Spectrometers of Neutrons and Fast Atoms of Tokamak Thermonuclear Plasma Based on CVD Synthesized Diamond Single-Crystal Films

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

High radiation resistance, chemical inertness, the ability to operate at elevated temperatures, high mobility and efficiency of charge-carrier collection are important properties of diamond for designing detectors and spectrometers of ionizing radiation. Currently, diagnostics of neutrons and neutral particle fluxes based on diamond detectors for the ITER thermonuclear reactor are justified and developed. This work presents the results of a Raman spectroscopy and photoluminescence spectroscopy study of the electronic quality of synthesized epitaxial diamond films obtained by vapor deposition in a hydrogen and methane mixture in the ARDIS reactor on boron-doped single-crystal diamond substrates. To confirm their electronic quality, detectors have been made from films selected by spectrometric methods and the charge collection efficiency and energy resolution have been measured when irradiated with alpha particles from a 241Am source and 14.7 MeV fast neutrons from the ING-07T2 neutron generator.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. N. Kirichenko

Private Institution “ITER-Center”

Email: n.rodionov@iterrf.ru
Russian Federation, Moscow, 123098

A. V. Krasilnikov

Private Institution “ITER-Center”

Email: n.rodionov@iterrf.ru
Russian Federation, Moscow, 123098

N. B. Rodionov

Private Institution “ITER-Center”

Author for correspondence.
Email: n.rodionov@iterrf.ru
Russian Federation, Moscow, 123098

V. P. Rodionova

Private Institution “ITER-Center”

Email: n.rodionov@iterrf.ru
Russian Federation, Moscow, 123098

A. G. Trapeznikov

Private Institution “ITER-Center”

Email: n.rodionov@iterrf.ru
Russian Federation, Moscow, 123098

V. P. Yartsev

Private Institution “ITER-Center”

Email: n.rodionov@iterrf.ru
Russian Federation, Moscow, 123098

S. A. Meshchaninov

Private Institution “ITER-Center”

Email: n.rodionov@iterrf.ru
Russian Federation, Moscow, 123098

K. K. Artemev

Private Institution “ITER-Center”

Email: n.rodionov@iterrf.ru
Russian Federation, Moscow, 123098

R. A. Khmel’nitskii

Private Institution “ITER-Center”

Email: n.rodionov@iterrf.ru
Russian Federation, Moscow, 123098

V. N. Amosov

Private Institution “ITER-Center”

Email: n.rodionov@iterrf.ru
Russian Federation, Moscow, 123098

References

  1. Krasilnikov A. V., Azizov E. A., Khrunov V. S., Roque-more A.L., Young K. M. // Rev. Sci. Instrum. 1997. V. 68 (1). P. 553.
  2. Krasilnikov A. V., Amosov V. N., Van Belle P., Jarvis O. N. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2002. V. 476. № .1.
  3. Krasilnikov A. V., Nishitani T., Kaneko J., Sasao M. // Fusion Engineering and Design. 1997. V. 34. 35. P. 573.
  4. Амосов В. Н., Красильников В. А., Скопинцев Д. А., Мещанинов С. А., Красильников В. А. // Приборы и техника эксперимента. 2008. № 2. С. 108.
  5. Борисов А. А., Дерябина Н. А., Родионов Р. Н., Амосов В. Н., Красильников А. В., Рахманов А. Ю., Родионов Н. Б., Немцев Г. Е. // Приборы и техника эксперимента. 2014. № 2. С. 1.
  6. Rodionov R., Kumpilov D., Nemtcev G., Bertalot L., Vysokih J. // Fusion Engineering and Design. 2021. V. 173. P. 112874.
  7. Афанасьев В. И. Дисс. … докт. физ.-мат. наук. СПб: ФТИ им. А. Ф. Иоффе, 2010.
  8. Красильников В. А. Дисс. … канд. физ.-мат. наук. М.: ТРИНИТИ, 2013.
  9. Alekseyev A. G. // Rev. Sci. Instrum. 2003. V. 74. P. 1905.
  10. Родионов Н. Б., Амосов В. Н., Артемьев К. К., Мещанинов С. А., Родионова В. П., Хмельницкий Р. А., Дравин В. А., Большаков А. П., Ральченко В. Г. // Атомная энергия. 2016. Т. 121. № 2.
  11. Артемьев К. К., Родионов Н. Б., Амосов В. Н., Красильников В. А., Мещанинов С. А., Родионова В. П., Кедров И. В., Кузьмин Е. Г., Петров С. Я. // Приборы и техника эксперимента. 2019. № 3. С. 63.
  12. Амосов В. Н., Родионов Н. Б., Дравин В. А., Артемьев К. К., Мещанинов С. А. // Приборы и техника эксперимента. 2017. № 1. С. 120.
  13. Красильников А. В., Коновалов С. В., Бондарчук Э. Н., Мазуль И. В., Родин И. Ю., Минеев А. Б., Кузьмин Е. Г., Кавин А.А, Карпов Д. А., Леонов В. М., Хайрутдинов Р. Р., Кукушкин А. С., Портнов Д. В., Иванов А. А., Бельченко Ю. И., Денисов Г. Г. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. C. 970. https://doi.org/ 10.31857/S0367292121110196
  14. Артемьев К. К., Красильников А. В., Кормилицын Т. М., Родионов Н. Б. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. С. 1183
  15. Красильников А. В., Родионов Н. Б., Большаков А. П., Ральченко В. Г., Вартапетов С. К., Сизов Ю. Е., Мещанинов С. А., Трапезников А. Г., Родионова В. П., Амосов В. Н., Хмельницкий Р. А., Кириченко А. Н. // ЖТФ. 2022. Т. 92. С. 596.
  16. Verona-Rinati G. Dipartimento di Ingegneria Industriale Università di Roma “Tor Vergata” Radiation hard Diamond Detectors in Schottky diode, 2018 // ITER-HQ, Cadarache, France, 2018.
  17. Амосов В. Н., Мещанинов С. А., Родионов Н. Б. // Прикладная физика. 2011. № 4. С. 104.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The Raman spectrum of diamond film No. 1 when excited by a laser with a wavelength of 532 nm. The insert shows the deconvolution of the Raman spectrum. The result of deconvolution is shown in red, the original spectrum is black

Download (85KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Photoluminescence spectrum of diamond film No. 1 when excited by a laser with a wavelength of 532 nm.

Download (52KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Sensitive diamond element with applied contacts (a). Detector with a sensitive diamond element in a housing with pressure contacts (b).

Download (54KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Amplitude spectra of detectors on samples No. 1 (red), and No. 2 (blue) and E6 (No. 3, black) when irradiated with alpha particles of the 241Am source.

Download (106KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Amplitude spectra of detectors on samples No. 1 (red), and No. 2 (blue) and E6 (black) when irradiated with ING-07T2, 300 s, 5 cm to the target, 130 kV, 100 mA.

Download (76KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences