. Полный объем диссертации составляет 118 страниц, включая 75 рисунков на 37 страницах, 12 таблиц на 5 страницах.
Библиографический список включает 97 использованных источников на 8 страницах и 18 публикаций соискателя на 4 страницах.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, выполнен анализ современного состояния калориметрической техники в физике высоких энергий, определены основные направления исследования.
В главе 1 представлены краткие сведения из теории построения и работы электромагнитных калориметров, описана конструкция детектора CMS на ускорителе LHC, приведены экспериментальные данные по радиационной нагрузке в различных зонах электромагнитного калориметра детектора CMS.
Функционирование электромагнитного калориметра детектора CMS ECAL происходит в условиях интенсивных потоков не только электромагнитной компоненты ливней частиц, но и значительных потоков адронов высоких энергий. Особенно больших значений потоки адронов достигают в припучковой области калориметра, описываемой параметром псевдобыстроты =1,48-3,0. Планируемое повышение светимости ускорителя LHC приведёт к повышению потока адронов, и, как следствие, к резкому увеличению радиационной нагрузки на кристаллы вольфрамата свинца PWO. В связи с этим становится актуальной задача анализа дозовой нагрузки в припучковой области калориметра.
В разделе 1.3 приведены результаты моделирования радиационной нагрузки в различных зонах электромагнитного калориметра детектора CMS. Для определения влияния потоков адронов высоких энергий на оптические свойства кристаллов PWO были проведены экспериментальные исследования по их облучению протонами с энергий 24 ГэВ. Результаты прямого измерения зависимости оптического пропускания кристаллов вольфрамата свинца от флюенса протонов приведены на рисунке 1. Установлен накопительный характер повреждения оптического пропускания кристаллов PWO от флюенса протонов, прошедших через кристаллы. Полученная зависимость позволила дать оценку степени повреждения оптического пропускания в течение срока работы ускорителя LHC до 2032 г. Установлено, что для областей торцевых частей калориметра ECAL CMS коэффициент наведенного поглощения возрастёт на величину до 0,8 м-1 при интегральной светимости ускорителя 500 фб-1, и на величину до 8 м-1 при интегральной светимости 3000 фб-1.
В главе 2 описаны эффекты радиационного повреждения сцинтилляционных кристаллов электромагнитной и адронной компонентами ионизирующего излучения и влияние такого повреждения на параметры электромагнитного калориметра.
Установлено, что облучение протонами создаёт в кристаллической решётке дополнительные дефекты. На рисунке 2 показаны спектры пропускания PWO после облучения -квантами и протонами с энергией 24 ГэВ и их аппроксимация полосами поглощения гауссовой формы. Видно, что при облучении адронами образуются те же самые дефекты, что и при облучении г-квантами, но доля дефектов типа Френкеля увеличивается.
Рисунок 1. - Изменение наведенного коэффициента поглощения ind для кристаллов PWO на длине волны 420 нм в зависимости от флюенса протонов 1,3-измерения 2011 г, 2-измерения 2012 г.
Для установления закономерностей повреждения оптического пропускания в тяжёлых неорганических кристаллических соединениях было проведено облучение протонами с энергией 24 ГэВ образцов кристаллов BSO, PbF2, LSO. Установлено, что при облучении наблюдается одинаковый эффект в изменении спектров поглощения кристаллов: сдвиг края полосы фундаментального поглощения в длинноволновую область спектра. Этот эффект возникает вследствие образования кластеров дефектов из вакансий и центров окраски на их основе, возникших в кристалле из-за упругого взаимодействия ядер решётки с налетающими протонами, легкими фрагментами ядер, образованными вследствие ядерных реакций, и ионами, выбитыми из своих позиций локализации в решётке.
Для выявления основных механизмов повреждения кристаллической решётки тяжёлых сцинтилляторов при их облучении адронами высоких энергий был выполнен анализ ядерных реакций протонов с тяжёлыми ядрами, измерен полученный при облучении протонами с энергией 24 ГэВ состав радионуклидов в кристаллах, который показан на рисунке 3. Установлено, что основное повреждение кристаллов происходит за счёт лёгких фрагментов ядер отдачи.
Рисунок 2. - Спектры наведенного -излучением поглощения в кристалле PWO (слева) и после облучения протонами 24 ГэВ и его деконволюция
На основе анализа распространения сцинтилляционного света в кристаллах PWO, подвергшихся радиационному повреждению, было предсказано возникновение нелинейности отклика калориметрической ячейки, которое нашло подтверждение в экспериментах на пучке электронов в диапазоне энергий 10-160 ГэВ (рисунок 4).
При значениях наведенного продольного коэффициента поглощения 10м-1 нелинейность отклика детекторной сборки увеличивалась до 5% на границах диапазона 10-150 ГэВ, а при достижении значения 20 м-1 - до 15%. Нелинейность отклика приводит к возрастанию величины постоянного члена энергетического разрешения калориметра, что подтверждается результатами эксперимента. С увеличением оптического поглощения кристаллов PWO постоянный член увеличивается до 11% при значении наведенного поглощения 20 м-1, что значительно ухудшает энергетическое разрешение калориметра.
В главе 3 проанализированы возможные последствия снижения температуры цилиндрической части калориметра, представлены результаты исследования стимуляции релаксации наведенного поглощения в кристаллах PWO, образованных под воздействием - и адронного облучения, при облучении кристаллов оптическим излучением определенных длин волн и низкотемпературном отжиге.
Рисунок 3. - Состав образованных в PWO изотопов: реконструкция активности изотопов после облучения протонами 24 ГэВ с флюенсом 3,41013 см-2, измеренная активность через 4 месяца и прогноз активности через 7 месяцев после облучения
В ходе предстоящей модернизации детектора CMS было предложено уменьшить рабочую температуру цилиндрической части с 18-22 С до 10 С. Эта мера должна снизить уровень шумов фотоприёмников. Однако, такое снижение приведёт к изменению скорости релаксации центров окраски. В связи с этим было необходимо проанализировать скорость установления релаксации и вариацию выхода сцинтилляций кристаллов PWO при снижении их температуры с 22С до 10С. Экспериментальное исследование этих процессов выполнено на образцах PWO, облученных -квантами до достижения поглощённой дозы 1000 Гр.
На рисунке 5 представлены результаты моделирования динамики световыхода ячеек калориметра с учётом цикличности работы ускорителя LHC при 10 С для зон с пcевдобыстротой =0 и =1,48 с момента начала работы ускорителя, основанные на экспериментально полученных значениях кинетики релаксации центров окраски. Поскольку охлаждение кристаллов PWO до 10 С приведёт к одновременному увеличению световыхода на 20%, то это в конечном итоге скомпенсирует увеличение эффекта повреждения при понижении температуры.
Известно, часть центров окраски, образованных дефектами кристаллической решётки неорганических кристаллов, могут распадаться при воздействии внешних факторов, таких как нагрев, ультразвуковое акустическое воздействие и других влияний, способных сообщить носителям заряда дополнительную энергию, вызывающую освобождение их из ловушек.
Из-за технологических особенностей построения и работы детектора CMS не представляется возможным использование в полной мере стимулирования релаксации наведенного поглощения путем нагрева кристаллов. В связи с этим ставится задача анализа процессов стимуляции релаксации центров окраски при сочетании факторов воздействия оптического излучения и нагрева.
Был выполнен цикл экспериментов по комбинированному отжигу образцов PWO, облученных протонами высоких энергий, при различных температурах в диапазоне 30-75С и облучению оптическим излучением разных длин волн. Показано, что комбинация таких факторов является более оптимальной, чем использование каждого из них в отдельности. На рисунке 6 представлено сравнение влияния термического отжига, освещения светом и комбинации этих факторов на наведенное поглощение в облученных протонами кристаллах PWO для длины волны 420 нм.
Рисунок 4. - Модельное предсказание нелинейности отклика кристалла PWO 3030220 см3 и экспериментальные значения для матрицы 33
Показано, что комбинируя отжиг при 75 °С и освещение образцов PWO светом с длиной волны 530 нм и потоке фотонов около 1017 фотонов/(ссм2), можно достичь 60% восстановления светового выхода за 200 часов комбинированного стимулирования.
В главе 4 представлены результаты исследования радиационной стойкости перспективных для применения в калориметрии сцинтилляторов LSO, YSO, GSO, YAG. Вследствие повышения радиационных нагрузок в детекторе CMS при увеличении светимости пучка применение кристаллов PWO в торцевых частях калориметра становится проблематичным. В связи с этим возникает задача поиска иных сцинтилляционных материалов.
Было предложено применить легированные сцинтилляторы вместо самоактивированных и исследовать кристаллы LSO, YSO и GSO, для которых измерено изменение оптического пропускания при - и адронном облучении. Исследование спектров наведенного поглощения в кристаллах LSO показывают, что центры окраски, созданные после - и протонного облучения, идентичны. Для кристаллов YSO и GSO не наблюдается значительного изменения оптического пропускания в спектральном диапазоне 400-600 нм после протонного облучения, что подтверждает наше предположение о том, что в окси-ортосиликатных кристаллах основные центры окраски имеют полосы поглощения в УФ-диапазоне длин волн.
Несмотря на высокую радиационную стойкость, облученные протонами высоких энергий кристаллы LSO показали наличие остаточной фосфоресценции. Исследование наведенной протонами фосфоресценции кристаллов LSO и YSO показало, что кристаллы LSO показывают значительную по интенсивности фосфоресценцию после облучения протонами высоких энергий, которая у кристаллов YSO заметно подавлена.
Рисунок 5. - Динамика световыхода ячеек калориметра ECAL CMS при 10 С для зон с пcевдобыстротой =0 и =1,48 с момента начала работы ускорителя
Поскольку интенсивность фосфоресценции в LSO линейно растёт с увеличением мощности поглощённой дозы, то использование LSO в гомогенных детекторных модулях приведёт к появлению значительного шумового тока фотодетектора калориметрического модуля при высоких мощностях дозы.
На основе экспериментально полученных параметров интенсивности фосфоресценции в LSO, а также на основе компьютерного моделирования процессов взаимодействия - и -излучений с веществом сцинтиллятора и конструкционными материалами, были оценены величины интенсивности шумового оптического излучения, вызванного сцинтилляциями от наработанных радиоизотопов при облучении кристаллов LSO протонами высоких энергий в геометрии детекторного модуля типа «шашлык».
Оцененная суммарная мощность поглощённой дозы в пластинках LSO с размерами 14141,5 мм3 составляет 20,7 мкГр/час) при флюенсе протонов 3,61013 см-2. Оцененное значение интенсивности паразитного сцинтилляционного излучения составляет не менее 1,3109 фотонов/см3. Подобные оценки для кристаллов YSO дают значение в семь раз меньшее.
Рисунок 6. - Изменение нормированного коэффициента поглощения для длин волн 420 нм образцов PWO при стимулированном облучении оптическим излучением различных длин волн и термическом отжига в диапазоне 30-75C
Рассчитанные величины интенсивности шумового оптического излучения, вызванного сцинтилляциями в LSO от -активных радиоизотопов наработанных при облучении протонами поглотителя, состоящего из пластин свинца и вольфрама, расположенными между пластинами сцинтиллятора, показывают, что в пластинке LSO формируется мощность дозы в 3,6 мГр/час в случае вольфрамового поглотителя и 3,9 мГр/ч в случае свинцового поглотителя при флюенсе протонов 3,61013 см-2.
Фотоны фосфоресценции и радиолюминесценции от наведенных радиоизотопов будут создавать непрерывное оптическое излучение в детекторных модулях, дополнительно нагружая фотодетектор и уменьшая его динамический диапазон чувствительности. Кроме того, эффекты фосфоресценции и радиолюминесценции LSO и YSO будут влиять и на временнуе разрешение электромагнитного калориметра на их основе. Выполненные расчёты показывают, что для кристаллов наблюдается значительное ухудшение временного разрешения калориметрических ячеек при величине поглощённой энергии менее 100 МэВ. Ограничение на временнуе разрешение в начальных фазах формирования ливня частиц может оказать влияние на постановку меток времени, основанную на фиксации времени прихода сцинтилляционных импульсов из отдельных слоёв гетерогенного калориметрического модуля.
На основе полученных результатов приводятся рекомендации по выбору сцинтилляторов для перспективных электромагнитных калориметров. Выполненные исследования позволили сделать вывод, что кристаллические соединения на основе иттрия и активированные церием будут демонстрировать наибольшую радиационную стойкость. Для подтверждения этой гипотезы была исследована радиационная стойкость иттрий-алюминиевого граната Y3Al5O12 (YAG).
Показано, что даже при уровне флюенса протонов 4,51014 см-2, что соответствует значению интегральной светимости ускорителя LHC более 3500 фб-1 для торцевых зон ECAL CMS при значении псевдобыстроты < 3,0, спектр оптического пропускания YAG практически не отличается от спектра пропускания до облучения протонами. Таким образом, можно утверждать, что YSO и YAG являются наиболее радиационно-стойкими сцинтилляционными материалами, удовлетворяющими условиям эксплуатации в области торцевых частей электромагнитного калориметра в эксперименте CMS на ускорителе LHC с увеличенной светимостью.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные результаты исследований состоят в следующем.
1. При облучении тяжёлых кристаллических соединений протонами высоких энергий наблюдается закономерность в изменении спектров пропускания кристаллов, проявляющаяся в сдвиге длинноволнового края полосы фундаментального поглощения в длинноволновую область спектра. Повреждение кристаллической решётки кристаллов при её облучении адронами высоких энергий происходит вследствие взаимодействия с лёгкими фрагментами ядер, а не с осколками, образованными в результате реакций деления. Установлено, что при повреждении протонами в кристалле образуются дефекты, идентичные ростовым дефектам, а также наблюдается повышенное содержание кластеров дефектов. Сравнение результатов деконволюции спектров наведенного поглощения при облучении протонами с энергией 24 ГэВ и 150 МэВ позволило заключить, что наблюдаемые изменения спектров идентичны. Закономерность подтверждена на основе исследований кристаллов PbWO4 (PWO), PbF2, Bi4Si3O12 (BSO) и Lu2SiO5 (LSO). В то же время -облучение, напротив, не приводит к сдвигу края полосы поглощения [1, 2, 3, 4, 5].
2. В сцинтилляционных кристаллах PWO при их повреждении потоками адронов, соответствующих уровню эксплуатации ускорителя LHC с высокой светимостью пучка, возникают эффекты, приводящие к нелинейности отклика и ухудшению характеристик калориметрических модулей. При значениях наведенного коэффициента поглощения 10 м-1 нелинейность отклика детекторной сборки увеличивается до 5% на границах диапазона энергий регистрируемых частиц 10-150 ГэВ, а при достижении уровня наведенного поглощения 20 м-1 нелинейность отклика увеличивается до 15%. Постоянный член энергетического разрешения калориметра увеличивается до 11% при наведенном поглощении 20 м-1, что значительно ухудшает энергетическое разрешение калориметра [12, 13].
3. При облучении оптическим излучением в области спектра 450-970 нм время восстановления оптического пропускания кристаллов вольфрамата свинца PWO, подвергшихся облучению ионизирующим излучением высокой интенсивности, составляет 150-700 минут, что почти на два порядка быстрее, чем в случае спонтанного восстановления оптического пропускания кристаллов PWO. Применение такого стимулированного восстановления оптического пропускания в комбинации с низкотемпературным отжигом кристаллов при температуре 50-75 °С может продлить срок службы электромагнитного калориметра CMS и сохранить его параметры в допустимых спецификацией пределах как при адроном, так и при -облучении [6].
4. Кристаллы LSО и Y2SiO5 (YSO), активированные церием, при облучении протонами с энергией 24 ГэВ с флюенсом до 3,61013 см-2 показывают высокую радиационную стойкость за счёт того, что их центры окраски локализованы в УФ-части спектра, а люминесценция - в жёлтой части. Однако кристаллы LSO показывают значительную по интенсивности наведенную фосфоресценцию после облучения протонами высоких энергий - при уровне мощности поглощённой дозы -излучения 0,15 Гр/ч скорость счёта фотонов фосфоресценции в LSO:Ce достигает 5106 см-3, в то время как у кристаллов YSO интенсивность фосфоресценции после облучения протонами значительно ниже, чем у LSO. Фосфоресценция и радиолюминесценция от наведенных радиоизотопов создают непрерывное оптическое излучение в детекторных модулях, дополнительно нагружая фотодетектор и уменьшая его динамический диапазон чувствительности. Формирование новых дефектов, приводящих к фосфоресценции, вместе с наработкой радиоактивных изотопов при облучении кристаллов адронами высоких энергий, являются ограничивающим фактором для использования сцинтилляторов с высоким эффективным зарядом соединения, большой плотностью и большим выходом сцинтилляций в качестве основы для гомогенных модулей электромагнитных калориметров на ускорителях высокой светимости [7, 8].
Рекомендации по практическому использованию результатов
Результаты, полученные в диссертации, могут быть использованы при конструировании аппаратуры и детекторных систем, работающих в условиях ионизирующего излучения высокой интенсивности, включающих адронную и электромагнитную компоненты; на ускорителях частиц с высокой светимостью пучка - в CERN (Швейцария) при модернизации экспериментальных установок на LHC, на экспериментальных установках ускорителя-накопителя FAIR (Германия), при проектировании экспериментальных установок для ускорителя FCC (Future Circular Collider); для космических аппаратов, работающих в условиях открытого космического пространства. Полученные результаты будут использованы для реализации научных исследований в рамках научных программ, реализуемых в Республике Беларусь, при создании учебных программ для студентов, обучающихся по программам подготовки специалистов в области ядерной физики. Полученные результаты могут использоваться для оценки повреждения материалов, используемых для радиационного контроля на АЭС и других ядерных и радиационных технологий.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СОИСКАТЕЛЯ
Статьи в рецензируемых научных журналах:
1. О радиационной стойкости оптических свойств сцинтилляционных кристаллов под действием высокоэнергетических протонов / М. В. Коржик, А. Е. Борисевич, В. И. Дорменев, В. А. Мечинский, О. В. Мисевич, А. А. Фёдоров // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. 2010. Т. 54, № 4. С. 5357.
2. Механизм радиационного повреждения тяжелых кристаллических прозрачных материалов протонами с энергией 24 ГэВ / А. Е. Борисевич, А. П. Войтович, М. В. Коржик, В. А. Мечинский, Н. Н. Науменко, А. В. Синьговский, А. А. Фёдоров // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. 2012. Т. 56, №.2 С. 4651.
3. Radiation damage of heavy crystalline detector materials by 24 GeV protons / A. Barysevich, V. Dormenev, A. Fedorov, M. Glaser, M. Kobayashi, M. Korjik, F. Maas, V. Mechinski, R. Rusack, A. Singovski, R. Zoueyski // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Sect. A: Accelerators Spectrometers Detectors and Assoc. Equipment. 2013. Vol. 701. P. 231234.
4. Radiation damage of LSO crystals under г-and 24 GeV protons irradiation / E. Auffray, A. Barysevich, A. Fedorov, M. Korjik, M. Koschan, M. Lucchini, V. Mechinski, C.L. Melcher, A. Voitovich // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Sect. A: Accelerators Spectrometers Detectors and Assoc. Equipment. 2013. Vol. 721. P. 7682.
5. Comparison of Radiation Damage Effects in PWO Crystals Under 150 MeV and 24 GeV High Fluence Proton Irradiation / V. Dormenev, M. Korjik, T. Kuske, V. Mechinski, R.W. Novotny // IEEE Trans. on Nuclear Science. 2014. Vol. 61. P. 501506.
6. Stimulation of Radiation Damage Recovery of Lead Tungstate Scintillation Crystals Operating in a High Dose-Rate Radiation Environment / A.E. Borisevitch, V.I. Dormenev, A.A. Fedorov, M.V. Korjik, T. Kuske, V.A. Mechinsky, O.V. Missevitch, R.W. Novotny, R. Rusack, A.V. Singovski // IEEE Trans. on Nuclear Science. 2013. Vol. 60. P. 13681372.
7. Radiation Damage of Oxy-Orthosilicate Scintillation Crystals Under Gamma and High Energy Proton Irradiation / E. Auffray, A. Fedorov, M. Korjik, M. Lucchini, V. Mechinski, N. Naumenko, A. Voitovich // IEEE Trans. on Nuclear Science. 2014. Vol. 61. P. 495-500.
8. Radiation damage effects in Y2SiO5:Ce scintillation crystals under г-quanta and 24 GeV protons / E. Auffray, A. Borisevitch, A. Gektin, Ia. Gerasymov, M. Korjik, D. Kozlov, D. Kurtsev, V. Mechinsky, O. Sidletskiy, R. Zoueyski // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Sect. A: Accelerators Spectrometers Detectors and Assoc. Equipment. 2015. Vol. 783. P. 117120.
9. Response of LYSO:Ce scintillation crystals to low energy gamma-rays / K. G. Afanaciev, A. M. Artikov, V. Yu. Baranov, M. A. Batouritski, J. A. Budagov, Yu. I. Davydov, R. M. Djilkibaev, I. F. Emeliantchik, A. A. Fedorov, V. V. Glagolev, M. V. Korzhik, D. Yu. Kozlov, V. A. Mechinsky, A. V. Simonenko, A. N. Shalyugin, V. V. Shevtsov, V. V. Tereschenko, Z. U. Usubov // Phys. of Particles and Nuclei Lett. 2015. Vol. 12. P. 319324.
10. Optical transmission radiation damage and recovery stimulation of DSB:Ce3+ inorganic scintillation material / A. Borisevich, V. Dormenev, M. Korjik, D. Kozlov, V. Mechinsky, R.W. Novotny // J. of Phys.: Conf. Ser. 2015. Vol. 587, № 012063. P. 16.
11. DSB:Ce3+ scintillation glass for future / E. Auffray, N. Akchurin, A. Benaglia, A. Borisevich, C. Cowden, J. Damgov, V. Dormenev, C. Dragoiu, P. Dudero, M. Korjik, D. Kozlov, S. Kunori, P. Lecoq, S.W. Lee, M. Lucchini, V. Mechinsky, K. Pauwels // J. of Phys.: Conf. Ser. 2015. Vol. 587, № 012062. P. 15.
12. Double side read-out technique for mitigation of radiation damage effects in PbWO4 crystals / M. T. Lucchini, E. Auffray, A. Benaglia, F. Cavallari, D. Cockerill, A. Dolgopolov, J. L. Faure, N. Golubev, P. R. Hobson, S. Jain, M. Korjik, V. Mechinski, A. Singovski, T. Tabarelli de Fatis, I. Tarasov, S. Zahid // J. of Instrumentation. 2016. Vol. 11, № P04021 P. 117.
13. Beam test evaluation of electromagnetic calorimeter modules made from proton-damaged PbWO4 crystals / T. Adams [et. al] // J. of Instrumentation. 2016. Vol. 11, № P04012 P. 126.
Статьи в сборниках научных трудов и материалов международных конференций:
14. The impact of proton induced radioactivity on the LSO:Ce, YSO:Ce scintillation detectors / E. Auffray, A. Fedorov, M. Korjik, D. Kozlov, M. Lucccini, V. Mechinski // IEEE NSS-MIC 2013 : proc. of the IEEE Nuclear Science Symposium International Conference, Seoul, Korea, 18-22 Nov. 2013. - Seoul, 2013. - N32-4.
Тезисы докладов и материалы конференций:
15. Dormenev, V. A Non-linear response of scintillation crystals heavy damaged under radiation / V. Mechinski, A. Fedorov, V. Dormenev, M. Korjik // Book of Abstracts of 10th International Conference of Inorganic Scintillators and Their Apllications (SCINT2011), Giessen, Germany, 12-16 Sept. 2011. Giessen, 2011. - P. O2.5.
16. Phosphorescence of 24Gev proton irradiated Lu2SiO5:Ce and Y2SiO5:Ce scintillation crystals / E. Auffray, A. Fedorov, M. Korjik, M. Luccini, V. Mechinski // Book of Abstracts of 12th International Conference of Inorganic Scintillators and Their Apllications (SCINT2013), Shanghai, China, 15-19 Apr. 2013. Shanghai, 2013. - P. P7.6.
17. E. Auffray. Radiation damage of Lu2SiO5:Ce and Y2SiO5:Ce scintillation crystals under г-quanta and energetic proton irradiation / E. Auffray, A. Fedorov, M. Korjik, M. Luccini, V. Mechinski, N. Naumenko, A. Voitovich // Book of Abstracts of 12th International Conference of Inorganic Scintillators and Their Apllications (SCINT2013), Shanghai, China, 15-19 Apr. 2013. Shanghai, 2013. - P. O1.8.
18. Электромагнитная калориметрия на основе сцинтилляторов вольфрамата свинца при различных температурах / В. А. Мечинский, Е. Ауффрей, А. Е. Борисевич, В. И. Дорменев, Д. Ю. Козлов, М. В. Коржик, А. А Фёдоров // Инженерия сцинтилляционных материалов и радиационные технологии ИСМАРТ`2014 : тез. четвёртой междунар. конф., Минск, 12-16 окт. 2014 г. / Белорус. гос. ун-т ; ред.: М. В. Коржик. Минск, 2014. С. 104-105.
РЕЗЮМЕ
Мечинский Виталий Александрович
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ НА ОСНОВЕ ТЯЖЕЛЫХ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ КРИСТАЛЛОВ В ПОЛЯХ ИНТЕНСИВНЫХ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Ключевые слова: сцинтилляционные кристаллы, радиационное поражение, оптическое пропускание, иттриевые ортосиликаты, лютециевые ортосиликаты, вольфрамат свинца.
Объект исследования: сцинтилляционные кристаллы вольфрамата свинца, лютециевых и иттриевых ортосиликатов и иттриевых гранатов.
Предмет исследования: динамика спектроскопических и сцинтилляционных характеристик кристаллов вольфрамата свинца, лютециевых и иттриевых ортосиликатов в условиях функционирования в интенсивных радиационных полях.
Цель диссертационной работы: определение влияния эффектов радиационного повреждения сцинтилляционных кристаллов, которые применяются и планируются к применению в электромагнитных калориметрах в условиях облучения гамма-излучением и протонами высоких энергий, на параметры детекторов каскадных ливней.
Полученные результаты и их новизна. Установлено, что при облучении кристаллов вольфрамата свинца протонами высоких энергий в его объёме образуются кластеры дефектов, значительно снижающие оптические характеристики сцинтилляционного кристалла. Наведенное оптическое поглощение приводит к ухудшению энергетического разрешения и возникновению нелинейности энергетической шкалы. Установлено, что значительно снизить уровень наведенного поглощения можно с использованием комбинированной стимуляции релаксации центров окраски при воздействия оптического излучения в диапазоне длин волн 400-900 нм и нагрева кристаллов до 75 С. Среди исследованных на радиационную стойкость сцинтилляторов наиболее стойкими являются активированные ионами Ce3+ соединения, имеющие плотность 4-6 г/см3 и содержащих химические элементы с атомными номерами меньшими 60.
Рекомендации по использованию. Полученные результаты могут быть использованы при конструировании аппаратуры и детекторных систем, работающих в условиях ионизирующего излучения высокой интенсивности, включающих адронную и электромагнитную компоненты.
Область применения: физика высоких энергий, детекторы ионизирующих излучений, космическая техника.
РЭЗЮМЕ
Мячынскi Вiталь Аляксандравiч
ЭЛЕКТРАМАГНIТНАЯ КАЛАРЫМЕТРЫЯ НА ПАДСТАВЕ ЦЯЖКIХ СЦЫНЦАЛЯЦЫЙНЫХ КРЫШТАЛЯЎ У ПАЛЯХ ІНТЭНСІЎНЫХ ІАНІЗУЮЧЫХ ВЫПРАМЕНЬВАННЯЎ
Ключавыя словы: сцынцыляцыйныя крышталі, радыяцыйнае пашкоджанне, аптычнае прапусканне, іттрыевыя ортасілікаты, лютэцыевыя ортасілікаты, вальфрамат свінцу.
Аб'ект даследавання: сцынцыляцыйныя крышталі вальфрамата свінцу, лютэцыевых і іттрыевых ортасілікатаў, іттрыевых гранатаў.
Прадмет даследавання: дынаміка спектраскапічных і сцынцыляцыйных характарыстык крышталяў вальфрамата свінцу, лютэцыевых і іттрыевых ортасілікатаў ва ўмовах функцыянавання ў інтэнсіўных радыяцыйных палях.
Мэта дысертацыйнай работы: вызначэнне ўплыву эфектаў радыяцыйнага пашкоджання сцынцыляцыйных крышталяў, якія ўжываюцца і плануюцца да ўжывання ў электрамагнітных каларыметрах ва ўмовах апраменьвання гама-выпраменьваннем і пратонамі высокіх энергій, на параметры дэтэктараў каскадных ліўняў.
Атрыманыя вынікі і іх навізна. Устаноўлена, што пры апрамяненні крышталяў вальфрамата свінцу пратонамі высокіх энергій ў яго аб'ёме ўтвараюцца кластары дэфектаў, значна зніжаючы аптычныя характарыстыкі сцынцыляцыйнага крышталя. Наведзянае аптычнае паглынанне прыводзіць да пагаршэння энергетычнага разрознення і ўзнікненню нелінейнасці энергетычнай шкалы. Устаноўлена, што значна знізіць ўзровень наведзянага паглынання можна з выкарыстаннем камбінаванай стымуляцыі рэлаксацыі цэнтраў афарбоўкі пры ўздзеянні аптычнага выпраменьвання ў дыяпазоне даўжынь хваль 400-900 нм і нагрэву крышталяў да 75 °С. Сярод даследаваных на радыяцыйную стойкасць сцынтылятараў найбольш устойлівымі з'яўляюцца актываваныя іёнамі Ce3+ злучэнні, якія маюць шчыльнасць 4-6 г/см3 і якія змяшчаюць хімічныя элементы з атамнымі нумарамі меншымі за 60.
Рэкамендацыі па выкарыстанні. Атрыманыя вынікі могуць быць выкарыстаны пры канструяванні апаратуры і дэтэктарных сістэм, якія працуюць ва ўмовах іанізуючага выпраменьвання высокай інтэнсіўнасці, якія ўключаюць адронную і электрамагнітную кампаненты.
Вобласць прымянення: фізіка высокіх энергій, дэтэктары іянізуючых выпраменьванняў, касмічная тэхніка.
ABSTRACT
Mechinsky Vitaly Aleksandrovich
ELECTROMAGNETIC CALORIMETRY BASED ON HEAVY SCINTILLATION CRYSTALS IN THE FIELDS OF INTENSE IONIZING RADIATIONS
Keywords: scintillation crystals, radiation damage, optical transmission, yttrium orto-silicates, lutetium orto-silicates, lead tungstate.
Object of investigation: scintillation crystals of lead tungstate, lutetium and yttrium ortho-silicates, yttrium garnets.
Subject of investigation: dynamics of spectroscopic and scintillation characteristics of lead tungstate, lutetium and yttrium ortho-silicates during operating in the intense radiation fields.
Objective of the thesis: determination of the radiation damage effects of scintillation crystals on the parameters of cascade showers detectors, which are used and are planned for use in the electromagnetic calorimeters under irradiation with gamma radiation and high-energy protons.
Results obtained and their novelty. It was found that irradiation of lead tungstate crystals by high-energy protons in its volume clusters of defects are formed, that significantly reduce the optical characteristics of the scintillation crystal. The induced optical absorption leads to deterioration of the energy resolution and the emergence of non-linearity of the energy scale. It is found that it is possible to significantly reduce of induced absorption level by combined the stimulation of color centers relaxation under the optical radiation in the wavelength range 400-900 nm and a crystal heating up to 75 °C. Among tested for radiation hardness scintillators the most resistant crystals is compounds activated by Ce3+ ions and having a density of 4,6 g/cm3, and containing the chemical elements with atomic numbers less than 60.
Recommendations for use. The obtained results can be used at еру construction of apparatus and detecting systems, that operates under the ionization irradiation with high intensity, included hadron and electromagnetic components.
Application field: high energy physics, ionization irradiation detectors, space technology.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Электрофизические свойства полупроводников. Структура полупроводниковых кристаллов. Элементы зонной теории твердого тела. Микроструктурные исследования влияния электронного облучения на электрофизические характеристики полупроводниковых приборов.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.09.2015Оптическое волокно, как среда передачи данных. Конструкция оптического волокна. Параметры оптических волокон: геометрические, оптические. Оптические волокна на основе фотонных кристаллов. Передача больших потоков информации на значительные расстояния.
реферат [182,9 K], добавлен 03.03.2004Особенности работы детекторов на основе щелочно-галоидных кристаллов для регистрации рентгеновского и мягкого гамма-излучения, пути ее оптимизации. Анализ методик, позволяющих значительно улучшить сцинтилляционные характеристики регистраторов излучений.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 16.12.2012Физико-химические и механические свойства кристаллов частично стабилизированного диоксида циркония. Конструкционное и триботехническое назначение кристаллов ЧСЦ; технология производства, основное и вспомогательное оборудование, приспособления и материалы.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 16.12.2012Применения МД для исследования пластической деформации кристаллов. Алгоритм интегрирования по времени. Начальное состояние для кристалла с дефектами. Уравнение для ширины ячейки моделирования. Моделирования пластической деформации ГПУ кристаллов.
дипломная работа [556,7 K], добавлен 07.12.2008Описание структуры и параметров активированных кристаллов. Характеристики полиэдров Вороного-Дирихле. Исследование структуры и расчет параметров Джадда-Офельта для активированных кристаллов. Изучение структуры шеелитов методом пересекающихся сфер.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 20.07.2015Характеристика трех методов рентгеноструктурного анализа. Роль метода Лауэ для изучения атомной структуры кристаллов. Использование метода вращения при определении атомной структуры кристаллов. Изучение поликристаллических материалов методом порошка.
реферат [777,4 K], добавлен 28.05.2010Получение и свойства рентгеновских лучей, виды их взаимодействия с веществом. Методы рентгеноструктурного анализа кристаллов, использование его результатов для определения координат атомов. Функциональная схема прибора, анализ расшифровки дифрактограмм.
курсовая работа [712,8 K], добавлен 18.05.2016Определение жидких кристаллов, их сущность, история открытия, свойства, особенности, классификация и направления использования. Характеристика классов термотропных жидких кристаллов. Трансляционные степени свободы колончатых фаз или "жидких нитей".
реферат [16,9 K], добавлен 28.12.2009Изучение процесса изготовления фотонных кристаллов как материалов, структура которых характеризуется периодическим изменением показателя преломления в пространственных направлениях. Методы получения: самопроизвольное формирование, травление, голография.
реферат [421,0 K], добавлен 26.01.2011
