Мюонні детектуючі системи установок CDF II (FNAL) і ATLAS (CERN)

Дисертація присвячена вирішенню проблеми збільшення набору експе- риментальних даних при реєстрації топ-кварка на установках CDF II і ATLAS, дослідженню мюонних детектуючих систем тригера 1-го рівня. Аксептанс установки CDF II був збільшен за рахунок системи мюонних лічильників нового покоління. Проведено прецизійні дослідження параметрів детекторів за допомогою нової методики калібрування фотоприймачів і реальної моделі спектра ФЕП/SiPM. Експериментально показана (на SPS) можливість реєстрації мюонів в HCAL ATLAS і використання мюонів в тригері топ-кварків. Вперше експериментально виміряні втрати мюонів в області енергій 1÷150 ГеВ. Виконано програму дослідження радіаційної стійкості сцинтиляторів і різних конструкцій мюонних детекторів для коллайдеров SSC, Tevatron, LHC, ILC.Kovtun V.E. The CDF II (FNAL) and the ATLAS (CERN) muon detecting system. - The manuscript. Thesis for the degree of candidate of physical and mathematical sciences on a specialty 01.04.16 - physics of nuclei, elementary particles and high energies. V.N. Karazin Kharkіv National University, Kharkiv, 2017. The thesis is devoted to solving the problem of increasing the top-quark experimental data on the CDF II and ATLAS, and the investigation of the muon detection systems. The CDF II acceptance is increased due to the system of muon counters of the new generation. Precision investigations of the detector parameters were carried out using a new method calibration ph.e. and the real model of the FEU/SiPM. It has been shown experimentally (at SPS) the possibility of recording muons in HCAL ATLAS and using of such muons in the top-quark trigger. At the first time the muon losses in the energy range 1 ÷ 150 GeV have been experimentally measured. A program for studying the radiation resistance of scintillators and various designs of muon detectors for colliders SSC, Tevatron, LHC, ILC was carried out

Calculation of the Molière radius for various configurations of an electromagnetic sampling calorimeter ECaL SPD NICA

One of the main tasks of the electromagnetic calorimetry of the SPD setup is effective π⁰-γ separation in the energy range from 50 MeV to 10 GeV. Therefore, the current task is to optimize the design of the module cells in order to improve the physical parameters of the ECaL calorimeter. The Molière radius is determined in this work by the Monte Carlo method using Geant4 toolkit for various cell configurations of the calorimeter module. The results obtained in this work will be taken into account in the further development of the detecting systems of the ECaL SPD NICA.Одна з головних задач електромагнітної калориметрії установки SPD – ефективне π⁰-γ-розділення в області 50 МеВ…10 ГеВ. Тому актуальною задачею є оптимізація конструкції комірок модуля з метою покращення фізичних параметрів калориметра ECaL. Методом Монте-Карло (Geant4) визначено радіус Мольєра для різних конфігурацій комірки модуля калориметра. Отримані результати будуть враховані під час подальшої розробки детектуючих систем ECaL SPD NICA.Одна из главных задач электромагнитной калориметрии установки SPD – эффективное π⁰-γ-разделение в области 50 МеВ…10 ГэВ. Поэтому актуальной задачей является оптимизация конструкции ячеек модуля с целью улучшения физических параметров калориметра ECaL. Методом Монте-Карло (Geant4) определен радиус Мольера для различных конфигураций ячейки модуля калориметра. Полученные результаты будут учтены при дальнейшей разработке детектирующих систем ECaL SPD NICA

Simulation studies of the Moliere radius for EM calorimeter materials

The Monte-Carlo calculations of the Moliere radius (RM) for some homogeneous and heterogeneous media used in electromagnetic calorimetry in the energy range from 50 MeV to 10 GeV are presented in detail. The obtained results, the uncertainties in determining RM, estimations of the absorbed energy, methods for approximating the absorbed energy, and the accuracy of the results are discussed as well. Some RM are shown for calorimeter prototypes of the Spin Physics Detector experiment (SPD). A one-parameter function of the Moliere radius dependence on the absorber-scintillator thickness ratio is obtained.Представлені детальні обчислення методом Монте-Карло радіуса Мольєра (RM) для деяких гомогенних і гетерогенних середовищ, що використовуються в електромагнітній калориметрії в діапазоні енергій від 50 МеВ до 10 ГеВ. Обговорюються отримані результати, невизначеності опису RM, оцінки поглиненої енергії, методи апроксимації поглиненої енергії, точність результатів. Наведено RM для прототипів калориметра експерименту SPD. Отримано однопараметричну функцію залежності радіуса Мольєра від співвідношення товщин поглинача та сцинтилятора.Представлены детальные вычисления методом Монте-Карло радиуса Мольера (RM) для некоторых гомогенных и гетерогенных сред, используемых в электромагнитной калориметрии в диапазоне энергий от 50 МэВ до 10 ГэВ. Обсуждаются полученные результаты, неопределенности описания RM, оценки поглощенной энергии, методы аппроксимации поглощенной энергии,точность результатов. Приведены RM для прототипов калориметра эксперимента SPD. Получена однопараметрическая функция зависимости радиуса Мольера от соотношения толщин поглотителя и сцинтиллятора

Effect of energy leakage on the energy resolution of E.M. sampling calorimeters

The electromagnetic sampling calorimeters of the SPD experiment (NICA collider) are being investigated by Monte Carlo method. The simulation is used to study in detail the influence of energy leakages from the module on its energy resolution. The values of the stochastic and constant terms are obtained for the SPD calorimeter prototypes.Розглядаються прототипи ідеального електромагнітного семплінг-калориметра установки SPD колайдера NICA. За допомогою моделювання детально досліджується вплив витоків енергії з модуля на його енергетичну роздільну здатність. Отримано величини стохастичного і константного членів для різних варіантів прототипу калориметра SPD.Рассматриваются прототипы идеального электромагнитного сэмплинг-калориметра установки SPD коллайдера NICA. С помощью моделирования детально исследуется влияние утечек энергии из модуля на его энергетическое разрешение. Получены величины стохастического и константного членов для различных вариантов прототипа калориметра SPD

Status and prospects in stellarator research at IPP KIPT

A review of works performed at the Stellarator Department of KIPT is presented. It includes radio frequency (RF) plasma start-up, RF wall conditioning, RF plasma heating and diagnostics improvements at Uragan stellarators, studies of discharges for wall conditioning at Wendelstein 7-X Helias and some theoretical studies on magnetic configurations and tritium breeding. The prospects for the studies are associated with deeper involvement in EUROfusion activities.Представлено огляд робіт, виконаних у відділі стелараторів ХФТІ, які включають в себе: високочастотне (ВЧ) створення плазми, ВЧ-чистку стінок, ВЧ-нагрівання і удосконалення діагностик у стелараторах Ураган, дослідження розрядів для очищення стінок у геліасі Wendelstein 7-X і деякі теоретичні дослідження магнітних конфігурацій і відтворення тритію. Перспективи такого роду досліджень пов'язані з більш глибоким залученням у діяльність EUROfusion.Представлен обзор работ, выполненных в отделе стеллараторов ХФТИ, которые включают в себя: высокочастотное (ВЧ) создание плазмы, ВЧ-чистку стенок, ВЧ-нагрев и усовершенствования диагностик в стеллараторах Ураган, исследования разрядов для чистки стенок в гелиасе Wendelstein 7-X и некоторые теоретические исследования магнитных конфигураций и воспроизводства трития. Перспективы такого рода исследований связаны с более глубоким вовлечением в деятельность EUROfusion

Effect of energy leakage on the energy resolution of E.M. sampling calorimeters

The electromagnetic sampling calorimeters of the SPD experiment (NICA collider) are being investigated by Monte Carlo method. The simulation is used to study in detail the influence of energy leakages from the module on its energy resolution. The values of the stochastic and constant terms are obtained for the SPD calorimeter prototypes.Розглядаються прототипи ідеального електромагнітного семплінг-калориметра установки SPD колайдера NICA. За допомогою моделювання детально досліджується вплив витоків енергії з модуля на його енергетичну роздільну здатність. Отримано величини стохастичного і константного членів для різних варіантів прототипу калориметра SPD.Рассматриваются прототипы идеального электромагнитного сэмплинг-калориметра установки SPD коллайдера NICA. С помощью моделирования детально исследуется влияние утечек энергии из модуля на его энергетическое разрешение. Получены величины стохастического и константного членов для различных вариантов прототипа калориметра SPD

Hafnium in nuclear power industry: the evolution of increasing of the economic indicators and the operation safety of pressurized water nuclear reactors

А further increase of the reliability, safety and efficiency of nuclear reactors, the extension of the nuclear fuel campaign and a better control of the fuel burning-out level demand to search for and use new materials. New materials are also necessary for new energy release management elements in the active zone. In this paper, the potential place that hafnium could occupy in the solution of the mentioned tasks is discussed. The high values of the absorption cross-section for thermal and epithermal neutrons, high corrosion resistance, good mechanical properties and heat conduction of hafnium allow for its use, without any barrier coatings, as the absorbing and structural material for regulation rods of nuclear reactors. Another application of high purity hafnium in the nuclear power industry can be in the emitter material of Compton-type Self-Powered Neutron Detectors (SPND). Such SPND will have instant response to neutron flux changes, which will allow to reach positive effects on the reactor safety and efficiency: increase fuel burning-out times; control the crisis boiling coordinates and time; exclude the processes, which could cause heavy accidents).Збільшення надійності та безпеки, підвищення ефективності ядерних реакторів, подовження кампанії палива та контроль рівня його вигоряння вимагають пошуку і використання нових матеріалів, в тому числі, й для елементів управління енерговиділенням в активній зоні. У роботі розглядається, яке місце може зайняти гафній при вирішенні перерахованих завдань. Високі перетини поглинання теплових і резонансних нейтронів, корозійна стійкість, механічні властивості та теплопровідність гафнію дозволяють використовувати його без оболонок і покриттів в якості поглинаючого та одночасно конструкційного матеріалу для регулюючих стрижнів ядерних реакторів. Іншим застосуванням чистого гафнію в ядерній енергетиці може бути використання його в якості емітера в комптонівському детекторі прямого заряду (ДПЗ). Такий ДПЗ буде мати миттєву реакцію на зміни потоку нейтронів, що багато в чому дозволить досягти позитивних ефектів (збільшення вигоряння палива; контролю координати і часу кризового кипіння; виключення процесів, що призводять до тяжких аварій).Увеличение надёжности и безопасности, повышение эффективности ядерных реакторов, продление кампании топлива и контроль уровня его выгорания требуют поиска и использования новых материалов, в том числе и для элементов управления энерговыделением в активной зоне. В работе обсуждается, какое место может занять гафний при решении перечисленных задач. Высокие сечения поглощения тепловых и резонансных нейтронов, коррозионная стойкость, механические свойства и теплопроводность гафния позволяют использовать его без оболочек и покрытий в качестве поглощающего и одновременно конструкционного материала для регулирующих стержней ядерных реакторов. Другим применением чистого гафния в ядерной энергетике может быть использование его в качестве эмиттера в комптоновском детекторе прямого заряда (ДПЗ). Такой ДПЗ будет обладать мгновенной реакцией на изменения потока нейтронов, что во многом позволит достичь положительных эффектов (увеличения выгорания топлива; контроля координаты и времени кризисного кипения; исключения процессов, приводящих к тяжелым авариям)

Hafnium in nuclear power industry: the evolution of increasing of the economic indicators and the operation safety of pressurized water nuclear reactors

А further increase of the reliability, safety and efficiency of nuclear reactors, the extension of the nuclear fuel campaign and a better control of the fuel burning-out level demand to search for and use new materials. New materials are also necessary for new energy release management elements in the active zone. In this paper, the potential place that hafnium could occupy in the solution of the mentioned tasks is discussed. The high values of the absorption cross-section for thermal and epithermal neutrons, high corrosion resistance, good mechanical properties and heat conduction of hafnium allow for its use, without any barrier coatings, as the absorbing and structural material for regulation rods of nuclear reactors. Another application of high purity hafnium in the nuclear power industry can be in the emitter material of Compton-type Self-Powered Neutron Detectors (SPND). Such SPND will have instant response to neutron flux changes, which will allow to reach positive effects on the reactor safety and efficiency: increase fuel burning-out times; control the crisis boiling coordinates and time; exclude the processes, which could cause heavy accidents).Збільшення надійності та безпеки, підвищення ефективності ядерних реакторів, подовження кампанії палива та контроль рівня його вигоряння вимагають пошуку і використання нових матеріалів, в тому числі, й для елементів управління енерговиділенням в активній зоні. У роботі розглядається, яке місце може зайняти гафній при вирішенні перерахованих завдань. Високі перетини поглинання теплових і резонансних нейтронів, корозійна стійкість, механічні властивості та теплопровідність гафнію дозволяють використовувати його без оболонок і покриттів в якості поглинаючого та одночасно конструкційного матеріалу для регулюючих стрижнів ядерних реакторів. Іншим застосуванням чистого гафнію в ядерній енергетиці може бути використання його в якості емітера в комптонівському детекторі прямого заряду (ДПЗ). Такий ДПЗ буде мати миттєву реакцію на зміни потоку нейтронів, що багато в чому дозволить досягти позитивних ефектів (збільшення вигоряння палива; контролю координати і часу кризового кипіння; виключення процесів, що призводять до тяжких аварій).Увеличение надёжности и безопасности, повышение эффективности ядерных реакторов, продление кампании топлива и контроль уровня его выгорания требуют поиска и использования новых материалов, в том числе и для элементов управления энерговыделением в активной зоне. В работе обсуждается, какое место может занять гафний при решении перечисленных задач. Высокие сечения поглощения тепловых и резонансных нейтронов, коррозионная стойкость, механические свойства и теплопроводность гафния позволяют использовать его без оболочек и покрытий в качестве поглощающего и одновременно конструкционного материала для регулирующих стержней ядерных реакторов. Другим применением чистого гафния в ядерной энергетике может быть использование его в качестве эмиттера в комптоновском детекторе прямого заряда (ДПЗ). Такой ДПЗ будет обладать мгновенной реакцией на изменения потока нейтронов, что во многом позволит достичь положительных эффектов (увеличения выгорания топлива; контроля координаты и времени кризисного кипения; исключения процессов, приводящих к тяжелым авариям)

Compton detector of neutrons for the energy yieldcontrol in the active zone of WWER

The article examines the processes of radiative neutron capture by nuclei of atoms of metallic rhodium and hafnium. Rhodium is used as the emitter in the direct charge detectors of neutrons, which are used to control the energy yield in the core of nuclear power reactors. A new Compton direct charge detector (DCD) (so-called SPND – Self Powered Neutron Detector) with the emitter of the metallic Hf is proposed. The specifics of the signal formation of the β-emission and Compton neutron detectors are considered. The signal lag time of the rhodium detector was calculated and the respective published data was studied, and the conclusion was made that the use of β-emission detectors for the detection of rapid changes of the neutron flux density is inappropriate. The main advantages of the hafnium emitter is a long “burnout” time of the emitter material and the instantaneous response to changes in the neutron flux in the reactor core. Therefore, the use of detectors with such emitters will simultaneously enhance the reliability and safety of operation of the reactors that are in use currently and those that are being developed.Розглянуті процеси радіаційного захоплення нейтронів ядрами атомів металів родію і гафнію. Родій використовується в якості емітера в детекторах нейтронів прямого заряду, які застосовуються для контролю енерговиділення в активній зоні ядерних реакторів АЕС. Запропоновано новий комптонівський детектор прямого заряду з емітером із металевого Hf. Розглянуто особливості формування сигналів β-емісійних і комптонівських детекторів нейтронів. Розраховано час запізнювання сигналу родієвого детектора, також проведено аналіз літературних даних і зроблено висновок про недоцільність використання β-емісійного детектора в умовах швидких змін щільності потоку нейтронів. Основними перевагами гафнієвого емітера є великий час «вигорання» матеріалу емітера і миттєва реакція детектора на зміну щільності потоку нейтронів в активній зоні реактора. Отже, використання детекторів з такими емітерами дозволить одночасно посилити надійність і безпеку експлуатації сучасних і розроблюваних реакторів.Рассмотрены процессы радиационного захвата нейтронов ядрами атомов металлических родия и гафния. Родий используется в качестве эмиттера в детекторах нейтронов прямого заряда, которые применяются для контроля энерговыделения в активной зоне ядерных реакторов АЭС. Предложен новый комптоновский детектор прямого заряда с эмиттером из металлического Hf. Рассмотрены особенности формирования сигналов β-эмиссионных и комптоновских детекторов нейтронов. Рассчитано время запаздывания сигнала родиевого детектора, также проведен анализ литературных данных и сделан вывод о нецелесообразности использования β-эмиссионного детектора в условиях быстрых изменений плотности потока нейтронов. Основными преимуществами гафниевого эмиттера являются: большое время «выгорания» материала эмиттера и мгновенная реакция детектора на изменение плотности потока нейтронов в активной зоне реактора. Следовательно, использование детекторов с такими эмиттерами позволит одновременно усилить надежность и безопасность эксплуатации современных и разрабатываемых реакторов

Uragan-2M gas mixing system

Gas mixture system (GMS) was developed, created and installed at Uragan-2M (U-2M) device. GMS is based on already known gas mixing method - successive puffing. It is implemented through successive puffing of several gases from separate high pressure cylinders into working volume. A number of experiments were carried out to create a He+H₂ gas mixture with different percentages. The results of measurements of the He+H₂ percentage in the GMS and the U-2M vacuum chamber are in good agreement each to other. This system allows you to change the pressure of the mixture in the U-2M chamber at a constant percentage of gases in the mixture.На установці стеларатор Ураган-2М розроблена, створена і введена в експлуатацію система контролю створення газових сумішей (CГC). СГС основана на вже відомому способі отримання суміші газів - послідовному напуску. Такий напуск реалізовувався при послідовному напуску в робочий об'єм декількох газів з окремих балонів з високим тиском. Було проведено ряд експериментів зі створення газової суміші He+H₂ з різними процентними концентраціями. Результати вимірювань процентного співвідношення He+H₂ у камері змішувача і вакуумній камері У-2М добре узгоджуються. Дана система дозволяє змінювати тиск суміші в камері У-2М при постійному процентному співвідношенні газів у суміші.На установке стелларатор Ураган-2М разработана, создана и введена в эксплуатацию система создания газовых смесей (CГC). СГС основана на уже известном способе получения смеси газов - последовательном напуске. Такой напуск реализовывался при последовательном напуске в рабочий объем нескольких газов из отдельных баллонов с высоким давлением. Были проведены эксперименты по созданию газовой смеси He+H₂ с различными их процентными концентрациями. Результаты измерений процентного соотношенияHe+H₂ в смесительной камере и вакуумной камере У-2М находятся в хорошем согласии. Данная система позволяет изменять давление смеси в камере У-2М при постоянном процентном соотношении газов в смеси