Руководитель группы
Тюрин Евгений Михайлович
Должность: ассистент
Степень: -
Звание: -
Состав группы:
  • Кадилин Владимир Валериевич
  • Ибрагимов Ренат Фаридович
  • Урупа Иван В.

Исследование полупроводниковых детекторов на основе кристаллических алмазных структур

Работа по данному научному направлению была начата на кафедре в 2011 году с работ, выполненных в рамках Федерально-целевых программ Министерства образования и науки Российской Федерации.

В рамках этих работ были:

  • проведены исследования возможностей построения детекторов ионизирующего излучения на основе перспективных кристаллических сцинтилляторов и полупроводниковых структур для диагностики физических процессов ядерно-энергетических установок на быстрых нейтронах, в частности одним из результатом данной работы стало исследование детекторов на основе алмазных чувствительных элементов (АЧЭ), что стало основой для дальнейшей активной работы в данном направлении.

  • рассмотрены перспективы применения детекторов на основе АЧЭ для регистрации импульсных нейтронных пучков ядерно-физических установок, в том числе нейтронных генераторов и рентгеновских аппаратов. Как результат работы - был изготовлен экспериментальный образец детектора.

На рисунке ниже представлен алмазный детектор, собранный в исполнении с BNC разъёмом.

Алмазный детектор

На протяжении более 5 лет наш коллектив, совместно с ООО «ПТЦ УралАлмазинвест»,  активно ведет работы по исследованию характеристик различных алмазных детекторов ионизирующих излучений, включая детекторы на основе монокристаллов и на основе ростовых кристаллов на CVD пленках. Наряду с этим мы проводим калибровку и паспортизацию детекторов.

Совместно с коллективом ООО «ПТЦ УралАлмазинвест», сотрудники научной группы в течении последних трех лет, принимают участие в разработке датчика радиационной обстановки спектрометра космического излучения, предназначенного для проведения мониторинга радиационной обстановки снаружи космического аппарата. Проводится отбор АЧЭ по характеристикам, испытания детекторов на предмет воздействия на них различных источников излучения, а также испытания собранного предполетного образца.

На рисунках представлены фотографии модели детектора и стенда, на котором специалисты проводят проверку датчика радиационной обстановки на основе алмазных детекторов. Датчик регистрирует различные виды частиц ионизирующего излучения, в том числе одновременно может отслеживать потоки бета-частиц с энергией от 0,1 до 5 МэВ, протоны с энергией от 10 до 500 МэВ и тяжелые заряженные частицы с линейной передачей энергии от 1 до 45 МэВ/(мг/см2) и своевременно сообщать об увеличении плотности потока того или иного вида излучения. При этом сам датчик  представляет собой пятиканальный детектор небольших размеров.

Стенд для испытания алмазных детекторов

В настоящее время, совместно с ООО «ПТЦ УралАлмазинвест» на базе оборудования кафедры проходят экспериментальные исследования разрабатываемых детекторов для регистрации тепловых нейтронов на основе тонкопленочных CVD алмазов, с различными вариациями радиаторов тепловых нейтронов (изотопы Li6, B10).

В период с 2013 по 2016 гг. в рамках выполнения договора между НИЯУ МИФИ и Троицким институтом инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ «ТРИНИТИ») коллектив научной группы выполнял работу по исследованию электрофизических характеристик алмазных пластин и детекторов ионизирующего излучения на их основе. Данная работа выполнялась в 5 этапов, на каждом из которых изучались характеристики различных чувствительных элементов на основе алмаза, в том числе были проведены: исследования влияния эффекта поляризации и методы устранения данного эффекта при работе с алмазными детекторами; исследована стабильность электрофизических характеристик опытных образцов алмазных пластин и алмазных детекторов ионизирующих излучений при воздействии повышенных температур; были исследованы монокристаллы алмазной пластины, синтезированный в СВЧ плазме, а также алмазные детекторы для регистрации нейтральных частиц; разработаны методики проведения испытаний.

Список оборудования

В настоящее время для проведения научно-исследовательский работ используется современное оборудования, в том числе для обработки сигналов от детектора используются: спектрометрические платы фирмы GreenStar (SBS-77), осциллографы фирмы Textronix, зарядочувствительные усилители фирмы GreenStar и Amptec, генераторы сигналов фирм Textronix и Актаком. Для питания блоков детектирования используются высоковольтные источники российской компании «Монтигора» и современные источники низковольтного напряжения. Также в нашем распоряжении имеется уникальный, собранный по индивидуальному заказу многомодульный крейт, которых имеет возможность решать сразу несколько задач, и включает в себя следующие блоки: высоковольтный источник питания (до 3кВ); генератор сигналов (длительность импульсов от 5 нс до 1000 нс, и амплитудой сигналов от 0,1 до 1,5 В); блок усилителя сигналов, встроенный счетчик сигналов.

В своей научно-исследовательский работе мы используем различные образцовые источники ионизирующего излучения, такие как ОСГИ, ОСАИ и ОРИБИ, также при необходимости имеется возможность использования нейтронных источников ионизирующего излучения.

Список научных работ

  • Investigation of the diamond based detectors characteristics with different thickness of the sensor element
  • Experimental checking results of mathematical modeling of the radiation environment sensor based on diamond detectors
  • Опыт применения алмазных детекторов для временного и спектрального мониторинга ионизирующих излучений
  • Исследование явления поляризации в алмазных детекторах ионизирующего излучения
  • Перспективы применения алмазных детекторов для регистрации заряженных частиц космического излучения
  • Детектор медленных нейтронов на основе тонкопленочного CVD-алмаза
  • Gamma sensitivity of single-crystal CVD diamond neutron detectors
  • Research of work stability of diamond detectors used in SCR DDIR
  • Selective detector of cosmic particles based on diamond sensitive elements