Научно-методический семинар ЛФВЭ

Семинары

Лаборатория физики высоких энергий им. В. И. Векслера и А. М. Балдина

Научно-методический семинар ЛФВЭ №7-2025

Дата и время: четверг, 15 мая 2025 г., в 10:00

Место: корп. 215, к. 347, Лаборатория физики высоких энергий им. В. И. Векслера и А. М. Балдина, онлайн в Volna

Ссылка для подключения онлайн

  1. Тема семинара: «Разработка и создание детекторной системы для исследования сверхслабого оптического излучения»

    Докладчик: Никита Дунин

    Аннотация:

    В докладе будет представлена разработанная в ФИАН в рамках проекта «Система детекторов оптического излучения» четырехканальная детекторная система на основе фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), предназначенная для регистрации сверхслабого фотонного излучения биологических объектов в спектральном диапазоне 290–600 нм. Будут рассмотрены ключевые характеристики системы, включая ее высокую чувствительность, низкий уровень шумов и устойчивость к внешним воздействиям, что делает ее применимой как в наземных исследованиях, так и в условиях полета на космической станции.

    Особенности разработанной детекторной системы сверхслабого фотонного излучения включают в себя:

    1. созданную компактную конструкцию с регистрацией фотонов для 4 каналов, в аэрокосмическом исполнении, предназначенную для интеграции с внешним биореактором, не имеющую аналогов по сочетанию габаритов, модульности и отношения сигнал/шум;
    2. наличие собственного устройства регистрации (аппаратно-программного комплекса), интегрируемого с детекторной системой на базе отечественного микроконтроллера «Миландр 1986BE92QI» со встроенным ПО, клиентским интерфейсом и возможностью удаленного мониторинга;
    3. нестандартное применение схемотехнических решений: использование схемы подключения фотокатода под нулевым потенциалом, предварительное формирование фронта сигнала на последнем диноде ФЭУ, применение схемы антисовпадений для подавления мюонного фона и реализации гальванической развязки через оптопары для улучшения отношения сигнал/шум.

    В заключительной части доклада будут обсуждаться перспективы применения основных результатов работы (одноканального детектора оптического фотонного излучения, четырехканальной детекторной системы и устройства регистрации для сбора данных) для прикладных исследований в ЛФВЭ ОИЯИ.


  2. Тема семинара: «Влияние нейтронного излучения на надежность платы разработки Cyclone V FPGA»

    Докладчик: Умна Гхонейм (ОИЯИ, Томский политехнический университет)

    Авторы: Умна Гхонейм (ОИЯИ, Томский политехнический университет), Сергей Мовчан, Илья Чепурченко, Рафаэль Исаев (ОИЯИ; Агентство инноваций и цифрового развития, Баку, Азербайджан), Кирилл Михайлов, Константин Удовиченко

    Аннотация:

    The Time Projection Chamber (TPC) is is the main tracker of the Multi-Purpose Detector (MPD). There are around 1500 Cyclone V FPGAs, which operate in radiation environments.

    In this study, the Kit Development Board with the FPGA Cyclone V «Deo Nano Soc Development Board», the closest match to the current electronic configuration in Time Projection Chamber (TPC), was irradiated with a neutron source at the Frank Laboratory of Neutron Physics at JINR, with remote control handled by the Quartus FPGA Firmware (written in Verilog HDL). The authors monitored the kit’s status and evaluated the stability of data transmission during irradiation.

    Radiation damage cannot be considered as physical damage for the electronics. It will affect the efficiency of the firmware and data transmission. Radiation-induced disruptions can affect the FPGA processor’s power supply module, potentially causing instability in its power sources. This may compromise the DE0-Nano SoC kit’s reliability and performance, leading to unpredictable behaviour, logic errors, or hardware damage. Additionally, degraded power or memory integrity can impair the ARM processor’s performance, making the board unsuitable for high-demand applications.

    In this study of the development board, various shielding materials, such as paraffin, borated polyethylene, and cadmium sheets, are applied to protect the entire board, USB (2 pc.), Micro-USB, and Ethernet links, only exposing the FPGA processor of the kit to irradiation.

    The main performance of the FPGA Cyclone V was estimated on the kit after being irradiated. The efficiency of the kit’s power with the USB inlet connectors has been estimated by describing their radiation hardness after finalizing the investigation, which has been greatly affected by the influence of irradiation.

    Added to that, analysis has been executed based on applying the silicon sensors covering the FPGA processor while being irradiated in order to estimate the fluence based on increased current leakage of silicon sensors (as irradiation damage for silicon).

    Silicon sensors placed over the FPGA processor during irradiation were used to estimate the neutron fluence.


  3. Тема семинара: «Разработка графического интерфейса для систем охлаждения и термостабилизации детекторов временной проекционной камеры (TPC) и электромагнитного калориметра (ECAL) многоцелевого детектора (MPD) в среде Master-SCADA 4D

    Докладчик: Умна Гхонейм (ОИЯИ, Томский политехнический университет)

    Аннотация:

    The author developed an interface (GUI) for control, monitoring, and data logging for cooling and thermal stabilisation systems of the TPC and ECAL detectors of the MPD Experiment using the Master-SCADA 4D Software and OPC protocol.

    All cooling systems are leakless, meaning that coolant pressure inside the MPD Detector must be lower than atmospheric pressure to prevent water leaks. Systems consist of about 110 channels. 76 channels are used for thermal stabilisation. Each channel consists of a water pressure reducer, an electric heater, temperature and pressure sensors, and a flow meter.

    A set of temperature sensors (250 pc) on the TPC are used to control water temperature in each channel using a multi-zone PLC.

    GUI which based on TIA–Portal and Master-SCADA allows for continuous instrumental and logical control (for detailed diagnostics and analysis of various cases) based on the data of the monitored parameters: temperature, pressure, coolant flow rate, coolant electrical conductivity, control level of the coolant, vacuum of each water vessel, and so on.

    Data logging and event messages (including system warnings and errors) is implemented as well. The author will discuss the stage the GUI design is at.