Абсолютная калибровка детекторов в мягком рентгеновском диапазоне с использованием синхротронного излучения

• Автор: Николенко, Антон Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Радиометрия в мягком рентгеновском диапазоне
1.1. Применение СИ для радиометрических задач
1.2 СИ как эталонный источник
1.3. Эталонные детекторы
Выводы по Главе 1 и постановка задачи
Глава 2. Метрологические станции СИ в ИЯФ
2.1. Станция калибровки детекторов на накопителе ВЭПП-2М
2.2. Станция "Космос" на накопителе ВЭ
2.3. Сверхпроводящий болометр для измерения мощности СИ
Выводы по Главе
Глава 3. Разработка методик калибровки детекторов
3.1. Параметры детекторов, подлежащие калибровке
3.2. Расчет спектра синхротронного излучения на детекторе
3.3. Построение модели чувствительности фотодиода
3.4. Метод селективных фильтров
3.5. Метод эталонного детектора
3.6. Метод самокалибровки
3.7. Калибровка фотодиодов комбинированным методом
Выводы по главе
Глава 4. Реализация дополнительных методик
4.1. Калибровка селективных фильтров
4.2. Пространственная однородность чувствительности
4.3. Исследование радиационной стойкости фотодиодов
Заключение
Литература
Приложение
Приложение
Приложение
Введение
Оптическая радиометрия, как считается, ведет свое начало с теоретического подтверждения в 1883 году Людвигом Больцманом (Ludwig Boltzmann) закона зависимости излучения черного тела как четвертой степени температуры. Этот закон ранее был эмпирически найден Йозефом Стефаном (Joseph Stefan) в 1879 году. Вскоре после этого, в 1893 году К. Ю. Ангстрем (Knut Johann Angstrom) в 1893 году [1] и Ф. Курлбаум (Ferdinand Kurlbaum) в 1894 г [2]. предложили использовать для метрологических целей абсолютный радиометр с электрическим замещением мощности (ЭЗМ). Радиометр, построенный Курлбаумом, стал первой вполне удачной попыткой создания замены абсолютного первичного стандарта, которым на тот момент являлся источник единица силы света - амил-ацетатная лампа Гефнера (Heffner amyl acetate lamp). Таким образом, была создана замкнутая система радиометрических эталонов - черное тело, как эталонный источник излучения с хорошо рассчитываемыми параметрами с одной стороны, и радиометр с ЭЗМ, как неселективный измеритель мощности излучения - с другой. Такая система позволила обеспечить потребности калибровки различного рода детекторов в инфракрасной, видимой и ближней ультрафиолетовой областях - т.е. для длин волн А,=25-0.25 мкм (что соответствует энергиям фотонов от А,=0.05 - 5 эВ). Одним из признанных лидеров в разработке высокостабильных черных тел с рабочей температурой 2800-3500К считается российский институт В1ТИИОФИ (г. Москва) [3]. Продвижение в область более высоких энергий фотонов (область вакуумного ультрафиолетового, мягкого рентгеновского излучения и далее) было сопряжено с рядом технологических сложностей и потребовало новых подходов для реализации нового типа эталонного источника излучения. Такими источниками нового типа в настоящее время признаются

источники синхротронного излучения. Впервые на возможность использования излучения ультрарелятивистских пучков заряженных частиц для радиометрических задач указал Ю. Швингер (J. Schwinger) в 1949 году [4]. Главное преимущество источника синхротронного излучения - его высокая эквивалентная яркостная температура, которая составляет сотни тысяч градусов, что нереализуемо для моделей черного тела. Синхротронное излучение позволяет создать эталонный источник в коротковолновой области спектра, в частности в области жесткого мягкого рентгеновского (МР), длины волн А.=0.1-120 Ä, и вакуумного ультрафиолетового излучения (ВУФ), длины волн Х=120-1200 А. Источник СИ также отличают непрерывный спектр, высокая мощность, известные геометрические и поляризационные свойства. Сочетание всех перечисленных характеристик с возможностью точного их расчета делают СИ удобным инструментом для проведения широкого спектра метрологических измерений.
В настоящее время только три национальных метрологических центра в мире официально заявляют об использовании источников синхротронного излучения в качестве эталонов спектральной яркости. Это - NIST (США, накопитель SURF-III [5]), РТВ (Германия, накопители BASSY-II и MLS [6]) и ВГ1ИИОФИ (Россия, установка ТОРОЛЛЬ-П [7]). Установка ТРОЛЛЬ-П является компактным импульсным источником СИ и позволяет проводить радиометрические измерения в ультрафиолетовой области.
В ИЯФ СО РАН метрологические работы с использованием синхротронного излучения начали проводиться с 80-х годов прошлого столетия [8], [9], однако специализированных метрологических станций не существовало до конца 90-х годов. В настоящее время России, как и во всем мире, наблюдается устойчивый рост потребности в работах подобного рода. Наибольшим спросом среди потребителей пользуются

Орбита позитронов позволяла проводить работы с синхротронным излучением в "паразитном режиме", т.е. одновременно с работой накопителя на программу физики высоких энергий. Только небольшая часть экспериментов, связанная с точными измерениями, требовала высокой стабильности орбиты, и, как следствие, введения накопителя в специализированный режим работы источника синхротронного излучения, без встречного электронного пучка. Данные о конструкции канала и станции опубликованы в статье [8].
Компоновка и вакуумная система канала
Компоновка канала транспортировки СИ была выполнена в соответствии с разработками ИЯФ СОР АН, созданными при изготовлении сверхвысоковакуумных каналов СИ для строящегося специализированного источника СИ накопителя ТНК (г. Зеленоград) [118]. Компоновочная схема канала приведены на Рис. 13.
Рис. 13 Компоновка канала и станции на накопителе ВЭПП-2М