Научная тема: «ДЕТЕКТОРЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ФОТОДЕТЕКТОРЫ НА ОСНОВЕ ГАЗОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УМНОЖИТЕЛЕЙ»
Специальность: 01.04.01
Год: 2008
Отрасль науки: Физико-математические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Разработана методика детекторов излучений на основе газовых элек­тронных умножителей (ГЭУ). В частности, изучены физические принципы работы ГЭУ, на их основе разработана методика изготовления ГЭУ размером до 10x10 см и сборки из них трековых детекторов, а также методы примене­ния ГЭУ в детекторах высокого давления, криогенных детекторах и газовых фотодетекторах.
  2. Разработаны первые трехкаскадные газовые детекторы, а именно трехкаскадные ГЭУ, и решена фундаментальная проблема пробоев в треко­вых микроструктурных газовых детекторах с их помощью [33,53].
  3. Обнаружена и подробно исследована уникальная способность ГЭУ работать в чистых благородных газах с высоким газовым усилением [26,28,31,32], включая работу при высоких давлениях [36,38,39,43] и крио­генных температурах [44,45,46,47,48,49,50,52,54,57].
  4. Создан новый класс детекторов ионизирующих излучений, а именно класс криогенных двухфазных лавинных детекторов на основе ГЭУ, впервые стабильно работающих в режиме газового усиления [44,45,47,49,52,54,57].
  5. Разработана методика эффективных фотокатодов для УФ области для применения в газовых фотодетекторах, а именно Csl, Nal и Cul фотокатодов, включая методы их вакуумного испарения и термической обработки [4,5,6,7,8,15,20].
  6. Обнаружена и подробно исследована уникальная способность диэлек­трических нанопленок CsBr, Csl и Nal эффективно защищать фотокатоды для видимой области от воздействия кислорода [13,16,22,29], а органической пленки гексатриаконтан (п-С3бН74) - быть удаляемой с фотокатода [21].
  7. Разработаны и созданы первые газовые фотодетекторы на основе ГЭУ, в том числе с Csl фотокатодом, отпаянные и работающие в чистом CF4 [31,32,34,35,37].
  8. Созданы экспериментальные установки для исследования криогенных лавинных детекторов на основе ГЭУ, в том числе криогенных двухфазных лавинных детекторов.
  9. Создана экспериментальная установка для изготовления и исследова­ния композиционных фотокатодов для видимой области.
  10. Получены новые знания по следующим физическим явлениям и про­цессам из области физики регистрации излучений, которые могут быть ис­пользованы для создания принципиально новых приборов и методов экспе­риментальной физики: измерены ионизационные коэффициенты в плотных благородных газах: при комнатной температуре в Не, Ne, Ar, Кг и Хе - впервые в диапазоне давлений 1 - 15 атм, при криогенных температурах в Не и Ne - впервые в диапазоне температур 2 - 78 К [39,45,48,50,53]; впервые систематически исследованы ионные обратные токи в каскад­ных ГЭУ; построена модель явления [40,51]; измерено обратное рассеяние фотоэлектронов на Csl фотокатод в раз­личных газах [1,9,10,32,37,55]; наблюдён эффект подавления обратного рассеяния фотоэлектронов и почти полного восстановления квантового выхода фотокатода в СН4 и, впервые, в CF4; обнаружен эффект полного подавления обратного рассеяния фотоэлектронов при работе фотокатод­ного промежутка в лавинном режиме, причем вне зависимости от соста­ва газовой смеси; дано объяснение эффекта; обнаружено существенное усиление фотоэлектронной эмиссии из Csl фото катода в сильном электрическом поле; построена модель явления [3]; исследован транспорт фотоэлектронов через диэлектрические наноплен-ки, в частности, измерены длины пробегов фотоэлектронов в различных нанопленках, в большинстве из них- впервые [14,16,18,55]; изучены фотонные и ионные обратные связи в детекторах на основе ГЭУ [31,32,37,46,55].
Список опубликованных работ
1.Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R.., et al. Electric field effects on CsI quan¬tum efficiency in gas media // NIM. 1994. V.A344. P.537-546.

2.Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R., Vartsky D. Field enhanced response of a CsI photocathode to BaF2 and KMgF3 scintillation // NIM. 1994. V.A350. P.406-408.

3.Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R. Field enhancement of photoelectric and secondary electron emission from CsI // J. of Appl. Phys. 1995. V.77. P.2138-2145.

4.Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R. New ideas in CsI-based photon detectors: wire photomultipliers and protection of photocathodes // IEEE Trans.Nucl.Sci. 1995. V.42. P.298-305.

5.Berger H., Besson P., Bourgeois Ph., ..., Buzulutskov A., et al. Recent results on the properties of CsI photocathodes // NIM. 1995. V.A360. P.411-415.

6.Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R. Heat enhancement of the photoyield from CsI, NaI and CuI photocathodes // NIM. 1995. V. A366. P. 410-412.

7.Almeida J., Amadon A., Besson P., ..., Buzulutskov A., et al. Review of the devel-opment of Cesium Iodide photocathodes for application to large RICH detectors // NIM. 1995. V.A367. P.332-336.

8.Almeida J., Braem A., Breskin A., ..., Buzulutskov A., et al. Microanalysis surface studies and photoemission properties of CsI photocathodes // NIM. 1995. V. A367. P. 337-341.

9.Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R., et al. Field-dependent photoelectron ex-traction from CsI in different gases // NIM. 1995. V.A367. P.342-346.

10.Di Mauro A., Nappi E., Posa F., ..., Buzulutskov A., et al. Photoelectron back-scattering effects in photoemission from CsI into gas media // NIM. 1996. V.A371. P. 137-142.

11.Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R., Vavra J. Study of photocathode protec¬tion with thin dielectric films // NIM. 1996. V. A371. P. 147-150.

12.Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R. Photoemission from CsI/LiF and CsI/NaF films enhanced by exposure to water vapour // NIM. 1996. V. A372. P. 572-574.

13.Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R.., et al. Evidence for thin-film protection of visible photocathodes // Appl. Phys. Lett. 1996. V.69. P.1008-1010.

14.Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R. Photoemission through thin dielectric coating films // J. of Appl. Phys. 1997. V.81. P.466-479.

15.Vavra J., Breskin A., Buzulutskov A., et al. Study of CsI photocathodes: volume resistivity and ageing // NIM. 1997. V.A387. P.154-162.

16.Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R., et al. Protection of cesium-antimony photocathodes // NIM. 1997. V.A387. P.176-179.

17.Bondar A., Buzulutskov A., Nagaslaev V., et al. A semiconducting AlN coating for microstrip gas chambers // NIM. 1997. V. A394. P. 265-267.

18.Buzulutskov A., Shefer E., Breskin A., et al. The protection of K-Cs-Sb photo-cathodes with CsBr films // NIM. 1997. V.A400, P.173-176.

19.Buzulutskov A., Bondar A., Mironenko L., et al. Study of AlN coatings for micro-strip gas chambers // NIM. 1998. V.A409. V.33-36.

20.Shefer E., Breskin A., Buzulutskov A., et al. Laboratory production of efficient al-kali-antimonide photocathodes // NIM. 1998. V. A411. P. 383-388.

21.Breskin A., Buzulutskov A., Shefer E., et al. Removable organic protective coating for alkali-antimonide photocathodes // NIM. 1998. V.A413. P.275-280.

22.Shefer E., Breskin A., Buzulutskov A., et al. Composite photocathodes for visible photon imaging with gaseous photomultipliers // NIM. 1998. V.A419. P.612-616.

23.Bondar A., Buzulutskov A., Sauli F., Shekhtman L. High- and low-pressure opera-tion of the gas electron multiplier // NIM. 1998. V.A419. P.418.

24.Buzulutskov A., Breskin A., Shefer E., et al. Organic protective coatings for alkali-antimonide photocathodes // New Detectors. C. Williams and T. Ypsilantis (Eds.). Singa¬pore. World Scientific. 1999. P.195-202.

25.Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R., Garty G., Shefer E. Prospects with gase¬ous imaging detectors for UV and visible photons // New Detectors. C. Williams and T. Ypsilantis (Eds.). Singapore. World Scientific. 1999. P.203-212.

26.Bressan A., Buzulutskov A., Ropelewski L., et al. High gain operation of GEM in pure argon // NIM. 1999. V.A423. P.119-124.

27.Bressan A., Hoch M., Pagano P., …, Buzulutskov A., et al. High rate behavior and discharge limits in micro-pattern detectors // NIM. 1999. V.A424. P.321-342.

28.Buzulutskov A., Shekhtman L., Bressan A., et al. GEM operation in pure noble gases and the avalanche confinement // NIM. 1999. V.A433. P.471-475.

29.Shefer E., Breskin A, Chechik R., Buzulutskov A., et al. Coated photocathodes for visible photon imaging with gaseous photomultipliers // NIM. 1999. V.A433. P.502-506.

30.Breskin A., Boutboul T., Buzulutskov A., et al. Advances in gas avalanche pho-tomultipliers // NIM. 2000. V.A442. P.58-67.

31.Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R., et al. Further studies of the GEM pho-tomultiplier // NIM. 2000. V.A442. P.68-73.

32.Buzulutskov A., Breskin A., Chechik R., et al. The GEM photomultiplier operated with noble gas mixtures // NIM. 2000. V.A443. P.164-180.

33.Bachmann S., Bressan A., Ketzer B., …, Buzulutskov A. et al. Performance of GEM detectors in high intensity particle beams // NIM. 2001. V.A470. P.548-561.

34.Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R., et al. Sealed gas UV-photon detector with a multi-GEM multiplier // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2001. V.48. P.417.

35.Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R., et al. Sealed GEM photomultiplier with a CsI photocathode: ion feedback and ageing // Nucl.Instrum. and Methods. 2002. V.A478. P.225.

36.Bondar A., Buzulutskov A., Shekhtman L. High pressure operation of the triple-GEM detector in pure Ne, Ar and Xe // NIM. V.A481. P.200-203.

37.Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R. GEM photomultiplier operation in CF4 // NIM. 2002. V.A483. P.670-675.

38.Bondar A., Buzulutskov A., Shekhtman L., et al. Triple GEM operation in com-pressed He and Kr // NIM. 2002. V.A493. P.8-15.

39.Buzulutskov A. Physics of multi-GEM structures // NIM. 2002. V.A494. P.148- 155.

40.Bondar A., Buzulutskov A., Shekhtman L., Vasiljev A. Study of ion feedback in multi-GEM structures // NIM. 2003. V.A496. P.325-332.

41.Chechik R., Balcerzyk M., Breskin A., Buzulutskov A. et al. Progress in GEM-based gaseous photomultipliers // NIM. 2003. V.A502. P.195-199.

42.Mormann D., Balcerzyk M., Breskin A., ..., Buzulutskov A. GEM-based gaseous photomultipliers for UV and visible photon imaging // NIM. 2003. V.A504. P.93-98.

43.Aulchenko V., Bondar A., Buzulutskov A., et al. Further studies of GEM perform-ance in dense noble gases // NIM. 2003. V.A513. P.256-259.

44.Buzulutskov A., Bondar A., Shekhtman L., et al. First results from cryogenic ava-lanche detectors based on gas electron multipliers // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2003. V.50. P.2491-2493.

45.Bondar A., Buzulutskov A., Shekhtman L., et al. Cryogenic avalanche detectors based on gas electron multipliers // NIM. 2004. V.A524. P. 130-141.

46.Bondar A., Buzulutskov A., Pavluchenko D., et al. Further studies of GEM per-formance at cryogenic temperatures // NIM. 2004. V.A535. P.299-302.

47.Bondar A., Buzulutskov A., Pavluchenko D., et al. Further studies of two-phase krypton detectors based on Gas Electron Multipliers // NIM. 2005. V.A548. P.439-445.

48.Buzulutskov A., Dodd ]., Galea R., et al. GEM operation in helium and neon at low temperatures // NIM. 2005. V.A548. P.487-498.

49.Bondar A., Buzulutskov A., Grebenuk A., et al. Two-phase argon and xenon ava-lanche detectors based on Gas Electron Multipliers // NIM. 2006. V.A556. P.273-280.

50.Galea R, Dodd]., Ju Y„ ..., Buzulutskov A. et al. Gas Purity Effect on GEM Per-formance in He and Ne at Low Temperatures // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2006. V.53. P.2260-2263.

51.Buzulutskov A., Bondar A. Electric and Photoelectric Gates for ion feedback sup-pression in multi-GEM structures // Journal of Instrumentation. 2006. V.1. P08006. P.1-16.

52.Bondar A., Buzulutskov A., Grebenuk A., et al. A two-phase argon avalanche de-tector operated in a single electron counting mode // NIM. 2007. V.A574. P.493-499.

53.Бузулуцков А.Ф. Детекторы излучений на основе газовых электронных у-ножителей (обзор) // Приб. и техн. экспер. 2007. N. 3. С. 5-30. Instr. and Exp. Tech. 2007. V.50. P.287-310.

54.Bondar A., Buzulutskov A., Grebenuk A., et al. First results of the two-phase ar¬gon avalanche detector performance with CsI photocathode // NIM. 2007. V.A581. P.241-245.

55.Бузулуцков А.Ф. Газовые фото детекторы с твердыми фотокатодами (обзор) // Физ. элем. час. и ато. ядра (ЭЧАЯ). 2008. Т. 39. Вып. 3. С. 813-869. Phys. of Part. and Nucl. 2008. V.39. No.3. P.424-453.

56.Бузулуцков А.Ф. Физические основы работы каскадных газовых электронных умножителей (обзор) // Вестник НГУ. Серия физическая. 2008. Вып. 3.

57.Bondar A., Buzulutskov A., Grebenuk A., et al. Thick GEM versus thin GEM in two-phase argon avalanche detectors // Journal of Instrumentation. 2008. V.3. P07001. P.1-21.

58.Breskin A., Chechik R., Buzulutskov A. Protection of photocathodes with thin film of cesium bromide // World Intellectual Property Organization (WIPO) Patent No. WO9850934, Nov 12, 1998. European Patent No. EP0980580, Feb 23, 2000. United States Patent No. 6,531,816, Mar 11, 2003.

59.Di Mauro A., ..., Buzulutskov A., et al. CERN RD-26 Annual Status Report, De-velopment of Large Area Advanced Fast RICH Detectors for Particle Indentification at the LHC Operated with Heavy Ions // Report CERN/DRDC/94-49. 21 Dec. 1994.

60.Di Mauro A., ..., Buzulutskov A., et al. CERN RD-26 Annual Status Report, De-velopment of Large Area Advanced Fast RICH Detectors for Particle Indentification at the LHC Operated with Heavy Ions // Report CERN/LHCC 96-20. Feb. 1996.

61.Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R., Shefer E. Towards gaseous detectors for visible photons // ICFA Instrumentation Bulletin. Spring 1996 Issue. P.29-34. (Preprint SLAC-PUB-7175, 1996.)

62.Shefer E., Breskin A., Buzulutskov A., et al. Towards gaseous imaging photomul-tipliers for visible light // Proceedings of the Int. Europhysics Conference on High Energy Physics, Aug. 1997 (ed. Lellouch, Mikenberg and Rabinovici). Springer. 1998. P.1081-1085.

63.Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R., et al. The CsI multi-GEM photomultiplier // Proceedings of the Int. Workshop on Micropattern Detectors. Orsay, France. June 28-30, 1999. P.107-110.

64.Breskin A., Buzulutskov A., Chechik R., et al. On some effects in multi-GEM structures // Proceedings of the Int. Workshop on Micropattern Detectors. Orsay, France. June 28-30, 1999. P.139-142.

65.Killenberg M., ..., Buzulutskov A., et al. LC TPC R & D: a proposal to the DESY PRC, by LC TPC Group // Preprint DESY-PRC-RD-01-03, 2001.

66.Killenberg M., ..., Buzulutskov A., et al. A TPC for a future linear collider // Pre¬print LC-DET-2002-008, 2002.

67.Tsyganov E., Buzulutskov A., Antich P., et al. Triple GEM Structure for Medical Imaging // IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, Norfolk, VA, USA. 10-16 Nov. 2002. Conference Record. V.2. P.1 163-1166.

68.Bondar A., Buzulutskov A., Shekhtman L., Vasiljev A. Triple-GEM performance in He-based mixtures // Eprint http://arxiv.org/physics/0610059. 2006. Presented at Int. Conf. on Linear Colliders. Paris, April 19-23, 2004.

Литература

69.Sauli F. Principles of operation of multiwire proportional and drift chambers // In: Experimental Techniques in High Energy Physics, Edited by T. Ferbel. Reading, MA: Ad-dison-Wesley, 1987. Preprint CERN 77-09, 1977.

70.Sauli F., Sharma A. Micro-pattern gaseous detectors // Annual Review of Nuclear Particle Science. 1999. V. 49. P. 341.

71.Sauli F. A new concept for electron amplification in gas detectors // NIM. 1997. V.A386. P.531.

72.R & D Proposal. Development of Micro-Pattern Gas Detectors Technologies. Eds. M. Alfonsi et al. Preprint RD51 2008-001, 2008.

73.Ketzer В., Weitzel Q., Paul S., et al. Performance of triple-GEM tracking detec¬tors in the COMPASS experiment // NIM. 2004. V.A535. P.314.

74.Aulchenko V. M., Bondar A. E., Buzulutskov A. F., et al. Upgrade of the KEDR tagging system // NIM. 2002. V.A494. P.241.

75.Lami S., Latino G., Oliver! E., et al. A triple-GEM telescope for the TOTEM ex-periment // Eprint http://arxiv.org/physics/0611178/. 2006.

76.Alfonsi M., Bencivenni G., Bonivento W., et al. Fast triggering of high-rate charged particles with a triple-GEM detector // NIM. 2004. V.A535. P.319.

77.TPC R&D for an ILC Detector: Status Report from the ILC-TPC groups // Pro-posal PRC R&D-01/03 of the DESY Physics Review Committee. 2006. Интернет адрес http://www.desy.de/prc/.

78.Margate L.M.S., Fraga F.A.F., Fetal S.T.G., et al. Performance of an optical readout GEM-based TPC // NIM. 2004. V. A535. P. 231.

79.Fraga F.A.F., Margate L.M.S., Fetal S.T.G., et al. CCD readout of GEM-based neutron detectors // NIM. 2002. V.A478. P.357.

80.Aulchenko V.M., Bukin M.A., Grebenkin S.S., et al. A new one-coordinate gase¬ous detector for WAXS experiments (OD4) // NIM. 2007. V.A575. P.251.

81.J.L. Ju, J. Dodd, R. Galea et al. Cryogenic design and operation of liquid helium in an electron bubble chamber towards low energy solar neutrino detectors // Cryogenics. 2007. V.47. P.81.

82.Ereditato A., Rubbia A. The liquid Argon TPC: a powerful detector for future neutrino experiments and proton decay searches // Eprint http://arxiv.org/hep-ph/0509022. 2005.

83.Rubbia A. ArDM: a ton-scale liquid Argon experiment for direct detection of Dark Matter in the Universe // J. of Phys. Conf. Ser. 2006. V. 39. P.129.

84.Gai M., Alon R., Breskin A., et al. Toward Application of a Thick Gas Electron Multiplier (THGEM) Readout for a Dark Matter Detector // Eprint arxiv:0706.1106. 2007.

85.Barbeau P., Collar J.L, Miyamoto J., Shipsey L. Towards Coherent Neutrino De-tection Using Low-Background Micropattern Gas Detectors // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2003. V.50. P.1285.

86.Hagmann C, Bernstein A. Two-Phase Emission Detector for Measuring Coherent Neutrino-Nucleus Scattering // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2004. V.51. P.2151.

87.Fraenkel Z., Kozlov A., Naglis M., et al. A hadron blind detector for the PHENIX experiment at RHIC // NIM. 2005 V.A546. P.466.

88.Aprile E., Giboni K.L., Kamat S., et al. The XENON dark matter search: status of XENON10 // J. of Phys. Conf. Ser. 2006. V.39. P.107.