Development of high-gain gaseous photomultipliers for the visible spectral range

We summarize the development of visible-sensitive gaseous photomultipliers, combining a semitransparent bi-alkali photocathode with a state-of-the-art cascaded electron multiplier. The latter has high photoelectron collection efficiency and a record ion blocking capability. We describe in details the system and methods of photocathode production and characterization, their coupling with the electron multiplier and the gaseous-photomultiplier operation and characterization in a continuous mode. We present results on the properties of laboratory-produced K$_2$CsSb, Cs$_3$Sb and Na$_2$KSb photocathodes and report on their stability and QE in gas; K$_2$CsSb photocathodes yielded QE values in Ar/CH$_4$(95/5) above 30% at wavelengths of 360-400 nm. The novel gaseous photomultiplier yielded stable operation at gains of 10$^5$, in continuous operation mode, in 700 Torr of this gas; its sensitivity to single photons was demonstrated. Other properties are described. The successful detection of visible light with this gas-photomultiplier pave ways towards further development of large-area sealed imaging detectors, of flat geometry, insensitive to magnetic fields, which might have significant impact on light detection in numerous fields.Comment: 22 pages, 12 figures, for submission to JINS

Improving the efficiency of blasting operations in mines with the help of emulsion explosives

Purpose. To improve the efficiency of blasting operations in mines taking into consideration the upgrading of equipment used to charge blastholes as well as application of high-productive mining equipment of new generation. Methods. The activities used mine experimental pressure-charged blasts to break oversize material as well as mine experimental analysis of blasthole charging to estimate the improvement of efficiency of the emulsion explosives (EEs). Findings. It has сbeen determined that both sticked and bulk emulsion explosives of Ukrainit-PP-2 type as well as new options of charging facilities have following technological characteristics: availability of unique space-saving designs of two-component piston dosing pumps of double-action EE components; sufficiently high efficiency of blasthole charging being up to 60 kg of EE/min; ease of service and maintenance; rather long overhaul period of EE components as for the dosing pump as well as cheapness of attachable equipment; availability of both electronic and visual means to control EE preparation and charging. Originality. It has been proved that the improvement of blasting operations in mines results from the intensified technological processes of blasthole charging characterized by the use of such high-productive self-propelled and space-saving facilities of new generation as machines of ZEVS-1 model and portable charges of ZEP-15 type as well as the use of such environmentally friendly bulk trinitrotoluene-free emulsion explosives as Ukrainit-PP-2. Practical implications. Use of EEs in the process of mine blasting operations provides safety, high-quality rock breakage and fragmentation in the context of minimum toxicity of rock, breakage of rocks having any hardness and water content. Moreover, their use is economically efficient.Мета. Підвищення ефективності виконання вибухових робіт за допомогою емульсійних вибухових речовин на шахтах з урахуванням вдосконалення обладнання для заряджання вибухових свердловин, а також застосування високопродуктивної гірничої техніки нового покоління. Методика. В роботі для оцінки підвищення ефективності виробництва вибухових робіт за допомогою емульсійних вибухових речовин на шахтах використані шахтні експериментальні вибухи накладного заряду при руйнуванні негабариту й шахтні експериментальні дослідження процесу заряджання шпурів. Результати. Встановлено, що патроновані та наливні емульсійні вибухові речовини (ЕВР) типу Україніт-ПП-2 і нові варіанти зарядних машин мають наступні технологічні особливості: наявність у своєму складі оригінальних малогабаритних конструкцій двокомпонентних поршневих насосів-дозаторів компонентів ЕВР подвійної дії; досить високу продуктивність заряджання свердловин – до 60 кг ЕВР/хв; простоту в обслуговуванні та ремонтах; досить високе напрацювання до капремонту насосу-дозатора компонентів ЕВР, а також значно меншу вартість навісного обладнання; наявність як електронних, так і візуальних засобів контролю за приготуванням і заряджанням ЕВР. Наукова новизна. Доведено, що підвищення ефективності виробництва вибухових робіт на шахтах досягається інтенсифікацією технологічних процесів заряджання вибухових свердловин, що відрізняються застосуванням високопродуктивної самохідної та малогабаритної техніки нового покоління, таких як машини моделі ЗЕВС-1 і переносні зарядники моделі ЗЕП-15 та використанням наливних, екологічно чистих, безтротилових ЕВР Україніт-ПП-2. Практична значимість. Застосування ЕВР на шахтах при веденні вибухових робіт забезпечує без-небезпечне ведення робіт, високу якість відбійки і дроблення гірських порід при мінімальній токсичності, руйнування гірської породи будь-якої міцності й обводненості та економічну ефективність.Цель. Повышение эффективности производства взрывных работ с помощью эмульсионных взрывчатых веществ на шахтах с учетом совершенствования оборудования для заряжания взрывных скважин, а также применения высокопроизводительной горной техники нового поколения. Методика. В работе для оценки повышения эффективности производства взрывных работ с помощью эмульсионных взрывчатых веществ на шахтах использовались шахтные экспериментальные взрывы накладного заряда при разрушении негабарита и шахтные экспериментальные исследования процесса заряжания шпуров. Результаты. Установлено, что патронированные и наливные эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ) типа Украинит-ПП-2 и новые варианты зарядных машин имеют следующие технологические особенности: наличие в своем составе оригинальных малогабаритных конструкций двухкомпонентных поршневых насосов-дозаторов компонентов ЭВВ двойного действия; достаточно высокую производительность заряжания скважин – до 60 кг ЭВВ/мин; простоту в обслуживании и ремонтах, достаточно высокую наработку до капремонта по насосу-дозатору компонентов ЭВВ, а также значительно меньшую стоимость навесного оборудования; наличие как электронных, так и визуальных средств контроля за приготовлением и заряжанием ЭВВ. Научная новизна. Доказано, что повышение эффективности производства взрывных работ на шахтах достигается интенсификацией технологических процессов заряжания взрывных скважин, отличающихся применением высокопроизводительной самоходной и малогабаритной техники нового поколения, таких как машины модели ЗЭВС-1 и переносные зарядчики модели ЗЭП-15 и использованием наливных, экологически чистых, бестротиловых ЭВВ Украинит-ПП-2. Практическая значимость. Применение ЭВВ на шахтах при ведении взрывных работ обеспечивает безопасное ведение работ, высокое качество отбойки и дробления горных пород при минимальной токсичности, разрушение горной породы любой степени крепости и обводненности и экономическую эффективность.The studies have been carried out according to the materials of the report with the participation of the authors in 15th International Conference Resource-generative, low-waste, and nature-protective technologies of mineral development (Vorob’yev, Lyashenko, & Nebogin, 2015) in association with such experts as P.A. Kysly, N.N. Shvets, V.S. Cherevyk, A.I. Lytvyn (A and M SIC), V.I. Boiko, A.S. Karaban, M.B. Kolesaiev, V.V. Shkaryn (LLC “NTO Tekhnotron”) and others

On the validity of the method of reduction of dimensionality: area of contact, average interfacial separation and contact stiffness

It has recently been suggested that many contact mechanics problems between solids can be accurately studied by mapping the problem on an effective one dimensional (1D) elastic foundation model. Using this 1D mapping we calculate the contact area and the average interfacial separation between elastic solids with nominally flat but randomly rough surfaces. We show, by comparison to exact numerical results, that the 1D mapping method fails even qualitatively. We also calculate the normal interfacial stiffness $K$ and compare it with the result of an analytical study. We attribute the failure of the elastic foundation model to the neglect of the long-range elastic coupling between the asperity contact regions.Comment: 5 pages, 4 figures, 29 reference

Further progress in ion back-flow reduction with patterned gaseous hole-multipliers

A new idea on electrostatic deviation and capture of back-drifting avalanche-ions in cascaded gaseous hole-multipliers is presented. It involves a flipped reversed-bias Micro-Hole & Strip Plate (F-R-MHSP) element, the strips of which are facing the drift region of the multiplier. The ions, originating from successive multiplication stages, are efficiently deviated and captured by such electrode. Experimental results are provided comparing the ion-blocking capability of the F-R-MHSP to that of the reversed-bias Micro-Hole & Strip Plate (R-MHSP) and the Gas Electron Multiplier (GEM). Best ion-blocking results in cascaded hole-multipliers were reached with a detector having the F-R-MHSP as the first multiplication element. A three-element F-R-MHSP/GEM/MHSP cascaded multiplier operated in atmospheric-pressure Ar/CH4 (95/5), at total gain of ~10^{5}, yielded ion back-flow fractions of 3*10^{-4} and 1.5*10^{-4}, at drift fields of 0.5 and 0.2 kV/cm, respectively. We describe the F-R-MHSP concept and the relevance of the obtained ion back-flow fractions to various applications; further ideas are also discussed.Comment: 17 pages, 11 figures, published in JINS

Statistical analysis of self-similar behaviour in the shear induced melting model

The analysis of the system behavior under the effect of the additive noises has been done using a simple model of shear melting. The situation with low intensity of the order parameter noise has been investigated in detail, and time dependence of the order parameter has been calculated. A distinctive feature of the obtained dependence is power-law distribution and self-similarity. The generalized Hurst exponent of the time series has been found within multifractal detrended fluctuation analysis. It is shown that the self-similarity of the time series increases when the noise intensity reduces.Comment: 11 pages, 9 figures, 29 reference