| Аннотация |
НИОКР направлен на разработку ключевых компонентов двухкоординатной системы регистрации тепловых нейтронов на основе позиционно-чувствительных счётчиков с газом-конвертером ³He. Такие системы востребованы в составе нейтронных спектрометров и дифрактометров, используемых в исследовательских реакторах и импульсных источниках нейтронов.
Проект является последовательным продолжением ранее реализованного НИОКР в рамках программы «СТАРТ-22-1» (очередь II) по договору № 4637ГС1/78294 от 04.08.2022, в ходе которого командой ООО «ДЕТЕКТРОН» был разработан и успешно испытан опытный образец зарядочувствительного предусилителя сигналов. Предусилитель отличается низкой диссипацией энергии, высокой временной стабильностью и малой задержкой, что позволяет его эксплуатацию в непосредственной близости от детекторных модулей, включая размещение в вакууме. Результаты первого этапа стали базой для проектирования следующего уровня — аппаратной платформы для пространственной обработки нейтронных событий.
В рамках НИОКР второго года (программа «СТАРТ-2») планируется разработка, изготовление, исследование и отладка опытного образца блока аппаратного анализа сигналов (вычислителя), который предназначен для определения координаты взаимодействия нейтронов на счётчике за счёт анализа амплитудных характеристик сигналов, поступающих с противоположных концов ПСД. Вычислитель будет реализован на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) и обеспечит высокоточную локализацию событий в реальном времени. Дополнительно будут разработаны алгоритмы предварительной цифровой обработки сигналов, адаптированные к характеристикам ПСД на основе газа ³He.
В результате реализации проекта будут достигнуты следующие технические улучшения по сравнению с существующими решениями:
- Увеличение скорости регистрации нейтронов с 10⁴ до 10⁵ нейтронов в секунду (на порядок выше);
- Повышение пространственного разрешения на не менее чем 30% (до уровня 1,5×2 мм²);
- Снижение стоимости электронной части (придетекторной и регистрирующей) не менее чем в 2 раза;
- Повышение предельной загрузки системы регистрации с 10 кГц до 100 кГц на канал при вероятности наложений не выше 10%;
- Снижение уровня фоновых искажений за счёт размещения предусилителей вблизи ПСД и оптимизации трассировки сигналов.
Ключевым технологическим отличием создаваемой системы является перепроектирование архитектуры регистрации и цифровой обработки сигналов, применение современной компонентной базы и оптимизация компоновки. Благодаря этому достигается устойчивое функционирование системы при высоких потоках нейтронов, в том числе в условиях, характерных для перспективных источников (реактор ПИК, ИБР-2, ИР-8).
Разрабатываемый вычислительный модуль также позволит существенно сократить объём передаваемой информации от детекторной части к управляющему ПК за счёт on-line цифровой фильтрации и анализа данных внутри ПЛИС. Это создаёт предпосылки для масштабирования архитектуры на многоканальные нейтронные детекторы.
Актуальность проекта обусловлена значительным ростом интереса к нейтронным методам в таких отраслях, как: материалы нового поколения, медицинские импланты и лекарства, сверхпрочные стали, энергетика, наноструктуры, нефтехимия и экология. Примеры включают разработку новых лекарств, наноструктурированных жидкостей, экологически чистых растворителей, а также диагностику дефектов в сложных конструкциях и инженерных материалах.
В Российской Федерации основными заказчиками в области нейтронной диагностики являются:
- НИЦ «Курчатовский институт» (реакторы ИР-8, ПИК);
- ПИЯФ (Гатчина, реактор ПИК, планируемые 25 новых установок);
- ОИЯИ (г. Дубна, ИБР-2) и другие.
Предполагается, что система, создаваемая в рамках проекта, может применяться как в новых установках, так и в процессе модернизации существующих. Кроме того, разрабатываемое решение имеет потенциал применения в составе детекторов рентгеновского и синхротронного излучения, а также в системах радиационного мониторинга и контроля.
По завершении проекта планируется вывод решения на рынок как коммерчески доступного модуля обработки сигналов для ПСД, обладающего преимуществами по стоимости, быстродействию и точности координатной реконструкции - это обеспечит не только удовлетворение текущих потребностей отечественных НИИ, но и экспортный потенциал в страны, не охваченные ограничениями на поставку западных решений.
|
