КУРЧАТОВСКИЙ  КОМПЛЕКС  СИНХРОТРОННО-НЕЙТРОННЫХ  ИССЛЕДОВАНИЙ

 

 

 

 

 

 

 

Перечень оборудования, входящего в состав УНУ КИСИ

 

Установка Сибирь-1 (создание 1982, модернизация 2009)

Параметры: Предускоритель-бустер на энергию 450 МэВ источник СИ в диапазоне вакуумного ультрафиолета

 

Энергия, Е

450 МэВ

Периметр

8,68 м

Поле в магнитах

1,5 Тл

Критическая энергия СИ

20 эВ

Горизонтальный эмиттанс

787 нм*мрад

Среднеквадратичный разброс энергии пучка

0,000381

Частота вращения

34,55 мГц

Напряжение

16 кВ

Ток электронов

до 300 мА

 

Установка Сибирь-2 (создание 1999, модернизация 2009)

Параметры: Электронный ускоритель - накопитель на 2.5 ГэВ  источник синхротронного излучения

 

Энергия, Е

2,5 ГэВ

Периметр

124,13 м

Поле в магнитах

1,7 Тл

Количество суперпериодов

6

Количество диполей

24

Количество квадруполей

72

Количество секступолей

24

Критическая энергия СИ

7,1 кэВ

Горизонтальный эмиттанс

98 нм*мрад

Среднеквадратичный разброс энергии пучка

0,000953

Потери на обороте (без вигглеров)

685 кэВ

Частота вращения

2,41519 мГц

Напряжение

1500-1800 кВ

Ток электронов (однобанчевый режим)

100 мА

Ток электронов (многобанчевый режим)

300 мА

Время жизни пучка на 100ма

до 30 часов

 

Канал вывода синхротронного излучения рентгеновского диапазона для экспериментальной станции ЛИГА (создание 1999, модернизация 2008)

Параметры:

Энергетический диапазон

4.9-80 кэВ

Энергетическое разрешение [DE/E]

30% (Белый пучок)

Источник излучения

Поворотный магнит, 1.7 Тл (Ec= 7.1 кэВ)

 

Станция глубокой рентгеновской литографии ЛИГА (Создание 1999, модернизация 2015)

Параметры станции:

Оптика

Система фильтров

Плотность потока фотонов на образце

1011 фот/(сек*мм2)  при токе 100 мА

Размер пучка на образце

5*80мм2

Детектор

ССВ с разрешением от 50мкм до 200 мкм

 

Станция структурного материаловедения (СТМ) (создание 1999, модернизация 2015)

Параметры станции:

Энергетический диапазон

4.9-35 кэВ

Энергетическое разрешение [DE/E]

2*10-4

Источник излучения

Поворотный магнит, 1.7 Тл (Ec= 7.1 кэВ)

Оптика

Прорезной монохроматор
Si(111), Si(220) или  Si(311), щели

Плотность потока фотонов на образце

5*107 фот/(сек*мм2)  при токе 100 мА

Размер пучка на образце

От 100*100 мкм2 до 2(V)*3(H) мм2

Окружение образца

Криорефрежератор  до T=5K, DT/T ~ 10-4-10-3. Нагрев до 500°С.

Атмосфера He, N2, O2, H2, CO,

 

Методы:

• EXAFS/XANES - рентгеновская спектроскопия поглощения
химическое состояние поглощающего атома и его локальное окружение

• XRD - порошковая рентгеновская дифракция
кристаллическая структура

• МУРР - малоугловое рассеяние
размеры и форма наночастиц

 

Станция рентгеновской топографии и микротомографии РТ-МТ (создание 2004, модернизация 2010)

Параметры станции:

Энергетический диапазон

5-40 кэВ

Энергетическое разрешение

Дл/л=4·10-4

Источник

Поворотный магнит 1,7Т (Ec=7,1 кэВ)

Оптика

Однокристальный либо двукристальный монохроматор

Поток фотонов на образце

для Si(111) 2 · 109 при 100 мА

Размер пучка на образце

от 0,02х5 мм2 до 6х60 мм2

 

Детекторное оснащение рентгенотомографической станции РТ-МТ (2010)

Параметры станции:

Princeton CCD RO4096

Количество пикселей

4096

 

Размер матрицы, пикселя

60*60мм,  40 мкм,

Hamamatsu ORCA II

Количество пикселей

1024*1024

 

Размер матрицы, пикселя

10мм - 10 мкм,

1 мм - 2,5 мкм

 

Станция комплексных исследований по медицинской диагностике МЕДИАНА (создание 2002, частичная модернизация 2016)

Параметры станции:

Диапазон энергий

580 кэВ

Разрешение [ДE/E]

4·10-4

Источник

Поворотный магнит 1,7 Тл (Ec = 7,1 кэВ)

Оптика

2-х кристальный Лауэ- монохроматор

Поток фотонов на образце

для Si(111) 2·109 при 100 мА

Размер пучка на образце

от 1Ч5 мм2 до 30Ч100 мм2

Окружение образца

Камера алмазных наковален для создания давлений до 500 кбар (50гПа)

Детекторы

Image plate, CCD с разрешением от 2 мкм до 50 мкм

 

Методы:

 

• Абсорбционная интроскопия

• Фазоконтрастная интроскопия

• Томография
получение изображений внутренней структуры объектов, в т.ч. в биомедицинских целях

• Дифрактометрия при высоких давлениях
структура поликристаллических объектов

 

 

Станция рентгеновской кристаллографии и физического материаловедения РКФМ (Создание 2004, модернизация 2014-2016)

Параметры станции:

Излучатель

Поворотный магнит

Монохроматор

Двухкристальный, 2 набора кристаллов: Si (111), Si(311)

Диапазон энергий

5-20 кэВ при Si(111) 20-40 кэВ при Si(311)

Энергетическое разрешение, [ДE/E]

1*10-3 при Si(111) 5*10-4 при Si(311)

Угловая расходимость источника, [FWHM мрад]

Вертикальная 0.27

Горизонтальная 3.75

Максимальный размер пучка на образце, [FWHM мм]

Вертикальный 4

Горизонтальный 60

 

Методы:

 

• Двух-трехкристальная дифрактометрия

• Многоволновая дифракция

• Рентгеновская топография

• Картирование обратного пространства

• Рефлектометрия

• Стоячие рентгеновские волны

• Рентгенофлуоресцентный анализ

• Рентгеноакустика

 

 

Станция прецизионной рентгеновской оптики ПРО

Параметры станции:

Излучатель

Поворотный магнит

Монохроматор

Двухкристальный, Si(111)

Рабочий диапазон энергий, (кэВ)

5 – 20

Энергетическое разрешение

1• 10-4

Максимальный размер пучка на образце, (мм)

Верт.  4,0

Горизонт. 20

Угловая расходимость источника,(мрад)

Верт. 0,27

Горизонт. 1,25

 

Методы:

• Двухкристальная дифрактометрия

• Трехкристальная дифрактометрия

• Многоволновая дифракция

• Рефлектометрия

• Стоячие рентгеновские волны

• Резонансная дифракция

 

 

Экспериментальная станция ЛЕНГМЮР (создание 2006, модернизация 2014-2016)

Параметры станции:

Диапазон энергий

5–30 кэВ

Разрешение

[ДE/E] 4·10-4

Источник

Поворотный магнит 1,7 Тл (Ec=7,1 кэВ)

Оптика

Двухкристальный монохроматор

Поток фотонов на образце

Si(111) 2·109

Размер пучка на образце

от 0,02х5 мм 2 до 10х40 мм 2

Окружение образца

Ленгмюровская ванна

Детекторы

Vortex EX 90

 

Методы:

• Рентгеновская рефлектометрия (XR)
Профиль электронной плотности по глубине структуры – толщина, плотность, шероховатость слоев

• Стоячие рентгеновские волны (XSW)
Профиль распределения ионов по глубине структуры

• Дифракция в скользящей геометрии (GID)
Кристаллическая структура двумерных систем (параметры решетки, структура молекул, углы наклона молекул, корреляционные длины)

• Рентгеновская флуоресценция в полном внешнем отражении (TXRF)
Химический состав поверхностных слоев

 

 

Канал вывода синхротронного излучения НАНОФАБ-2 (создание 2011)

 

Параметры станции:

 

Энергетический диапазон

5 – 20 кэВ

Энергетическое разрешение [ДE/E]

Дл/л=5·10-4

 

Источник

Поворотный магнит 1,7 Тл (Ec=7,1 кэВ)

Монохроматор

Двухкристальный, 2 набора кристаллов: Si (111), Si(311)

 

 

Станция рентгеноструктурного анализа (РСА) (создание 2007, модернизация 2016)

Параметры станции:

 

Энергетический диапазон

5 – 20 кэВ

Энергетическое разрешение [ДE/E]

Дл/л=5·10-4

 

Источник

Поворотный магнит 1,7 Тл (Ec=7,1 кэВ)

Оптика

Зеркало-конденсор, двухкристальный монохроматор, фокусирующее зеркало

Поток фотонов на образце

для Si(111) 1013 при 100 мА

Размер пучка на образце

от 0,5х2,5 мм2

Окружение образца/установка

Капилляр, нормальные условия

Детекторы

Apex II (Bruker)

 

 

Методы:

• РСА монокристаллических неорганических объектов.
Пространственная структура с атомным разрешением

• Прецизионная порошковая дифракция с двумерным 2и – сканирующим детектором.
Фазовый состав, размеры кристаллитов, текстура,  микронапряжения

 

 

Канал вывода синхротронного излучения для станции фотоэлектронной спектроскопии НАНОФЭС (создание 2012)

Параметры станции:

 

Сверхвысокий вакуум

10-10 мбар

Диапазон энергий монохроматора 

25- 1500 эВ

Разрешение монохроматора

4·10-4 эВ

 

Синхротронная станция фотоэлектронной спектроскопии НАНОФЭС

Параметры станции:

 

Размер пучка на образце

0.2х0.08 мм2

Разрешение энергоанализатора:

по энергии - 1мэВ

по углу - 0,1°

Температура образца

(4-300) К

Интеграция

Соединение с НТК Нанофаб-100

 

 

Методы:

• Фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением (ARPES)

• Сканирование по глубине

• Околокраевое рентгеновское поглощение (NEXAFS)

• Тонкие особенности ФЭ спектров валентной зоны

• Исследование глубоких уровней

• SPM(STM+AFM) микроскопия

 

 

Станция фазочувствительных методов исследования вещества ФАЗА (создание 2014)

Параметры станции:

 

Энергетический диапазон

5 – 20 кэВ

Гониометр

6 - кружный

Энергетическое разрешение

1• 10-4

Мода измерения

Высокая яркость –яркость  500:1

Высокое угловое разрешение – яркость 80:1

Стандартная – яркость 1:1

Окружение образца

Криостат 6-273 К, Печь Anton paar до 1300 С

Детекторы

Одномерный Mythen 1k

двумерный Atlas

 

Методы:

• Стоячие рентгеновские волны

• Дифракция высокого разрешения

• Многоволновая дифракция;

• Поверхностная дифракция

• Рентгеноакустика

• Рентгеновская голография

• Резонансная дифракция

• Рефлектометрия

• Диффузное рассеяние

 

 

Канал вывода синхротронного излучения для экспериментальной станции ФАЗА (создание 2014)

Параметры:

Излучатель

Поворотный магнит

Монохроматор

Двухкристальный, два набора кристаллов Si(111), Si(311)

Рабочий диапазон энергий, (кэВ)

3,5 20 Si(111)

20-40 Si(311)

Зеркала

Коллимирующее,

фокусирующее

Рабочая область зеркал

750mm x 90mm,

750mm x 25mm

Дистанция

до источника 6.7m

до образца 8.0 м

Угол падения

от 2.0 до 3.2mrad

от 2.0mrad до 3.2mrad

Шерховатость поверхности зеркал

<2.5 Е RMS

 

<2.5 Е RMS

 

 

Станция для скоростной малоугловой дифрактометрии «ДИКСИ» (создание 2001, модернизация 2015)

Параметры станции:

Энергетический диапазон

7,65 кэВ (фиксированная длина волны 1,62 Е)

Энергетическое разрешение

[ДE/E] 10-3

Источник

Поворотный магнит 1,7 Тл (Ec=7,1 кэВ)

Оптика

Изогнутый монохроматор Ge(111) (горизонтальная фокусировка). Зеркала ПВО. Щели.

Поток фотонов на образце

Ge(111) 109 при 100 мА

Размер пучка на образце

0,5x0,3 мм2

Окружение образца/установка

Универсальный держатель для XRD

Термостат T=20-95°C

Детекторы

CCD-детектор MarCCD 165 (Rayonix)

 

 

Методы:

• Малоугловое рентгеновское рассеяние (SAX)
исследование структурных параметров образцов с характерными размерами упорядочения в диапазоне 2 1000 Е. динамики изменений

• Порошковая дифрактометрия (XRD)
Определение фазового состава исследуемых образцов, размер кристаллитов, Текстура,  микронапряжения

 

 

Детекторная система  PILATUS3 X 1M (для станции Дикси) (2015)

 

Параметры:

 

Количество модулей

2 x 5

Чувствительная область (ширина х высота) [mm2]

168.7 x 179.4

Размер пиксаля [мm2]

172 x 172

Количество пикселей

981 x 1043 = 1'023'183

Области стыка модулей (горизонтальная/вертикальная) [пикселей]

7 / 17

Площадь нечувствительных межмодульных стыков

7.2%

Мертвые пиксели

< 0.03%

Максимальная частота кадров [Hz]

500

Время считывания [ms]

0.95

Функция растекания сигнала

1 пиксель (FWHM)

Энергия отсечки [кэВ]

2.7 - 18

Счет на пиксель

20 бит (1,048,576 отсчетов)

Энергопотребление [Вт]

165

Размер (ШВГ) [mm3]

265 x 286 x 455

Вес [кг]

25

Охлаждение молудей

Водяное

Охлаждение электроники

Воздушное

Сенсор

450 мm кремниевый

 

Станция белковой кристаллографии БЕЛОК (создание 2006)

Параметры станции:

Энергетический диапазон

5 – 20 кэВ (0,6 – 2,5 Е.)

Энергетическое разрешение [ДE/E]

Дл/л=2·10-3

Оптика

Двухкристальный монохроматор с сагиттальным изгибом второго

кристалла, фокусирующее зеркало.

Расходимость пучка СИ в горизонтальной плоскости

3,0 мрад

 

Размеры сфокусированного пучка

1 х 1 мм (л = 1,54 Е, Шн = 2 мрад)

Плотность потока фотонов на образце

1010-1011 фот/сек•мм2 

Детекторы

 MarCCD165

Температура исследуемого образца

80-500 К  (Криостриммер Oxford CryoJet.)

 

Методы:

• РСА макромолекулярныхкристаллов с большими параметрами ячейки.

• Монокристальная дифрактометрия(классический РСА)
Определение пространственной структуры

• Порошковая дифрактометрия

 

Станция экспериментальная рентгеноабсорционной спектроскопии EXAFSD (создание 2005, частичная модернизация 2014)

 

Параметры станции:

 

Диапазон энергий

530 кэВ 

Разрешение [ДE/E]

2·10-4 

Источник

Поворотный магнит  1,7 Тл (Ес = 7,1 кэВ) 

Оптика

Изгибаемый монохроматор Si (111), рентгеновское зеркало (SiO2) 

Размер пучка на образце

0,2 х 1 мм 

Детекторы

Линейный детектор ProScan (1000х128);

Image plate (200х250 мм); одномерный позиционно-чувствительный детектор Inel CPS180 

 

Методы:

• Дифракция в геометрии прямого и обратного рассеяния
кристаллическая структура (высокая чувствительность к деформациям и микронапряжениями)

• Энергодисперсионный EXAFS c миллисекундным разрешением
химическое состояние поглощающего атома и его локальное окружение

 

 

Спектрофотометрическая система NanoDrop ND-ONEC-W (2016)

Параметры:

Возможность исследования микроколичеств образцов

 

Диапазон длин волн

от 190 до 840 нм.

Погрешность установки длины волны

±1 нм

Спектральная ширина щели

±1.8 нм

Диапазон измерения оптической плотности

от  0.04 до 300 А (эквив. 10 мм)

Предел обнаружения dsDNA

2 нг/мкл

Максимальная концентрация dsDNA без разбавления

15000 нг/мкл

Точность измерения оптической плотности

0,002 А на 1 мм оптического пути

Воспроизводилось измерения оптической плотности

3%, при 340 нм

Время изменения

5 с

Оптическая схема

Однолучевая

Рабочий объем образца

от 0.5 до 2 мкл

Длина оптического пути

от 0.05 до 1 мм

Возможность нанесение образца на поверхность измеряющей микроячейки без использование кюветы

Наличие

Предустановленные методы

концентрация и чистота нуклеиновых кислот, белок 280А, метод Брэдфорда, Лоури, метод Смита (BCA), Пирса 660 нм, протеины и метки, микрочипы, клеточные рост, диагностические исследования

Источник света

Ксеноновая лампа

Материал ячейки

Нержавеющая сталь, кварцевое волокно

Размер кювет

(ШЧГЧВ) 12,5Ч12,5Ч45 мм

Длина оптического пути при использовании кюветы

1, 2 ,5 ,10 мм

Термостатирования при 37 ?С

Наличие

Перемешивания образца

от 150 до 850 об/мин

Диапазон оптической плотности при использовании кюветы

от  0.008 до 15 А

Диапазон измерения dsДНК при использовании кюветы

от  0.4 до 750 нг/мкл

 

 

Энергодисперсионный детектор рентгеновского излучения Amptek X-123FASTSDD 3 шт (2016)

Тип детектора

Кремниевый дрейфовый детектор

Толщина активной области детектора

500 мкм

Площадь поверхности активной области детектора

25 мм2

Коллиматор

Многослойный коллиматор площадью не менее 17 мм2

Минимальная детектируемая энергия

1 кэВ

Максимальная детектируемая энергия

25 кэВ

Материал окна детектора

Бериллий

Толщина окна детектора

12.5 мкм

Разрешение по энергии (ширина пика на его полувысоте) на энергии 5.9 кэВ.

- 130 эВ (при времени счета пиков 9.6 мкс.).

- 135 эВ (при времени счета пиков 4.8 мкс.).

- 140 эВ (при времени счета пиков 1 мкс.).

- 155 эВ (при времени счета пиков 0.4 мкс.).

Диапазон изменения коэффициента усиления сигнала 

от 0.84 до 127.5

Диапазон изменения времени счета пика

от 0.2 до 102 мкс.

Отношение уровня сигнала к фону в диапазоне энергий от 1 кэВ до 5.9 кэВ

20000:1

Уровень электрических шумов, ширина на полувысоте пика

73 эВ

Тип охлаждения

Термоэлектрическое

Скорость счета

5*105 импульсов в секунду

Время разрешения двух импульсов

120 нс.

Число каналов в энергетическом спектре

От 250 до 8000

Бит на канал в энергетическом спектре

24

Мертвое время работы детектора

1.05 от времени счета пика

Интерфейс подключения блока управления к персональному компьютеру

USB, RS 232, Ethernet

 

 

Позиционно-чувствительная система детектирования рентгеновского излучения Dectris MYTHEN1K (2015)

 

Параметры:

 

Материал сенсора

Кремний

Тип сенсора

Массив обратно-смещенных pn-переходов

Тип матрицы

КМОП

Принцип действия

Прямой счет фотонов

Устройство каналов

Одномерные, однорядные

Размер чувствительной области

64 х 8 мм

Размер одного канала

50 х 8000 мкм

Время считывания

0,3 мс

Скорость счета на канал

1x106 фотон/с

Динамический диапазон

4, 8, 16, 24 (1 : 16777216) бит

Минимальное время экспозиции

100 нс

Диапазон энергий

5 40 кэВ

Максимальная частота кадров

700

Тип порта соединения

TCP/UDP

 

 

Энергодисперсионная система рентгеновского излучения Hitachi Vortexr 90EX X-Ray Detector (2016)

Материал

Кремний

Площадь детектора 

100 ммІ

Толщина

500 мкм

Входное окно 

Бериллий

Энергетическое разрешение на линии 5.9 кэВ (Mn):

12 мс время формирование -  <133 эВ

4 мс время формирование  -  <145 eV эВ

1 мс время формирование  -  <165 eV эВ

0.25 мс время формирование -  <230 эВ

Предусилитель

Зарядочувствительный - 1.6 мВ/кэВ

Время нарастания 

<100 нс

Охлаждение

Термоэлектрическое

Цифровой процессор сигналов

PI-SPEC

Время формирования

0.25 64 мкс

Время экспозиции

до 1717с

Интегральная нелинейность

0.1% во всем диапазоне

Коррекция мертвого времени

лучше чем ± 0.5%  от 0 до 120,000 имп/с на 4 мс времени формирования

 

 

Рентгеновский  детектор на базе лавинного фотодиода Avalange APD (2015)

Детектирование рентгеновского флуоресцентного излучения в диапазоне энергий

5-30 keV.

Диапазон эффективного детектирования рентгеновского излучения

5-30 keV

Скорость счета

107 импульсов/секунду

Эффективность детектирования излучения

>97% при энергии 6 keV, > 50% при энергии 12 keV

Толщина детектирующего кристалла

200 мкм

Разрешающая способность двух сигналов по времени

< 10 нс

Размер детектирующего окна

10*10 мм

Максимальная скорость счета

до 100 MHz

Энергетическое разрешение

70% при энергии 5 keV или 30% при энергии 22 keV

Дисплей

сенсорная панель

Интерфейсы:

GPIB, RS232