УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАДИАЦИОННОГО ЭКСПРЕСС-ОБЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ АВИАКОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПРОТОНАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИНХРОЦИКЛОТРОНА Российский патент 2020 года по МПК H05H7/10 

Изобретение относится к области ускорительной техники и к экспериментальной радиационной физике.

Предложено устройство для радиационного экспресс-облучения протонами в широком диапазоне их энергии различных изделий интегральной электронной техники (ИЭТ) авиа-космического назначения [1] (А.И. Чумаков. «Действие космической радиации на интегральные схемы», М. «Радио и связь», 2004); [2] (B.C. Анашин. «Отраслевая система мониторинга ионизирующих излучений космического пространства», Петербургский журнал электроники, №1, 2009, с. 57-62.), причем в качестве генератора протонов использован ускоритель заряженных частиц -синхроциклотрон [3] (Н.К. Абросимов, Г.Ф. Михеев «Радиотехнические системы синхроциклотрона Петербургского института ядерной физики», Гатчина, 2012 г.). (Под термином «экспресс-облучение» понимается способ автоматического последовательного (друг за другом) режима радиационного облучения большого количества образцов при одновременном варьировании параметрами протонного пучка для каждого из образцов облучения: энергией протонов, интенсивностью, флюэнсом, эмиттансом и т.п.).

Нормативные документы РФ и других стран предписывают проведение испытаний ИЭТ авиа-космического назначения в потоках протонов с энергетическим спектром, подобном атмосферному, простирающемуся от 0 до очень высоких энергий ~1000 МэВ. Поэтому единственными источниками таких больших энергий являются ускорители заряженных частиц. В РФ - это синхроциклотрон в Гатчине на энергию протонов 1000 МэВ [3]. (Отметим, что в США аналогичные испытания проводятся на линейном ускорителе с регулируемой энергией протонного пучка [4] (P.W. Lisowski, C.D. Bowman, Gn. Russell and Wender. "The Los Alamos National Laboratory Spallation Neutron Sourses". Nucl. Sei. and Engineering 106, 208. 1990). В РФ линейные ускорители на большие энергии отсутствуют.

Такое облучение стандартно проводится на внешнем, выведенном из синхроциклотрона протонном пучке, по оси которого располагается мишенное устройство, содержащее облучаемые образцы ИЭТ [5] (E. Ivanov, О. Shcherbakov, А. Vorobyev et all. "Proton and neutron test facilities at 1 GeV Synchrocyclotron of PNPI for radiation resistance testing of avionic and space electronics." II International Conference "Nuclear data for science and Technology", September 11-16, 2016, Bruges, Belgium).

Нами предложено устройство радиационного экспресс-облучения с использованием синхроциклотрона, в котором образцы облучения (мишени) размещаются не на внешнем выведенном протонном пучке после его ускорения дуантом, а внутри ускорительной вакуумной камеры синхроциклотрона и подвергаются облучению протонами непосредственно в процессе их ускорения дуантом. Такое расположение мишеней-образцов ИЭТ внутри вакуумной камеры обладает многими преимуществами: увеличением флюэнса, высокой моноэнергетичностью пучка, простотой регулировки энергии и др.

В качестве аналога укажем на устройство [6] (Н.Ф. Хахалин В.П. Шелейко. «Мишенное устройство», Авторское свидетельство №604509, Бюллетень №47. Приоритет 25.12.78.).

Устройство-аналог состоит из ускорителя заряженных частиц, внутри ускорительной вакуумной камеры которого располагаются облучаемые мишени. Имеется механизм для перемещения шток-рейки и каретки с исследуемыми мишенями, установленными в ячейках съемной кассеты. Имеется механизм для вертикального перемещения съемных мишеней из «рабочего» положения для облучения их пучком заряженных частиц в «нерабочее» для обработки и исследования полученных изотопов. Конструкция аналога обладает возможностью автоматизации процесса установки мишеней под пучок ускоренных частиц.

Устройство-аналог работает следующим образом. Облучаемые мишени устанавливаются в ячейки кассеты, кассету устанавливают в корпус в строго фиксированном положении на каретке. По сигналу с пульта управления ускорителя требуемая мишень устанавливается по оси пучка, а после облучения автоматически перемещается из рабочего положения в зону обработки и исследования радиоактивных мишеней.

Недостатком устройства-аналога является отсутствие оперативной регулировки энергии протонов в процессе облучения различных мишеней, а также то, что устройство-аналог не может быть непосредственно использовано на ускорителях типа синхроциклотрон без дополнительных устройств для разделения орбит. Действительно, в циклотронах расстояние между орбитами ускоряемых частиц 1-2 см, и между ними имеются свободные от частиц промежутки, т.е. орбиты разделены друг от друга. В синхроциклотронах же расстояние между орбитами 0,1-0,5 мм и при ширине пучка 2-5 см орбиты не разделены друг от друга.

В качестве прототипа выбрано устройство [7] (Е.М. Иванов Г.Ф. Михеев, С.А. Артамонов и др. Патент RU 2680151 «Устройство для радиационного облучения электроники авиа-космического назначения протонами с использованием синхроциклотрона». Приоритет 12.02.2018), реализованное на синхроциклотроне 1000 МэВ НИЦ КИ - ПИЯФ [3,5].

Устройство - прототип состоит из синхроциклотрона, электромагнитного тракта транспортировки протонного пучка, деградера, блока позиционирования мишеней в виде подвижной облучательной термокамеры с набором облучаемых объектов-мишеней, состоящих из образцов ИЭТ авиа-космического назначения, из блока тест-контроля ИЭТ и из аппаратно-программного комплекса работы устройства, подключенного к компьютеру.

Устройство - прототип работает следующим образом. Синхроциклотрон настраивается на штатный режим работы с максимально возможной энергией Е_max, пучок протонов выводится из ускорительной камеры и транспортируется при помощи электромагнитного тракта к месту установки блока позиционирования мишеней. В состав тракта транспортировки входит деградер [8] (Е.М. Иванов, Г.Ф. Михеев. B.C. Анашин. «Автоматизированный замедлитель протонного пучка синхроциклотрона - деградер». Патент на полезную модель №181147. Приоритет 30.03.2018), являющийся регулятором энергии протонного пучка. Аппаратно-программный комплекс с компьютером управляет работой всего устройства: настраивает режим работы тракта, устанавливает деградер на программно-заданную энергию протонного пучка, устанавливает на ось пучка один из образцов облучения, включает или выключает пучок и т.п.

Недостатком устройства-прототипа является неэффективное использование синхроциклотрона из-за облучения ИЭТ выведенным наружу из ускорительной камеры синхроциклотрона внешним протонным пучком вместо использования протонного пучка непосредственно внутри ускорительной камеры синхроциклотрона, обладающего для облучения ИЭТ более высокими параметрами и качеством при меньших энергозатратах на проведение самого облучения.

Задача изобретения - создание устройства для облучения ИЭТ на синхроциклотроне с сохранением преимуществ аналога - проведение облучения ИЭТ непосредственно внутри ускорительной камеры с использованием как известных, так и дополнительных узлов и элементов синхроциклотрона.

Технический результат заключается в реализации данной задачи, приводящей к улучшению параметров и качества протонного пучка для радиационного облучения ИЭТ и удешевлению процесса облучения.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для радиационного экспресс-облучения протонами электроники авиа-космического назначения с использованием синхроциклотрона, включающем дуант с фокусирующим электродом, вакуумный шлюз со штангой-пробником и механизмом для его перемещения вдоль радиуса синхроциклотрона, блок позиционирования с набором облучаемых образцов и с механизмом для их перемещения, блок тест-контроля облучаемых образцов и аппаратно-программный блок работы устройства с компьютером, новым является то, что блок позиционирования с набором облучаемых образцов электроники заключен в ферромагнитный экран и помещен внутрь вакуумной камеры синхроциклотрона на заземленную верхнюю пластину смонтированного на конце штанги-пробника электрического импульсного двухэлектродного дефлектора, нижняя пластина которого через полость внутри штанги-пробника соединена с выходом введенного высоковольтного импульсного генератора, подключенного к входу блока тест-контроля облучаемых мишеней, и введен блок синхронизации, один вход которого подключен к дуанту, второй к фокусирующему электроду, а выход через аппаратно-программный блок подключен к входу высоковольтного импульсного генератора.

Сущность предлагаемого устройства и его упрощенная конструктивная схема приведена на двух изображениях, где на Фиг. 1: а - вид на устройство сверху, б - вид сбоку.

1. Ускорительная вакуумная камера синхроциклотрона.

2. Дуант синхроциклотрона.

3. Устройство для вывода протонов из ускорительной вакуумной камеры

4. Фокусирующий электрод.

5. Штанга-пробник.

6. Электрический импульсный двухэлектродный дефлектор.

7. Блок позиционирования с набором облучаемых мишеней - образцов ИЭТ авиа-космического назначения.

8. Вакуумный шлюз.

9. Заслонка-шибер.

10. Высоковольтный импульсный генератор.

11. Аппаратно-программный блок (АПБ) работы устройства.

12. Компьютер.

13. Блок синхронизации работы АПБ 11 с дуантом 2 и с фокусирующим электродом 4.

14. Блок тест-контроля облучаемых мишеней - образцов ИЭТ.

15. Ускоряемый сгусток протонов в процессе его ускорения, находящийся на радиусе ускорения R(t) с энергией E(t).

16. Сгусток протонов, достигший радиуса R* и имеющий требуемую энергию Е*.

17. Орбита ускоряемого сгустка протонов на радиус R* с энергией Е*.

18. Максимально возможная орбита R_max с максимальной энергией сгустка протонов Е_max.

19. Облучаемая мишень - образец ИЭТ авиа-космического назначения.

20. Положение сгустка протонов, отклоненного дефлектором 6 на величину h при радиационном облучении образца ИЭТ 19 протонами с энергией Е*.

21. Съемный магнитный экран.

OO₁ - ось штанги-пробника 5, медианная плоскость синхроциклотрона.

OX, OY, OZ - оси координат.

R(t) - радиус сгустка при энергии протонов E(t).

R*, Е* - радиус и энергия протонов при облучении образца ИЭТ.

h - расстояние от медианной плоскости до центра расположения мишени (величина заброса протонов на мишень).

2_ΔZ - вертикальный размер сгустка.

2_ΔR - горизонтальный размер сгустка.

Δϕ - азимутальный размер сгустка.

ϕ - угловое положение сгустка 16 на орбите R*.

Предлагаемое устройство состоит из синхроциклотрона, между полюсами электромагнита которого находится ускорительная вакуумная камера 1. Внутри камеры 1 расположен дуант 2, ускоряющий протоны и устройство 3 для вывода протонов из камеры 1 наружу с энергией Е_max. (Так, для синхроциклотрона СЦ 1 ООО НИЦ КИ - ПИЯФ Е_max=1000 МэВ, R_max=3,5 м). В камере находится также фокусирующий электрод 4, предназначенный для формирования размеров сгустка протонов и регулировки его интенсивности [9] (Е.М. Иванов, Г.Ф. Михеев, А.С.Покровский, Г.А. Рябов. «Фокусирующее устройство синхроциклотрона». Патент на полезную модель №136669. Приоритет 27.06.2013). Внутрь камеры 1 может вдвигаться штанга-пробник 5, который является штатным оборудованием синхроциклотрона и предназначен для контроля за протонным пучком и для юстировки магнитного поля синхроциклотрона (механический привод пробника 5 на Фиг. 1 не показан). В ускорительной вакуумной камере 1 имеется вакуумный шлюз 8 для замены оборудования на конце штанги-пробника 5 без нарушения вакуума в самой ускорительной камере 1. На конце пробника 5 расположен электрический импульсный двухэлектродный дефлектор 6. Нижний электрод дефлектора 6 находится под высоковольтным потенциалом, а верхний под потенциалом земли. На верхнем электроде дефлектора 6 расположен блок позиционирования 7 с набором облучаемых образцов (мишеней) ИЭТ, при этом расстояние от центра облучаемого конца образца 19 до медианной плоскости OO₁ составляет величину h. Входящие в набор образцы ИЭТ могут также автоматически перемещаться вдоль оси пробника OO₁ для установки на радиус R* образцов ИЭТ для их поочередного облучения пучком протонов. На Фиг. 1 показано, что на орбиту R* установлен образец 19 для облучения его протонами с энергией Е* (механизм для авто-передвижения образцов ИЭТ и их позиционирования относительно радиуса R* на Фиг. 1 не показан). Блок позиционирования 7 окружен экраном 21 из ферро-магнитного материала. В экране имеется окно для прохождения сгустка протонов 16 к облучаемому образцу 19. Ускорительная вакуумная камера 1 имеет вакуумный шлюз 8 с заслонкой 9, предназначенный для ревизии и смены оборудования, находящегося на конце штанги-пробника 5. В предлагаемом устройстве также использована радиоаппаратура: 10 - высоковольтный импульсный генератор, подключенный к нижней пластине электрического импульсного двухэлектродного дефлектора 6; 11 - аппаратно-программный блок работы устройства (АПБ) с компьютером 12; 13 - блок синхронизации работы АПБ 11 с дуантом 3 и с фокусирующим устройством 4 и блок тест-контроля 14 для облучаемых образцов ИЭТ. (Электрическая проводная связь элементов, находящихся на конце пробника 5, с радиоаппаратурой, находящейся вне вакуумной камеры 1, осуществляется внутри полой штанги-пробника 5 и вакуумирована).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Облучаемые образцы ИЭТ располагаются в блоке позиционирования 7, а сам блок 7 располагается на верхней заземленной пластине дефлектора 6, находящегося на конце пробника 5. Пробник 5 через шлюз 8 и заслонку 9 вводится внутрь камеры 1 синхроциклотрона. В зависимости от программно заданной энергии облучения Е* пробник 5 автоматически устанавливается на нужный радиус R*, а программно выбранный для облучения образец ИЭТ 19 занял положение по оси окна экрана 21.

Поясним принцип облучения образца ИЭТ 19, расположенного на расстоянии h выше медианной плоскости OO₁ протонным пучком - сгустком 16, который вращается в медианной плоскости OO₁ Фиг. 1б. Известно [10] (А.Н. Лебедев и др. «Основы физики и техники ускорителей». М., Энергоатомиздат, 1991 г.), что ускоряемые в синхроциклотроне протоны скомпонованы в виде сгустка 15, который, ускоряясь дуантом 2, движется по раскручивающейся спирали, увеличивая радиус R(t) и энергию E(t) до максимально возможных значений R_max, E_max (так, например, для СЦ-1000 НИЦ КИ - ПИЯФ: R_max=3,5 м; E_max=1000 МэВ; радиальный размер сгустка 15: 2ΔR≈5-10 см; вертикальный 2ΔZ≈2-3 см; азимутальный Δϕ=30°-60°.) Размеры сгустка формируются в центре ускорителя О в процессе захвата протонов в режим ускорения (сепаратрису) и могут регулироваться в системе фокусирующего электрода 4 известным способом [9]. Важно отметить, что шаг увеличения радиуса δR спирали за один оборот определяется соотношением где U_D напряжение на дуанте и для ускорителей типа синхроциклотрон величина прироста радиуса δR составляет доли миллиметра из-за малого прироста энергии протоном за оборот, т.е. прирост радиуса орбиты за оборот δR меньше радиального (горизонтального) размера 2ΔR сгустка 15 или 16. Таким образом, в синхроциклотронах (в отличии, например, от ускорителей типа циклотрон) отсутствует разделение орбит ускоряемых частиц. Эта особенность обуславливает принципиальные ограничения на возможность прямого облучения любых мишеней, находящихся внутри камеры синхроциклотрона по всей фронтальной плоскости мишени. Действительно, при расположении мишени в медианной плоскости на любом радиусе R ускоряемый пучок 15 относительно медленно «наезжает» на мишень, увеличивая радиус R на величину δR за каждый оборот. Таким образом, область взаимодействия пучка с мишенью ограничена шагом спирали δR<0.1 мм, и поэтому облучению (взаимодействию пучка с мишенью) подвергается не вся ее фронтальная площадь, а только передняя кромка мишени размером меньше 0,1 мм (аналогично - в случае расположения мишени выше медианной плоскости и сброса на нее протонов методом резонансной раскачки по вертикали известным способом [11] (Н.К. Абросимов, А.В. Куликов, Г.Ф. Михеев. «Способ формирования импульса вторичных частиц на внутренних мишенях синхроциклотрона». Авт. свид. №997593, 4.04.81) облучению протонами подвергается также не вся фронтальная площадь мишени, а только ее нижняя кромка размером меньше 0.1 мм). Таким образом, облучение любой мишени, расположенной внутри ускорительной вакуумной камеры в синхроциклотроне, по всей ее фронтальной площади, в принципе, невозможно без использования дополнительных приспособлений.

Нами предложено устройство, позволяющее осуществить разделение орбит и облучать протонами мишень, находящуюся внутри камеры 1 синхроциклотрона по всей ее фронтальной площади. Для этого использовано дополнительное оборудование -электрический импульсный двухэлектродный дефлектор 6, с помощью которого осуществляется разделение орбит пучка путем заброса сгустка протонов 16 на мишень 19 по вертикали на величину h. Такой заброс осуществляется следующим образом. В нужный момент времени (когда ускоряемый сгусток протонов имеет заданную энергию Е* и находится на радиусе R*, а также имеет нужное угловое положение ϕ относительно положения образца 19), на нижний электрод дефлектора 6 подается высоковольтный импульс положительной полярности от высоковольтного импульсного генератора 10. Под действием электрического поля дефлектора 6 сгусток протонов 16 получает импульс отклонения в вертикальном направлении и через один оборот своего движения по радиусу R* отклоняется по вертикали на величину h и попадает фронтально на облучаемую мишень - образец ИЭТ 19.

Для заброса сгустка протонов 16 на мишень 19 на расстояние h требуется определенной величины U амплитуда импульса на дефлекторе 6. Можно показать [4], что

U(kВ) - амплитуда положительного импульса напряжения на нижней пластине дефлектора,

h(см) - расстояние от медианной плоскости 001 до центра облучаемой мишени 19,

d(см) - расстояние между пластинами дефлектора 6,

E*(ГэВ) - энергия облучения протонов,

E₀=0.938 ГэВ - энергия покоя протона,

R*(см) - радиус положения мишени,

k(α, n*)>1 - коэффициент, учитывающий угловой размер дефлектора и фокусирующую силу вертикальной магнитной фокусировки, препятствующей действию электрической силы дефлектора,

α- угловой размер дефлектора,

n* - показатель спада магнитного поля на радиусе R*.

Высоковольтный импульсный генератор 10 вырабатывает импульсы напряжения U амплитудой 20÷200 кВ. Момент подачи импульса на дефлектор 6 синхронизирован с положением ускоряемого сгустка 16 по радиусу R*(E*) и угловому расположению его ϕ в камере СЦ. Момент нахождения сгустка на радиусе R* определяется по измерению ускоряющей частоты дуанта f_D(R), а угол ϕ по его фазе известным способом [3]. Для этого дуант 2 связан с блоком синхронизации 13 и через блок АПБ 11 связан со входом высоковольтного импульсного генератора 10. Размеры сгустка по вертикали 2ΔZ и по радиусу 2ΔR регулируются в блоке фокусирующего устройства 4 известным способом [11], а величина интенсивности протонного пучка измеряется одним из известных способов: [12] (В.Д. Москалев, Г.И. Сергеев «Измерение параметров пучков заряженных частиц». Энергоатомиздат, 1981 г.).

Аппаратно-программный блок (АПБ) 11 совместно с компьютером 12 программно осуществляет работу всего устройства: передвигает и устанавливает на радиусе R пробник 5, устанавливает программно выбранный образец ИЭТ 19, включает в нужный момент по сигналу синхронизации от блока 13 через блок АПБ 11 высоковольтный импульсный генератор 10. После окончания облучения образца ИЭТ 19, устройство автоматически устанавливает следующий образец ИЭТ и задает необходимые для его облучения параметры протонного пучка при помощи блоков АПБ 11 и компьютера 12. Для экранировки облучаемых образцов ИЭТ 19 от магнитного поля синхроциклотрона, если это требуется по условиям эксперимента, устанавливается экран 21. Контроль за параметрами облучаемых образцов проводится в блоке тест-контроля 14, который для синхронизации подсоединен к аппаратно-программному блоку работы устройства 11 и дополнительно - к высоковольтному импульсному генератору 10.

Отметим положительные характеристики и преимущества предлагаемого устройства в отличие от прототипа.

1. В предлагаемом устройстве энергозатраты на проведение облучения почти в два раза меньше, чем в прототипе, меньше и стоимость единицы времени облучения ИЭТ авиакосмического назначения. Действительно:

- в предлагаемом устройстве в отличие от прототипа отсутствуют энергозатратные сложные элементы тракта транспортировки пучка (магниты, коллиматоры, блоки электропитания и т.п.), необходимые в прототипе для формирования и транспортировки выведенного пучка от выводного окна протонов до мишени, и отсутствуют радиационно-опасные элементы (деградер, магнитный тракт), требующие специальных мер обслуживания из-за наведенной в них радиоактивности и приводящие к увеличению себестоимости часа эксплуатации устройства.

- в предлагаемом устройстве регулировка энергии осуществляется не деградером, а путем передвижения штанги-пробника, так как только положение образца на пробнике по радиусу определяет величину энергии протонного пучка.

2. В предлагаемом устройстве величина интенсивности и качество протонного пучка существенно выше, чем в прототипе. Действительно, величина интенсивности и, следовательно, флюэнса, в предлагаемом устройстве в 10÷10³ раза больше (в зависимости от энергии облучения Е*), чем в прототипе, в котором имеются неизбежные потери интенсивности в выводном устройстве 3 при выводе протонов из камеры 1 [13] (Н.К. Абросимов и др. «Вывод протонного пучка синхроциклотрона ФТИ АН СССР на энергию 1 ГэВ». Труды II Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, М., 11-18 ноября 1970 г., М., 1972, т. II, с. 182-184) и потери при прохождении протонами деградера и тракта транспортировки [14] (С.А. Артамонов, Е.М. Иванов, Н.А. Иванов и др. «Расчет и оптимизация пучков протонов переменной энергии 60÷1000 МэВ на синхроциклотроне ПИЯФ для испытаний радиационной стойкости электроники». Письма в ЭЧАЯ, 2017, т. 14, №1 (206), с. 144-163).

В предлагаемом устройстве моноэнергетичность протонного пучка существенно лучше (на несколько порядков), чем у прототипа. Действительно в предлагаемом устройстве дисперсия определяется разбросом энергии протонов δE_S в сепаратрисе ускоряемого сгустка [10] и не зависит от энергии облучения мишени Е*. (Для СЦ-1000 НИЦ КИ - ПИЯФ В прототипе же выведенный пучок протонов уже имеет разброс энергии 1-2% [3], дисперсия энергии которого дополнительно увеличивается при его замедлении в деградере и после прохождения магнитного тракта транспортировки возрастает до величины ≈15%) [13].

В предлагаемом устройстве облучение образцов ИЭТ происходит только протонами без примеси других частиц. В прототипе же при прохождении пучка протонов через деградер, коллиматоры и тракт транспортировки рождаются побочные вторичные частицы (мезоны, электроны, нейтроны и др.) и для их очистки применяются дополнительные способы и устройства [14].

В предлагаемом устройстве реализована высокая точность и простата регулировки энергии Е* протонов для облучения ИЭТ, которая определяется точностью установки образца ИЭТ на радиусе R*. Так например, при точности установки в 0,1 мм пробника 5 по радиусу R* точность энергии облучения протонами составляет для СЦ 1000 МэВ НИЦ КИ - ПИЯФ ~50 кэВ. В прототипе же регулировка энергии производится деградером и зависит от длины поглотителя, а также от метода и точности расчета ионизационных потерь при торможении протонов в веществе поглотителя, которое по данным работы [14] составляет 10%÷15%.

Все перечисленные преимущества выгодно отличают предлагаемое устройство от прототипа.

Конструктивное решение всех связей и блоков известно из технической литературы и может быть выполнено, например, с применением стандарта КАМАК, который широко используется в технике проведения экспериментов на ускорителях, а вся система управления предложенным устройством представляет собой многоуровневую АСУ [15] (Ю.Ф. Певчев, К.Г. Финогенов. «Автоматизация физического эксперимента», М. Энергоиздат, 1986).

Таким образом, по своему функциональному назначению и по существу предлагаемое устройство является полностью автоматизированным испытательным стендом для радиационного экспресс облучения различных мишеней, например, изделий интегральной техники авиа-космического назначения на протонном пучке синхроциклотрона, и его преимущества выгодно отличают его от прототипа и всех известных аналогичных ему устройств.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания первого в РФ центра по радиационному экспресс - облучению и испытанию надежности авиационно-космической электроники, работающей в жестких условиях космоса.

Предлагаемое устройство частично прошло испытания на синхроциклотроне СЦ-1000, который является базовой установкой в НИЦ КИ - ПИЯФ, проведено макетирование отдельных частей предлагаемого устройства для последующего введения его в эксплуатацию.

Источники информации

[1] А.И. Чумаков. «Действие космической радиации на интегральные схемы», М. «Радио и связь», 2004.

[2] B.C. Анашин. «Отраслевая система мониторинга ионизирующих излучений космического пространства». Петербургский журнал электроники, №1, 2009, с. 57-62.

[3] Н.К. Абросимов, Г.Ф. Михеев «Радиотехнические системы синхроциклотрона Петербургского института ядерной физики», Гатчина, 2012 г.

[4] P.W. Lisowski, C.D. Bowman, Gn.Russell and Wender. "The Los Alamos National Laboratory Spallation Neutron Sourses". Nucl.Sei.and Engineering 106, 208 (1990).

[5] E. Ivanov, O. Shcherbakov, A. Vorobyev et all. "Proton and neutron test facilities at 1 GeV Synchrocyclotron of PNPI for radiation resistance testing of avionic and space electronics." II International Conference "Nuclear data for science and Technology", September 11-16, 2016, Bruges, Belgium.

[6] Аналог. Н.Ф. Хахалин, В.П. Шелейко. «Мишенное устройство», Авторское свидетельство №604509, Бюллетень №47. Приоритет 25.12.78.

[7] Прототип. Е.М. Иванов, Г.Ф. Михеев, С.А. Артамонов и др. Патент RU 2680151 С1 «Устройство для радиационного облучения электроники авиа-космического назначения протонами с использованием синхроциклотрона». (Приоритет 12.02.2018).

[8] Е.М. Иванов, Г.Ф. Михеев. B.C. Анашин. «Автоматизированный замедлитель протонного пучка синхроциклотрона - деградер». Патент на полезную модель №181147. (Приоритет 30.03.2018).

[9] Е.М. Иванов, Г.Ф. Михеев, А.С. Покровский, Г.А. Рябов. «Фокусирующее устройство синхроциклотрона». Патент на полезную модель №136669 (Приоритет 27.06.2013).

[10] А.Н. Лебедев и др. «Основы физики и техники ускорителей». М., Энергоатомиздат, 1991 г.

[11] Н.К. Абросимов, А.В. Куликов, Г.Ф. Михеев «Способ формирования импульса вторичных частиц на внутренних мишенях синхроциклотрона». Авт. свид. №997593, 4.04.81.

[12] В.Д. Москалев, Г.И. Сергеев «Измерение параметров пучков заряженных частиц». Энергоатомиздат, 1981 г.

[13] Н.К. Абросимов и др. «Вывод протонного пучка синхроциклотрона ФТИ АН СССР на энергию 1 ГэВ». Труды II Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, М., 11-18 ноября 1970 г., М., 1972, т. II, с. 182-184.

[14] С.А. Артамонов, Е.М. Иванов, Н.А. Иванов и др. «Расчет и оптимизация пучков протонов переменной энергии 60÷1000 МэВ на синхроциклотроне ПИЯФ для испытаний радиационной стойкости электроники». Письма в ЭЧАЯ, 2017, т. 14, №1 (206), с. 144-163.

[15] Ю.Ф. Певчев, К.Г. Финогенов. «Автоматизация физического эксперимента». М. Энергоиздат, 1986.

Изобретение относится к области ускорительной техники. Устройство для облучения протонами электроники, располагаемой внутри ускорительной камеры синхроциклотрона, блок позиционирования с образцами электроники размещается внутри ускорительной камеры выше медианной плоскости ускорителя на конце штанги-пробника, перемещающегося по радиусу. Разделение орбит и облучение образцов по всей их фронтальной плоскости осуществляется способом вертикального заброса ускоряемого сгустка (банча) протонов на облучаемый образец при помощи высоковольтного двухэлектродного электростатического дефлектора, смонтированного также на конце штанги-пробника. Для синхронизации момента включения высоковольтного импульсного генератора с радиально-азимутальным положением сгустка ускоряемых протонов введена обратная связь генератора с фокусирующим электродом и дуантом. Технический результат - улучшение параметров и качества протонного пучка для радиационного облучения исследуемых мишеней. 2 ил.

.

Устройство для радиационного экспресс-облучения протонами электроники авиакосмического назначения с использованием синхроциклотрона, включающее дуант с фокусирующим электродом, вакуумный шлюз со штангой-пробником и механизмом для его перемещения вдоль радиуса синхроциклотрона, блок позиционирования с набором облучаемых образцов и с механизмом для их перемещения, блок тест-контроля облучаемых образцов и аппаратно-программный блок работы устройства с компьютером, отличающееся тем, что блок позиционирования с набором облучаемых образцов электроники заключен в ферромагнитный экран и помещен внутрь вакуумной камеры синхроциклотрона на заземленную верхнюю пластину смонтированного на конце штанги-пробника электрического импульсного двухэлектродного дефлектора, нижняя пластина которого через полость внутри штанги-пробника соединена с выходом введенного высоковольтного импульсного генератора, подключенного к входу блока тест-контроля облучаемых мишеней, и введен блок синхронизации, один вход которого подключен к дуанту, второй к фокусирующему электроду, а выход через аппаратно-программный блок подключен к входу высоковольтного импульсного генератора.