Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание научно-технической базы для ВУФ-спектроскопии твердых тел в масштабе коротких времен на современных накопителях и лазерах на свободных электронах

Докладчик: Каменских Ирина Александровна

Должность: доцент

Цель проекта:
Возрождение вакуумной ультрафиолетовой спектроскопии новых функциональных материалов с применением синхротронного излучения в России путем модернизации установки Локус на канале накопителя Сибирь-1 в НИЦ "Курчатовский институт" и проведения подготовительных работ для перенесения ее на накопитель Сибирь-2; формирование сообщества потенциальных пользователей, а также воссоздание установки Superlumi с расширенными возможностями для измерений с пикосекундным временным разрешением на канале P66 накопителя PETRA III в немецком центре синхротронного излучения DESY и интеграция российских исследователей в высокотехнологичную среду европейского исследовательского центра

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения российской части проекта, на канале синхротронного излучения (СИ) накопителя «Сибирь-1» будет создана современная станция для ВУФ спектроскопии твердого тела «Локус», которая позволит проводить актуальные исследования в области физики твердого тела, в частности, по поиску и исследованию новых сцинтилляторов и люминофоров, наноструктурированных материалов. Спектральная рабочая область первичного монохроматора будет расширена до 30 эВ, расширен диапазон температур для исследуемых образцов (10-500 К), а также исследована возможность вторичный монохроматизации и проведения измерений с наносекундным временным разрешением. Планируется, что станция «Локус» начнет регулярную работу с 2015 г. (в неокончательной конфигурации), т.е. можно ожидать, что уже в ближайшее время на этой станции будут получены новые экспериментальные результаты.
Необходимо отметить, что после остановки ускорителя DORIS в Германии и временного закрытия станции Superlumi в мире не осталось работающих стационарных установок для ВУФ спектроскопии твердого тела на пучках СИ. Поэтому до введения в эксплуатацию на новом канале ускорителя PETRA модернизированной Superlumi (ориентировочно, в конце 2016 года) единственной, а поэтому уникальной установкой для такого рода исследований будет являться (с 2015 года) станция «Локус» на Курчатовском источнике СИ. Это обстоятельство должно привести к появлению довольно большого числа пользователей станции «Локус» и способствовать приданию этой станции статуса Центра коллективного пользования и, возможно, статуса одного из международных центров по ВУФ спектроскопии твердого тела.
Основным результатом выполнения немецкой части проекта будет перенос на один из каналов СИ накопителя PETRA и ввод в эксплуатацию модернизированной установки Superlumi – станции для разрешенной во времени ВУФ спектроскопии твердого тела. На новом месте установка Superlumi сохранит свои основные параметры, однако, благодаря более короткой длительности импульса СИ на накопителе PETRA (70 пс), чем на DORIS (120 пс), на новом канале может быть получено более высокое временное разрешение. Благодаря планируемой модернизации установки Superlumi будут расширены ее экспериментальные возможности: появится возможность одновременного облучения образцов монохроматизированным СИ и пучком лазера для экспериментов по скрещенной («двухцветной») спектроскопии или дополнительной подсветки образца лазерным излучением после облучения СИ - для экспериментов по фотостимуляции. Будет также реализована методика pump-probe.
Участие российской стороны на всех стадиях работы по переносу и модернизации установки Superlumi позволит накопить большой опыт работы с техникой разрешенной во времени ВУФ спектроскопии и в дальнейшем иметь преимущественный доступ российским ученым к этой уникальной установке. Параллельная работа по модернизации российской и немецкой станций ВУФ спектроскопии поможет оснастить обе станции аналогичным современным оборудованием и будет способствовать более тесному российско-немецкому научному сотрудничеству.
Таким образом, реализация предложенного проекта обеспечит достижение мирового уровня исследований и разработок в области разрешенной во времени ВУФ спектроскопии твердого тела, тем самым повышая конкурентоспособность российской науки на ряде направлений, определенных национальными научно- технологическими приоритетами. Будут получены качественно новые результаты в области фундаментальной физики, а также в разработке детектирующей аппаратуры и радиационно-стойких материалов, систем безопасности, спектральных преобразователей, новых оптически активных материалов. Запланированные исследования должны привести также к росту патентной и публикационной активности российских ученых, к увеличению доли российских научных работ в общемировом количестве публикаций в научных журналах (индексируемых в базе данных WEB of Science). Ожидается также рост числа эффективных и результативных научных коллективов, работающих в данной области, улучшение качественного состава научных организаций, вовлечение молодежи в исследования и разработки, расширение возможностей профессиональной самореализации молодых специалистов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В результате выполнения проекта на пучке СИ накопителя «Сибирь» будет создана современная станция для ВУФ спектроскопии с временным разрешением, которая обеспечит возможность для российских ученых проводить актуальные исследования в области физики твердого тела, используя отечественную аппаратуру. Кроме того, участие российской стороны в работе по переносу и модернизации установки Superlumi позволит получить доступ российским ученым к этой уникальной установке, то есть предоставит возможность российским ученым проводить исследования по ВУФ спектроскопии твердого тела на самом высоком мировом уровне.
Предполагается, что уже с 2015 года начнутся регулярные исследования на станции ВУФ спектроскопии
«Локус» на накопительном кольце «Сибирь». Поэтому можно ожидать, что уже в ближайшие годы будут получены новые результаты, в частности, по выявлению особенностей физических процессов, ответственных за световыход, временное разрешение, непропорциональность выхода в сцинтилляторах различных классов. Это позволит дать рекомендации по выбору наиболее подходящих известных сцинтилляторов и возможным составам новых сцинтилляторов для конкретных применений, например, в проектируемых в настоящее время томографах с высоким пространственным разрешением, использующих времяпролетную технику для точного определения места испускания электрон-позитронной пары, и детекторов с более высоким временным разрешением, необходимых для проведения новых экспериментов по физике высоких энергий на суперколлайдере в ЦЕРНе после повышения на порядок его светимости и,соответственно, существенного увеличения скорости счета.
Предполагается, что результаты исследований процессов, происходящих при взаимодействии ВУФ излучения с нанокристаллическими образцами различных сцинтилляционных материалов, позволят предложить новые составы и оптимальные размеры частиц для создания эффективных керамических и композитных сцинтилляторов, которые, в свою очередь, будут востребованы для создания сцинтилляционных детекторов ионизирующего излучения в различных применениях. Данные исследования имеют перспективу в части патентоспособности и вновь создаваемой интеллектуальной собственности. Можно ожидать, что в случае успешной разработки нового эффективного и относительно дешевого керамического или композитного сцинтиллятора потребность в таких сцинтилляторах будет составлять многие тонны, прежде всего для приборов медицинской диагностики (томографов) и систем безопасности.
Поиск и исследования новых эффективных ВУФ люминофоров для плазменных дисплеев и светодиодов также имеют хорошую перспективу по линии патентоспособности, хотя здесь необходимо отметить, что разработкой люминофоров такого типа занимаются многие известные фирмы, и конкуренция здесь очень высока.

Текущие результаты проекта:
1. Проводится закупка оборудования для модернизации станции Локус и создания лабораторных установок для предварительной характеризации образцов.
2. Проводится конструкторская разработка камеры образцов для станций Локус и Superlumi.
3. Проводятся теоретические исследования взаимодействия электронных возбуждений в кластерах возбуждений, создаваемых вакуумным ультрафиолетовым излучением.
4. Создается аналитический обзор по поляризационным измерениям с целью их последующего внедрения на модернизируемых станциях.