Новый технологический комплекс позитронной аннигиляционной спектроскопии для исследования наноструктурных материалов и диагностики, анализа и контроля присутствующих в них дефектов Начальник Управлени
СОДЕРЖАНИЕ: Новая технология также ориентирована на изучение, диагностику, анализ и контроль присутствующих в этих материалах дефектов. Основу проекта составляет высокоэффективный импульсный пучок медленных позитронов оборудованный специально разработанной многоцелевой установкойПРОЕКТ
Новый технологический комплекс
позитронной аннигиляционной спектроскопии
для исследования наноструктурных материалов и диагностики, анализа и контроля присутствующих в них дефектов
Начальник Управления развития поисковых
исследований и новых технологий
Федерального агенства по науке и инновациям
Ю.Ф. Козлов
Руководитель
Директор ИЯИ РАН ,
академик В.А. Матвеев
Ответственный исполнитель:
к.ф.м.н. С.Н. Гниненко
Авторский коллектив
Ю.М. Андреев, А.С. Белов, А.И. Берлев, С.Н. Гниненко,
Н. Камышникова, М.М. Кирсанов, Ю.Ф. Козлов,
Н.В. Красников, В.А. Матвеев,
И. Мологин, Л.А.Нечаева, А.С. Турбабин.
Институт ядерных исследований Российской Академии наук,
Москва, Россия
Настоящий проект посвящен разработке и созданию нового технологического комплекса позитронной аннигиляционной спектроскопии для исследования наноструктурных материалов, используемых в микроэлектронной, химической, авиационной и других отраслях отечественной индустрии. Новая технология также ориентирована на изучение, диагностику, анализ и контроль присутствующих в этих материалах дефектов. Основу проекта составляет высокоэффективный импульсный пучок медленных позитронов оборудованный специально разработанной многоцелевой установкой.
20 Февраля 2008 г.
Содержание
1. Введение
2. Позитронная спектроскопия наноструктурных материалов
3. Цель проекта и область применения
4. Разработка импульсного пучока медленных позитронов
5. Прототип комплекса и первые результаты
6. Фундаментальная физика позитрония
7. Образовательная программа
8. Сотрудничество
9. Примерная стоимость различных этапов проекта
10. Перечень необходимого оборудования на первом этапе
проекта
11. Бюджет и планы на первом этапе проекта
12. Литература
1. Введение
Позитрон - античастица электрона – был открыт Андерсоном в 1932 году, вскоре после того, как его существование было теоретически предсказано Дираком. Систематические исследования же с помощью позитронов началось только в 1949 году, когда де Бенедетти обнаружил отклонение от коллинеарности двух гамма-квантов, рождаемых в результате аннигиляции электрона и позитрона свидетельствующие о чувствительности этого процесса к скорости валентных электронов. С этого времени исследования разделились на две категории: фундаментальные исследования позитрона и прикладное материаловедение с использованием позитрона и атомов позитрония.
Основная идея лежащая в основе методов позитронной аннигиляционной спектроскопии материалов заключается в следующем. Когда позитрон попадает в плотную среду, он останавливается и аннигилирует с электроном с испусканием фотонов, чьи энергии, импульсы и времена испускания могут быть точно измерены. Скорость аннигиляции позитронов например, зависит от плотности волновой функции электронов в среде и следовательно является чувствительным пробником электронной структуры вещества. Таким образом, прецизионные измерения характеристик аннигиляционных гамма квантов отражают характеристики электронной структуры вещества. Основанная на таких измерениях технология стала уникальным инструментом в наноматериаловедении, быстро прогрессирующим в последние годы. Основными центрами нанопозитронной науки использующими импульсные пучки позитронов являются в настоящее время Вашингтонский Центр Материаловедений в США, сооружаемый комплекс в Розендорфе, ЕС(Германия) и Национальный институт технологий в Японии.Многие важные характеристики и свойства наноструктурных материалов, получающих все более широкое распространение, могут эффективно изучаться с помощью позитронной технологии. Более детально эти вопросы будут освещены в разделе 3.
Одной из проблем возникающих при использовании наноматериалов является необходимость диагностики, анализа и контроля уровня присутствующих в них дефектов. Позитронная аннигиляционная спектроскопия, основанная на использовании пучков моноэнергетических позитронов, на сегодняшний день является одним из лучших методов решающих эту задачу. Эта методика существенно дополняет такие известные и широко используемые методы изучения характеристик наноматериалов, как рентгеноструктурный анализ на основе синхротронного излучения, нейтронное рассеяние и ряд других. Методы позитронной нанонауки (термин сравнительно недавно появившийся в западной литературе) обладают уникальной чувствительностью, позволяющей разрешать дефекты имеющие размеры порядка нескольких Ангстрем. Сравнение различных методов , включая выше перечисленные , в зависимости от глубины залегания дефектов, их размеров и концентрации показано на Рис.1. Видно, что позитронная аннигиляционная спектроскопия занимает уникальную нишу среди методик используемых для определения размеров дефектов и явно доминирует в области методик исспользуемых для определения их концентрации.
Рис.1. Сравнение различных методик диагностики и исследования размеров (слева) и концентрации (справа) дефектов в наноматериалах в зависимости от глубины их залегания. Позитронно-аннигиляционная спектроскопия занимает свою нишу в группе технологий анализа наноструктурных дефектов. Обозначения соответствуют следующим методикам: XRS - рентгеноструктурный анализ на основе синхротронного излучения, nS – нейтронное рассеяние, TEM – просвечивающий электронный микроскоп, OM – оптический микроскоп, STM – сканирующий тунельный микроскоп, AFM – микроскоп на основе атомных сил. Область очерченная зелёным прямоугольником относится к потребностям современной микроэлектронной промышленности в уровне диагностики дефектов в интегральных чипах.
В данном Проекте предлагается разработка и создание новой технологии прецизионных измерений с помощью позитронов и атомов позитрония на базе специально сконструированной для этих целей установки, использующей высокоэффективный импульсный позитронный пучок. Краткое описание установки приведено в разделе 4.
Характеристики новой схемы импульсного позитронного пучка позволяют использовать его при определении параметров образцов тех материалов, которые являются весьма важными в современной микроэлектронной и химической индустрии. В частности, представляет интерес изучение полимерных поверхностей, субмикронных тонких пленок пористого кремния. Промышленный и экономический аспекты Проекта, обсуждаемые в разделе 5, имеют особую ценность. Привлекательность образовательной программы Проекта (см. раздел 6) в том, что он требует высокого уровня знаний многих дисциплин наряду с высокой степенью их интеграции в едином проекте.
Настоящий проект может также касается фундаментальных вопросов физики элементарных частиц. Считается, что новые результаты в физике элементарных частиц могут быть получены только в области очень высоких энергий. Однако и в области низких энергий можно ожидать новых результатов в прецизионных экспериментах. С точки зрения такого подхода значительный интерес представляет ортопозитроний (o – Ps, триплет e+e- - связанное состояние). Например, недавно было показано, что эксперименты по поиску невидимых распадов ортопозитрония с уровнем чувствительности по этому каналу порядка 10-8 – 10-9 имеют существенный потенциал открытия. Экспериментальное обнаружение такого распада означало бы проявление процессов новой физики – либо дробных зарядов, либо сверхразмерности, либо легкого калибровочного бозона. Другими интересными экспериментами с ортопозитронием могут являться такие, как проверка поправок квантовой электродинамики (КЭД) высшего порядка к скорости его распада, поиск нарушения фундаментальных симметрий в аннигиляции позитрония, проверка гравитации антиматерии при свободном падении позитрония, возможность наблюдать позитронный конденсат Бозе-Эйнштейна и др. Среди них одним из наиболее привлекательных является поиск темной материи зеркального типа.
Важно отметить, что проект основан на многолетнем успешном опыте работы в сотрудничестве с учеными и инженерами как из Российских Институтов , так и со специалистами из Франции и Швейцарии, обладающими высоким уровнем подготовки по всем аспектам Проекта (см. раздел 7). Детали плана и оценочная стоимость Проекта описаны в разделе 8.
В настоящее время в США и в Японии количество лабораторий, использующих аналогичные установки меньшего масштаба также заметно превышает их число в Европе, где такие исследования ведутся в основном в Германии. Отметим отсутствие пульсирующих пучков медленных позитронов в таких странах как, например, Франция или Канада.
1. Позитронная спектроскопия наноструктурных материалов
По своей природе позитроны весьма чувствительны к дефектам в объеме среды и могут использоваться для определения как их типа, так и их концентрации. Кроме того, позитроны взаимодействуют с поверхностью твердого тела разным образом и вследствие этого являются ценным инструментом в области физики поверхности.
Тем не менее, возможности позитронов в качестве инструмента для изучения сплошных сред долгое время были достаточно сильно ограничены из-за широкого энергетического распределения позитронов бета-распада, которые использовались в то время. И только в начале 70-х прорыв в технологии позволил получить относительно интенсивные моноэнергетические пучки медленных позитронов. Их использование дает возможность исследовать как поверхности, так и дефекты в объеме материалов. В настоящее время пучки медленных позитронов используются во многих методах анализа сплошных сред, а также и в непосредственно позитронных приложениях. Среди используемых методов можно выделить следующие: дифракция позитронов низкой энергии (LEPD – Low Energy Positron Diffraction), спектроскопия с позитронной аннигиляцией на наведенном оже-электроне (PAES – Positron annihilation – induced Auger-Electron Spectroscopy), спектроскопия потерь энергии переизлученного позитрона (REPELS – Reemitted-Positron Energy-Loss Spectroscopy), угловая корреляция излучения аннигиляции (ACAR – Angular Correlation of Annihilation Radiation), спектроскопия допплеровского уширения (DBS – Doppler Broadening Spectroscopy), спектроскопия времени жизни позитрона до аннигиляции (PALS - Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy) и спектроскопия переизлученного позитрона/позитрония (RPS – Reemitted Positron or Positronium Spectroscopy).
Традиционно PALS является аббревиатурой для спектроскопии времени жизни позитрона до аннигиляции, но используется также и для спектроскопии времени жизни позитрония до аннигиляции. Позитрон во всем идентичен электрону, за исключением заряда. В изоляторе позитрон может связывать электрон и образовывать подобный водороду атом, называемый позитронием. Как нейтральный атом, позитроний очень чувствителен к открытому объему, и метод PALS использовался для изучения нанопустот и нанопористых структур и связанных с ними свойств в полимерах и других изоляционных материалах. В методе PALS используются либо позитроны, излучаемые радиоактивным изотопом (т.н. классический PALS), либо позитроны интенсивного импульсного пучка с энергией в диапазоне 1 – 50 кэВ.
В классической установке PALS стартовый сигнал выдается по гамма-кванту, излученному вместе с позитроном в радиоактивном источнике (обычно это 22 Na). Стоповый сигнал выдается по гамма-кванту аннигиляции. К достоинствам этого метода PALS можно отнести высокий темп счета событий и относительную простоту установки. Недостаток метода в том, что позитроны проникают довольно глубоко, и глубина проникновения не контролируется, так что с помощью этого метода удается определять лишь усредненные характеристики образца. Такой метод подходит для изучения образцов большого объема, но не для тонкопленочных
В противоположность классическому методу PALS, спектроскопия с применением пучка имеет возможность контролировать глубину проникновения позитрона в образец, что является ее основным достоинством. Это обеспечивается изменением энергии падающего пучка. В качестве иллюстрации отмртим, что например характерная глубины проникновения позитронов с энергией 1 кэВ для образца плотностью 1 г/см3 . составляет величину 100 нм. Исследовать образцы по глубине можно, меняя энергию пучка и, следовательно, глубину проникновения. Эта отличительная черта метода позволяет вести анализ поверхностей, а также тонких и неоднородных пленок.
Стартовый сигнал в данном случае вырабатывается либо импульсной системой позитронного пучка, либо вторичными электронами при попадании пучка позитронов на поверхность образца. В первом случае, несмотря на хорошие получаемые характеристики, высокая стоимость и большая сложность такой системы делает ее неприемлемой для небольших лабораторий. Второй случай прост и относительно недорог. Он основан на использовании подходящего детектора для регистрации вторичного электрона и выработки стартового сигнала. Стоповый сигнал вырабатывается при регистрации гамма-кванта аннигиляции, как и в классической PALS. Оба метода относительно новы, но кажутся весьма перспективными, особенно при исследовании пустот в тонких пленках. Они применялись в изучении распределения размера объемных дырок в различных тонкопленочных материалах (таких как полимеры, пористая окись кремния и т.п.) в зависимости от давления, температуры и других внешних условий. В недавних исследованиях, как сообщалось, спектроскопия с применением пучка с успехом применялась при изучении размера пор в диапазоне от 0,3 нм до 100 нм в пористых пленках толщиной менее 0,1 мкм. Еще одним применением данного метода может служить исследование дефектов, типичный пример которых показан на рис.2.
Рис.2. Схематичное изображение локализации дефектов
(вакансии, дислокации, пустоты, трещины, ...) в
образце. См. также рис. 3.
Спектры, полученные в экспериментах с PALS, обычно представляют собой сумму экспоненциально падающих функций, каждая из которых описывает аннигиляцию позитронов определенного состояния в образце (см. рис.4). Аннигиляция позитрона и позитрония представлена в спектре времени жизни по меньшей мере тремя экспонентами, которые характеризуют скорость аннигиляции позитронов и пара- и ортопозитрония в образцах материала.
Рис.3. Расположение дефекта определяется заданием энергии и размера пучка, при этом позитроны концентрируются в объеме масштаба ~ r2 d, где r ~ 1 мм и d ~ 10 нм.
Ортопозитроний как наиболее долгоживущее состояние после своего формирования проникает в места с низкой плотностью электронов, то есть в полости и дыры тонких пленок. Аннигиляция ортопозитрония подразумевает процесс сброса электрона в полость или в поры стенки. Важно, что время
Рис.4. Спектроскопия времени жизни позитронной аннигиляции. Вероятность распада в зависимости от времени попадания позитрона в образец определяется двумя константами: одна соответствует времени жизни в сплошной среде, а вторая – в дефектах. Относительные амплитуды двух сигналов дают плотность дефектов в материале, а по времени жизни позитронов в дефектах можно определять их размер.
жизни ортопозитрония в образце прямо коррелирует с радиусом Rf дырок в объеме образца. Например, в т.н. режиме Тао-Элдрупа время зависит от радиуса следующим образом:
t = 0,5 [1 – Rf / (Rf + 1,66) + sin(2 Rf / (Rf +1,66) ) / 2]-1
Следовательно, это соотношение дает ключевую физическую информацию о пустотах в тонких пленках. Как можно видеть из этого соотношения, для достижения чувствительности к размеру пор порядка 0,1 – 1 нм необходимо иметь время жизни порядка нескольких наносекунд.
Другой метод, спектроскопия допплеровского уширения DBS, характеризуется измерением ширины пика энергии аннигиляции 511 кэВ с помощью детектора на основе высокочистого германия. Метод весьма чувствителен к концентрации дефектов (например, в полупроводниках). В настоящее время существенная доля измерений, выполняемых с пучками позитронов, приходится на эти два метода – PALS и DBS.
3. Цель проекта и область применения в наноматериаловедения
Первоначально развивавшаяся для экспериментов фундаментальной атомной физики, техника медленных позитронных пучков в последние годы испытывает сдвиг в сторону важных промышленных приложений, число которых растет с каждым днем. Благодаря тому, что позитроны наиболее чувствительны к изменению плотности электронов в среде, такая техника стала в физике сплошных сред и в химии уникальным инструментом для изучения как фундаментальных, так и прикладных проблем. Становится все более заметной эволюция техники позитронных пучков к фазе коммерческой эксплуатации.
В наши дни нанопористые материалы привлекают исключительное внимание благодаря своим многочисленным потенциальным применениям, которые включают тонкие пленки с низкой диэлектрической постоянной в микроэлектронике, мембраны и избирательные фильтры в биотехнологии, катализаторы в химической инженерии – и этим список отнюдь не ограничивается. Далее описывается применение методов позитронной аннигиляции для некоторых приложений.
Целью проекта является разработка и реализация методов изучения наноструктурных материалов, а также диагностики, анализа и контроля присутствующих в них дефектов на основе позитронной аннигиляционной спектроскопии, позволяющей достичь пространственного разрешения и глубины сканирования вплоть до 0,1 нм в сочетании с высокой, вплоть до уровня 10–6 на атом, чувствительностью к концентрации дефектов
Разработанный диагностический и измерительный комплекс ориентирован на эффективное применение в самых широком диапазоне областей от медицины до космической промышленности использующих нанотехнологии и является конкурентоспособными на мировом рынке. Примерами возможного применений являются:
- микроэлектроника: метрология нанопористых диэлектрических пленок, например, пористого кремния, для быстродействующей микроэлектроники; дефектоскопия микроэлектронных устройств, окисных пленок, переходов окисел-полупроводник, диагностика многослойных структур типа кремний-диэлектрик, контроль МОП-структур и т.д.
- изучение деградации и старения полимерных покрытий для авиационной, космической, атомной и химической промышленности; изучение полимерных мембран для сепарации газов, определение в образцах уровня концентрации дефектов с размерами порядка 0,1 нм и т.д.
- металлургии: дефектоскопия металлургических материалов, изучение сверхтонких защитных покрытий, контактов, полученных напылением, сенсоров и т.д.
В числе интересных и долгосрочных проектов по использованию аннигиляции позитронов, отметим проекты связанные с накоплением макроскопического количества позитронов для создания мощных гамма лазеров, а также устройств имеющих не гражданское применение.
3.1. Метрология нанопористых тонких пленок
Такие пленки были созданы в последнее время в качестве промежуточного низкодиэлектрического изолятора для использования в перспективных устройствах быстродействующей электроники. Пустоты формируются в таких пленках для того, чтобы получить высокую степень пористости и, следовательно, получить более низкую диэлектрическую постоянную материала. Такие характеристики пор, как средний размер и распределение по размеру, являются весьма важными при изготовлении пленок, но вместе с тем их очень трудно измерить традиционными методами.
Развивающаяся область инженерной нанопористости (контроль пор от нескольких ангстрем до десятков нанометров) требует существенного улучшения технологии измерения пор, поскольку имеется не так много способов их измерить, особенно в тонких пленках, когда поры закрыты и не могут быть исследованы с помощью технологий поглощения газа.
Оказалось, что спектроскопия времени жизни позитрона до аннигиляции PALS является мощным методом, способным успешно исследовать незаполненные объемы наномасштаба (как открытые, так и замкнутые), такие как нанопустоты, нанопоры или дефекты в широком диапазоне размеров (от 0,3 нм до 30 нм). Кроме того, спектроскопия PALS с использованием пучка позволяет изучать по глубине очень тонкие пленки (толщиной от нескольких нанометров до нескольких микрон). В качестве характерного применения технологии PALS можно указать широкомасштабные исследования нанопористых тонких пленок с низкой диэлектрической постоянной, где полностью проявляются преимущества этой технологии при изучении характеристик пор размера нанометров. Такая методика применима и к множеству других материалов.
Рис.5. Пример пористой пленки окиси кремния, полученной в Институте Проблем Технологии Микроэлектроники (Черноголовка), вид сверху в электронный микроскоп. Для оценки размера пор образца показан масштаб 2 мкм.
Как уже было сказано, изучение профиля толщины тонких пленок с помощью спектроскопии PALS на основе позитронного пучка является весьма перспективным для метрологии таких пленок. Пример пористой окиси кремния, выращенной в Институте Проблем Технологии Микроэлектроники (Черноголовка), показан на рис.3. Можно сравнить разрешение размеров пор, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа и с помощью технологии PALS на основе пучка (см. рис. 6). Видно, что чувствительность PALS гораздо выше 10 нм.
Рис.6. Размер пор как функция времени жизни ортопозитрония, полученная с помощью технологии PALS на основе пучка при различных температурах образца.
3.2. Дефектоскопия микроэлектронных устройств
Методы позитронной аннигиляции на основе использования моно-энергетического пучка медленных позитронов в настоящее время становится одним из лучших методов исследования и контроля дефектов в материалах вследствие высокой степени чувствительности. Например, высокая чувствительность метода при изучении концентрации дефектов с помощью изменения энергии моноэнергетического пучка позитронов (см. рис.1) делает его уникальным диагностическим и исследовательским инструментом с большим будущим, который идеально подходит для изучения тонких пленок и многослойных структур, используемых в современной промышленности.
3.3. Полимеры
Как уже обсуждалось в разделе 2, с помощью метода PALS можно измерить распределение плотности электронов в образце посредством измерения спектра времени жизни позитронов. Этот метод является мощным инструментом изучения случайно распределенных по объему дефектов, в частности, распределения пустот в полимерных материалах, которые так широко применяются в промышленности. Метод PALS относительно нов и имеет большие перспективы, особенно в изучении пустотных образований в тонких пленках. Сравнительно недавно этот метод стали применять и для определения размера распределенных по объему пустот в зависимости от условий создания полимеров – температуры, давления и т.п.
Изменение энергии пучка в методе PALS позволяет менять глубину его проникновения в материал, тем самым открывая возможность изучения структуры поверхностных слоев. Изучение свойств поверхности полимерных материалов очень важно для множества промышленных применений – таких как полимерные покрытия, адгезия, сепарация газов и т.д. В частности, в последнее время проявляется заметная активность в использовании методов позитронного контроля в авиационной и космической промышленности при изучении различных покрытий и поведения их свойств в процессе эксплуатации.
4. Разработка импульсного пучка медленных позитронов
(ИПМП).
В настоящем разделе описывается прототип установки ИПМП. Предлагается построить такую установку, имея двоякую цель: внести существенный вклад в решение фундаментальных проблем физики элементарных частиц и, основываясь на опыте фундаментальных исследований, разработать прикладные технологии для материаловедения, в частности, для дефектоскопии полимеров, тонкопленочных полупроводниковых структур и различного рода покрытий.
Опыт создания прототипа установки ИПМП показывает, что она должна обладать следующими характеристиками:
· простая и сравнительно недорогая конструкция, все составные части которой могут быть изготовлены в течение года;
· большинство элементов конструкции находится вне вакуума;
· диапазон энергий пучка 50 эВ - 50 кэВ;
· длительность импульса на мишени: 2-4 нс или 0,2-0,3 нс;
· частота повторения: 0,3 – 10 МГц;
· максимально возможная длительность начального импульса;
· небольшое время откачки вакуумной системы;
· полностью автоматическая и компьютеризированная система управления пучком.
Позитронный пучок с такими параметрами может быть получен на установке, схема которой показана на рис.7.
Рис.7. Схема импульсной системы медленного позитронного пучка.
Быстрые позитроны генерируются интенсивным источником 22 Na. Медленные позитроны с энергией » 3 эВ (при ширине распределения DE » 0,5 эВ) образуются благодаря процессу замедления в вольфрамовой фольге, расположенной вблизи источника. К модератору, изготовленному из вольфрамовой фольги, прикладывается потенциал (500-1000)В для достижения позитронами необходимой энергии в районе детектора. Позитроны, направляемые магнитным полем напряженностью около 70 Гс, создаваемым магнитными катушками, транспортируются от модератора к детектору.
Импульсная структура пучка медленных позитронов, случайным образом излучаемых источником, создается сначала прикладыванием электрического поля между модератором и сеткой заземления прерывателя, а затем варьированием электрического поля между дрейфовой трубой и зазорами группирователя импульсов с тем, чтобы настроить время пролета позитронов между модератором и мишенью на определенные моменты времени. Необходимые сдвиги импульсов обеспечиваются генератором с задаваемой формой импульса (ЗФИ - AWG) и постусилителем (PA), характеристики которых зависят от интервала времени сбора позитронов (» 300 нс), фактора компрессии (» 100) и от длины пучковода (» 150 см).
Начальные позитронные импульсы длительностью 300 нс формируются сеткой прерывателя, расположенной на расстоянии 1-2 мм от фольги модератора. Импульсное напряжение с амплитудой около +5В, приложенное к сетке прерывателя относительно фольги модератора, останавливает медленные позитроны с энергией около 3эВ, излученные этой фольгой. Быстрые позитроны убираются из пучка анализатором скорости/энергии (соленоид в виде четверти окружности, размещенный сразу за прерывателем). Когда приложенное к сетке прерывателя напряжение равно нулю, позитроны проходят через сетку и затем ускоряются в зазоре между сеткой и первой дрейфовой трубой до энергии V0 = 60эВ за счет напряжения, приложенного к первой дрейфовой трубе относительно сетки прерывателя. Таким способом получаются импульсы позитронов длительностью 300 нс. Импульсы напряжения прерывателя могут быть получены с помощью стандартного генератора сигналов.
Далее в зазоре между первой дрейфовой трубой и трубой группирователя энергия позитронов в 300-наносекундном импульсе модулируется нелинейным импульсным напряжением, приложенным к трубе группирователя относительно дрейфовой трубы. Длина трубы группирователя определяется длиной пролета позитронов с энергией V0 за время длительности импульса. Для начальной энергии позитронов 60 эВ и длительности импульса 300 нс получается длина L = 140 см. Во втором зазоре, между трубой группирователя и второй дрейфовой трубой, позитроны вновь приобретают энергию модуляции благодаря напряжению, приложенному к трубе группирователя относительно второй дрейфовой трубы.
Импульсы напряжения группирователя с амплитудой +/-50В и временем нарастания 300 нс могут быть получены с помощью генератора с задаваемой формой импульсов и быстрого постусилителя. Форма импульса напряжения важна для конечного фактора компрессии позитронного импульса. Форма импульса для группирователя с двумя зазорами может быть рассчитана. Подобранный по форме специальным образом, импульс напряжения устраняет аберрации группирователя и позволяет получить высокий коэффициент компрессии для длительности позитронного импульса. В соответствии с теоремой Луивилля, коэффициент компрессии в данном случае будет определяться отношением дисперсий конечной и начальной энергии в импульсе пучка позитронов. Экспериментально измеренная дисперсия начальной энергии замедленных позитронов – около 0,5эВ. Принимая во внимание, что модуляция конечной энергии в таком группирователе с двумя зазорами равна 200 эВ, получаем ожидаемый коэффициент компрессии выше фактора 100.
Длина трубы группирователя Lbt определяется начальной длительностью импульса позитронов и начальной скоростью позитронов. Для данных параметров длина Lbt = 140 см. Формирование импульса позитронов продолжается затем и во второй дрейфовой трубе, длина которой примерно 160 см.
Наконец, позитроны ускоряются до энергии 500-1000 эВ в зазоре между второй дрейфовой трубой и заземленной диафрагмой и проходят в район детектора, где длительность импульса, измеренная на полувысоте амплитуды, должна быть минимум 3 нс. Позитронные импульсы субнаносекундного диапазона, также используемые в материаловедении, могут быть получены с помощью подобной установки, которая потребует некоторой модификации.
Такая схема, но менее экономичная, на наш взгляд, была недавно реализована группой H.Ijiima (NIM, A483 (2002) 641). Они использовали импульсы прерывателя длительностью 50 нс и максимальную амплитуду импульсов группирователя 80 В после постусилителя (1000 Вт, 350 МГц, T142-5059 A, Thamway, Япония) и генератора ЗФИ (Sony-Tektronix, AWG 510, 1 ГГц, 3 В, 12 бит). Мы полагаем, что значительное улучшение этой системы для части собираемых позитронов может быть достигнуто за счет увеличения длительности напряжения группирователя в 3-4 раза и использования схемы группирователя с двумя зазорами. Мы планируем использовать постусилитель высокой мощности 250A250AM1 (500 Вт, Research Amplifier, США).
Профиль времени инжекции медленных позитронов в мишень, формирующую ортопозитроны, и его стабильность измеряется с помощью микроканальной платы (МКП), которая нечувствительна к фотонам аннигиляции. Планируется использовать МКП F4655-12 (Hamamatsu), которая имеет эффективность детектирования около 60% в диапазоне энергии позитронов 500-1000 эВ и время отклика примерно 150 нс. МКП используется и для измерения интенсивности пучка.
Экспериментальные разработки, применяемые в данном проекте, таковы:
· Создание и эксплуатация высокоэффективного субнаносекундного импульсного пучка позитронов переменной энергии; применяется полностью компьютеризированное управление пучком. Предварительные исследования на прототипе пучка, основанные на новом методе модуляции скорости позитронов в коаксиальном группирователе с двумя зазорами, показали перспективные результаты. Коэффициент компрессии пучка в этом случае примерно в 6 раз лучше, чем достигнутый недавно японской группой.
· Ультравысокий вакуум, турбинные и ионные насосы, оптика пучка.
· Детекторы для измерения времени жизни позитрона, счет одиночных импульсов (100 МГц), техника совпадений, компьютерная автоматизация эксперимента. Мы начали предварительные работы с целью изучить возможности и основные свойства быстрого гамма-детектора, основанного на RPC. Чрезвычайно высокое временное и позиционное разрешение RPC дает нам основание изучить возможность их применения в позитронной томографии.
· Моделирование методом Монте Карло: оптика пучка и транспортировка частиц; RF электроника, взаимодействие частиц и отклик детектора.
· Методика анализа, гистограммирование, программы фитирования. Целью является изучение факторов, влияющих на точность анализа спектров времени жизни позитронов: временное разрешение, функция отклика детектора, уровень фона и т.п.
5. Прототип комплекса и первые результаты
В течении 20032007 гг. ИЯИ РАН в сотрудничестве со Швейцарским Технологическим Институтом в Цюрихе (ETH, Zurich), при участии LAPP (Annecy, France) и Технологического Университета Савоий (LMOPS, le Burget du Lac, France) создан прототип установки для Компексного исследования наноматериалов методами позитронной аннигиляционной спектроскопии на основе пульсирующих пучков медленных позитронов , см. Рис. 8.
Рис. 8 Фотография прототипа импульсного пучка медленных позитронов сотрудничества Институт Ядерных Иссследований РАН – Федеральный Технологический Университет (Цюрих) расположенного в ЦЕРНе.
Также разработан и запущен в эксплуатацию прототип спектрометра для прецизионного измерения времени аннигиляции позитронов в исследуемых образцах. Спектрометр позволяет проводить измерения на непрерывном пучке позитронов с магнитной транспортировкой в диапазоне энергий от 1 до 15 кэВ.
На фотографии Рис. 8 показаны шесть катушек, обеспечивающих приводящее аксиальное магнитное поле для транспортировки позитронов. Безусловно, идеальная магнитная транспортная система состояла бы из одного большого соленоида, в котором размещена аппаратура пучка. Такой вариант тоже рассматривался, но оказалось, что конструктивные и технические сложности, а также резко возросшая стоимость, перевешивают все выгоды системы с одним соленоидом.
Камера в конце пучковода и сам пучковод электрически изолированы, так что изменение энергии пучка достигается простым изменением потенциала камеры относительно пучковода до желаемой величины.
Процесс компрессии начальной длительности пучка в 270 нс как функция амплитуды усилителя с шагом 10 В показан на рис.9. Конечная форма импульса пучка показана на рис.10. Ширина импульса около 2 нс, что соответствует коэффициенту компрессии, превышающему 100 – результат, более чем в пять раз лучше, чем полученный недавно японской группой.
Рис.9. Процесс сжатия пучка как функция амплитуды усилителя с шагом 10 В. Показаны осциллограммы соответствующих импульсов.
Рис.10. Осциллограмма конечной формы импульса пучка.
Характеристики спектрометра позволяют в настоящее время проводит предварительные тестовые измерения образцов изделий микроэлектронной и химической промышленности, а также приступить к созданию компактного автоматического промышленного образца измерительного комплекса.
В сотрудничестве с CEA Microelectronics (Grenoble, France) получены первые результаты по исследованию характеристик нанопористых материалов с низкой диэлектрической постоянной на основе кремния активно разрабатываемых в настоящее время для создания микроэлектроники третьего поколения. Показана возможность исследованния различных полимеров с помощью разработанной методики. Результаты измерений хорошо согласуются с данными получеными на аналогичных образцах в Вашингтонском Центре Материаловедения. Примеры временных спектров аннигиляции позитронов измеренных в наноструктурных полупроводниковых образцах микроэлектронной промышленности показаны на Рис. 12.
Рис.11 Фотография RF- и измерительной электроники прототипа ИПМП.
Рис.12 Спектры временной позитронной аннигиляции в наноструктурном образце пористого кремния, показанном для иллюстрации на вставке. Анализ спектров позволяет получит средний размер пор около 10 Ангстрем и эффективное значение диэлектрической постоянной образца, к » 2.7 (см. нижний график).
6. Фундаментальная физика позитрона
Хотелось бы отметить возможности проекта в области фундаментальной физики, которые в основном связаны с поиском неожиданных явлений за пределами Стандартной Модели. Экспериментальная программа и ее теоретическое обоснование рассматривались на Рабочем совещании по физике позитрония, проходившем в Цюрихе (Швейцария) 30-31 мая 2003 г. под эгидой Швейцарского федерального института технологии (ETH). Предлагаемая программа представляет большой интерес для астрофизики и космологии. Она включает следующие пункты:
· Эксперимент по невидимому распаду ортопозитрония. Существование эффекта предсказывается в моделях типа Рэндалла-Сандрема с большими сверхразмерностями. Это предполагает дополнительное направление изучения сверхразмерностей в неускорительных экспериментах. Первые шаги в этом направлении уже делаются. Похожее предложение рассматривается Группой по изучению слабых взаимодействий в Беркли. Другая цель такого эксперимента – поиск частиц с дробным зарядом, причем ожидаемая чувствительность эксперимента выше достигнутой недавно на ускорителе SLAC (США).
· Эксперимент по поиску темной материи зеркального типа через осцилляции ортопозитрония в вакууме. Предсказывается, что эффект существует, если четность является нарушением симметрии Природы. Одна из целей эксперимента – достичь необходимой чувствительности в области параметров ниже космологических ограничений, указанных С.Глэшоу.
· Прецизионные измерения распада ортопозитрония в вакууме. Эта проблема существует уже долгое время. Точность недавно проведенных вычислений в рамках КЭД примерно в сто раз лучше точности эксперимента, проведенного группой Мичиганского университета под руководством проф. Д.Гидли. Цель настоящего эксперимента – повысить точность до уровня поправок второго порядка малости, рассчитанных к данному моменту. Проблема важна для расчетов по кварконию в рамках квантовой хромодинамики (КХД).
· Проверка нарушения C-, CP-, CPT-симметрии и предсказаний КЭД в редких модах аннигиляции позитрония. Программа эксперимента связана с возможным нарушением таких симметрий в лептонном секторе. Подобная программа рассматривается в Калифорнийском университете, Беркли, и в Отделении ядерной физики Лоуренсовской национальной лаборатории (США) под руководством проф. С.Фридмана.
Группа ИЯИ РАН сотрудничает с группой Швейцарского федерального института технологии, Цюрих, под руководством проф. А.Руббиа и с группой LAPP (Анси, Франция). Результаты предварительных работ по описанной тематике явились предметом для защиты нескольких диссертаций.
7. Образовательная программа
Примечательной чертой Проекта является уникальная возможность сочетания в одном месте исследований по многим дисциплинам. Действительно, с одной стороны, студенты включаются в фундаментальные исследования субструктуры материи на глубоком уровне, это дает студентам солидную образовательную базу. Проект не только предоставляет новый мощный инструмент для анализа структуры материи, но и открывает широкие образовательные возможности наряду с перспективой научных открытий.
В настоящее время в исследованиях по Проекту принимают участие три аспиранта, которые, как ожидается, будут активно работать на всех стадиях Проекта – от концепции и дизайна до завершения и конечных результатов. Предварительные результаты исследований легли в основу подготовленных участниками групп диссертаций.
С другой стороны, знания, полученные в области фундаментальной физики позитронов, могут непосредственно применяться в других прикладных областях, то есть наиболее эффективно. Нет сомнений, что уникальные возможности Проекта будут привлекательны для многих студентов и аспирантов, поскольку работа в рамках Проекта подготовит их не только в таких технических областях, как компьютинг, сети, анализ данных, инструментарий физики, электроника, материаловедение, прикладная физика, так и во многих других, таких как маркетинг и логистика.
8. Сотрудничество
Среди Российских участников большой интерес к проекту и желение сотрудничать проявили сотрудники следующие Институты
Институт Физики Высоких Энергий, Протвино
Институт Теоретической и Экспериментальной Физики, Москва
Институт Физической Химии , Москва
Обьединеный Институт Ядерных Исследований, Дубна
Институт Физики Полупроводников им. Б.Ф. Иоффе, Санкт Петербург
Всеросийский Электромеханический Институт им. В.И. Ленина, Москва Институт Исследований Материалов и Технологий, Зеленоград
Институт Проблем Технологии Микроэлектроники, Черноголовка
В настоящее время коллаборация состоит из научных сотрудников и инженеров из России. Возможностью разработки и создания установки импульсного пучка медленных позитронов в рамках сотрудничества с ИЯИ РАН заинтересованы группа проф.А.Руббиа (A.Rubbia, ETH, Zurich), группа проф.Н.Альберола (N.Alberola, LMOPS, Le Bourget du Lac), а также группы из LAPP (Annecy), LETI (Grenoble) и ЦЕРНа.
9. Стоимость различных этапов реализации проекта.
Оценки показывают, что стоимость перечисленных выше компектующих приводит к следующим оценкам стоимости различных этапов реализации проекта в РФ
Этап 1. 10 млн. Рублей (0.35 млн. Евро) на комплекс основанный на компактном непрерывном пучке позитронов с магнитной транспортировкой и временным позитронным спектрометром.
Этап 2. 40 млн. Рублей (1.2 млн. Евро) на весь комплекс, включающий пульсирующий пучок и горячий радиоизотоп Na-22 ( 100 mCu) для генерации первичных позитронов .
Этап 3. 90 млн. Рублей (2.6 млн. Евро) на весь комплекс, включающий пульсирующий пучок и электронный ускоритель для генерации первичных позитронов вместо горячего радиоизотопа Na-22.
Предварительная схема такого комплекса показана на рис. 14.
Рис. 14 Схематичное изображение технологического комплекса позитронной спектроскопии для исследования наноструктурных материалов. Первичный пучок позитронов генерится с помощью компактного интенсивного электронного ускорителя на 10 МэВ Ускоритель разработан в исследовательском центре Saclay (Франция).
10. Перечень необходимого оборудования на первом этапе проекта
Так как отечественные производства прецизионных быстродействующих
электронных систем, а также комплектующих для ультра-вакуумных систем в настоящее время отсутствуют, необходимо использование комплектующих, производимых компаниями Западной Европы и США. Закупки комплектующих должно быть избыточными, так как необходимо сравнение их эксплуатационных качеств в проектируемых установках.
Основные закупаемые вакуумные комплектующие : первичные, турбо-молекулярные и ионные насосы, вакуумные ловушки, детекторы утечки, масс-спектрометр, клапана, вентили, соединители, трубопроводы и другие материалы, инструменты для сборки.
Электроника: высокочастотные мощные генераторы, генераторы импульсов произвольной формы, прецизионные модули измерений амплитуд
и временных интервалов сигналов, высокостабильная высоковольтная аппаратура, компьютеры на базе Intel P-IV, блоки АЦП/ВЦП, блоки управления, стойки и крейты для электронных блоков, гамма-детекторы, фотоумножители, термостабилизаторы.
Механика: азотная газовая система, механика детектора, системы автоматического управления (например для перемещения облучаемых образцов в вакууме).
Система генерации и транспортировки пучка, импульсная система пучка : радиоизотопы 22 Na, соленоиды, магнитная система, W-модераторные плёнки, электронная пушка, генераторы, другие детали системы транспортировки позитронного пучка.
11. Бюджет и планы на первом этапе проекта.
Затраты, необходимые для начала работ по программе, изложенной в Проекте в 2008/9 году, а также общая смета с разбивкой по статьям затрат на отдельные компоненты, требуемые для построения установки, приведены в таблице 1. Оценка стоимости выполнена на основе стоимости других установок, с учетом опыта участников Проекта в данной области и сведений от потенциальных поставщиков о стоимости отдельных компонент. Таким образом, окончательно уточненная оценка стоимости может не совпадать с приведенной.
Таблица 1. Смета расходов для создания установки первого этапа
Проекта («Позитроний»)
| № п.п. |
Наименование |
Обозначение |
Кол. |
Цена за ед. |
Стоимость |
|
ВАКУУМНАЯ СИСТЕМА |
|||||
| 1 |
Комплект: турбомолекулярный насос производства Shimadzu безмасляный с магнитной подвеской ротора, контроллер, кабель 3м, охлаждение водяное, производительность по азоту 320 л/с, предельный вакуум - 10-10 Торр, фланец CF100, пространственное положение- любое |
TMP-303L |
1 |
485000 |
485000 |
| 2 |
Безмасляный спиральный насос Anest Iwata, предельный вакуум 38 мТорр, скорость откачки 90 л/мин, 50 Гц, 220 В, входной фланец KF25, выходной фланец KF16 |
ISP-90B |
1 |
113600 |
113600 |
| 3 |
Высоковакуумный затвор CF100, пневмопривод, материал - нержавеющая сталь, сильфонное уплотнение |
GVB-SS-CF100 |
2 |
72700 |
145400 |
| 4 |
Клапан с ручным приводом, с сильфонным уплотнением штока, фланец CF16 вращающийся, материал: нерж.сталь |
AVB-CR16-M-E |
5 |
9100 |
45500 |
| 5 |
Фланец невращающийся CF100 с отверстием и патрубком, материал- нерж.сталь |
CF100HN |
2 |
5419 |
10838 |
| 6 |
Фланец вращающийся CF100 с отверстием и патрубком, материал- нерж.сталь |
CR100HN |
2 |
6500 |
13000 |
| 7 |
Фланец CF100 невращающийся, материал: нерж.сталь3591 |
CF100B |
10 |
3591 |
35910 |
| 8 |
Колено 90° с вращающимися фланцами, фланец CF100, материал: нерж.сталь |
CR100EL90 |
1 |
18738 |
18738 |
| 9 |
Тройник с двумя вращающимися фланцами, фланец CF100, материал: нерж.сталь |
CR100T |
2 |
21500 |
43000 |
| 10 |
Патрубок с одним вращающимся фланцем, фланец CF100, материал: нерж.сталь |
CF100NR |
3 |
13200 |
39600 |
| 11 |
Гибкий сильфонный шланг для вращающихся фланцев длина 1000 мм, фланец CF16, материал: нерж.сталь |
CF16FX1000R |
4 |
7038 |
28152 |
| 12 |
Контроллер для двух датчиков Stabil-Ion и двух датчиков Convectron, интерфейс RS-485, 6 исполнительных реле, ед. измерения - Торр. |
370501-B1B-T3 |
1 |
147713 |
147713 |
| 13 |
Датчик вакуума серии Convectron, нить - вольфрам покрытый золотом, фланец CF16 |
275256 |
2 |
6496 |
12992 |
| 14 |
Датчик вакуума серии Stabil-Ion, предел измерений - до 2*10Е-11 Торр, фланец CF35 |
370121 |
2 |
28321 |
56642 |
| 15 |
Присоединительный кабель для двух датчиков Convectron, длина 15,2 м788721577416360116 |
303040-50 |
2 |
7887 |
15774 |
| 16 |
Присоединительный кабель для датчика Stabil- Ion, длина 15,2 м |
360116-50 |
2 |
12150 |
24300 |
|
ИСТОЧНИК ПОЗИТРОНОВ |
|||||
| 17 |
Ввод движения линейный 500 мм |
KZLSML27520D |
1 |
248000 |
248000 |
| 18 |
Токоввод высоковакуумный 5 кВ |
SHV 5 kV |
10 |
2070 |
20700 |
| 19 |
Токоввод высоковакуумный 20 кВ |
SHV 20 kV |
2 |
3795 |
7590 |
| 20 |
Высокочастотный, высоковакуумный ввод |
SMA |
1 |
8108 |
8108 |
| 21 |
Кабель высоковакуумный SMA-BNC |
1 |
5000 |
5000 |
|
| 22 |
Камера высоковакуумная (куб с фланцами CF100) |
1 |
62500 |
62500 |
|
| 23 |
Камера высоковакуумная (куб с фланцами CF40) |
1 |
17500 |
17500 |
|
| 24 |
Источник позитронов радиоактивный |
1 |
1000000 |
1 000 000 |
|
| 25 |
Фольги вольфрамовые 5 мкм, диам. 15 мм |
5 |
20000 |
20000 |
|
| 26 |
Сплав вольфрамовый для защиты радиоактивного источника |
кГ |
20000 |
20000 |
|
| СИСТЕМА ТРАНСПОРТИРОВКИ ПУЧКА |
|||||
| 27 |
Детектор на основе микроканальной пластины |
MCP 4655-10 |
1 |
50000 |
50000 |
| 28 |
Катушки для создания продольного магнитного поля |
8 |
30000 |
240000 |
|
| 29 |
Катушки корректоров |
1 |
10000 |
10000 |
|
| 30 |
Блок питания Delta Eleletronika стабильного тока 70В, 20 А |
SM70-AR-24 |
1 |
30000 |
30000 |
| 31 |
Блок питания Thrulby Thander Instruments 35 В, 10 А, программирунемый |
TSX 3510P |
2 |
30600 |
61200 |
| 32 |
Блок питания CAEN, высоковольтный многоканальный |
SY 127 |
1 |
45000 |
45 000 |
| Всего расходы на оборудование (без электроники) |
3 081 757 |
||||
| ЭЛЕКТРОНИКА, ГАММА ДЕТЕКТОРЫ |
|||||
| 33 |
Крейт |
VME |
2 |
||
| 34 |
Крейт контроллер |
CAEN V1729 |
6500 Euro |
||
| 35 |
Время амплитудный преобразователь |
CAEN TDC |
2 |
4500 USD |
|
| 36 |
Зарядово– амплитудный преобразователь |
CAEN ADC |
2 |
4500 USD |
|
| 37 |
Пересчетная схема |
Scaler CAEN |
1 |
||
| 38 |
Регистр |
CAEN I/O |
2 |
2500 USD |
|
| 39 |
Амплитудный дискриминатор |
CFD 936 ORTEC |
2 |
||
| 40 |
Схема совпадений |
NIM LeCroy |
2 |
||
| 41 |
Амплитудный дискриминатор |
NIM LeCroy |
2 |
||
| 42 |
Амплитудный дискриминатор |
CAEN |
|||
| 43 |
Крейт |
NIM LeCroy |
3 |
||
| Осциллограф |
TEKTRONIX |
2 |
|||
| Конвертор |
NIM-TTL-ECL CAEN |
1 |
|||
| Формирователь сигналов |
DUAL Taimer CAEN |
||||
| Кристаллы |
BaF2 |
10 |
|||
| Кристаллы |
NaI(Tl) |
2 |
|||
| Фотоумножитель |
XP2020Q |
2 |
|||
| Фотоумножитель |
XP2020 |
2 |
|||
| ПРОЧИЕ РАСХОДЫ |
|||||
| 33 |
Ремонт помещений для установки |
2 |
430000 |
860000 |
|
| 34 |
Зарплата сотрудников, занятых созданием установки 70 чел.-мес. х 30 000 руб. |
2 100 000 |
|||
| 35 |
Начисления на зарплату |
26.2% |
366 800 |
||
| 36 |
Накладные расходы института |
15% |
1 500 000 |
||
| 37 |
Непредусмотренные расходы |
20% |
1 400 000 |
||
| Итого ( без электроники) |
9 308 000 |
График работ на первом этапе
Планируется, что создание и запуск в эксплуатацию установки будет содержать следующие этапы:
· 2008-2009: разработка отдельных компонентов установки:
а) камера источника
б) ускоритель
в) оптика пучка
г) импульсная система
Этот этап включает разработку конструкции установки и начало изготовления компонентов пучка. Необходимо проведение интенсивных предварительных исследований для компонентов пучка и связанных с ними технологий с целью оптимизации конструкции пучка, его характеристик и стоимости.
· 2008/9: изготовление компонентов пучка, проверка элементов
а) изготовление компонентов пучка
б) необходимая инженерная модификация и изменения, основанные
на результатах тестирования
· 2009: ввод установки в эксплуатацию
а) сборка и запуск установки (полная сборка, проверка, проводка кабелей, тестирование, автоматическое управление пучком и т.д.)
б) пробный запуск установки
в) работа с полученным пучком позитроном
Безусловно, возможно некоторое перекрытие во времени вышеописанных этапов.
12. Литература
Список публикаций за 2002/2007 г.г. по фундаментальным и прикладным аспектам физики позитрона и позитрония, включая обозрения, журнальные статьи, доклады на конференциях, и.т.д.
1. A. Belov, P. Crivelli, S. Gninenko, M. Kirsanov, A. Korneev, Yu.F. Kozlov, A. Rubbia, D. Sillou, ” Development of Secondary electron emission positron lifetime spectrometer
for characterization of nanoporous films with magnetically guided positron beams”
In preparation for Rev. Sci. Instrum. (2007).
2. G. Drobychev..S.N. Gninenko et al. CERN-SPSC-2007-017, CERN-SPSC-P-334, Jun 2007. 125pp. ”Proposal for the AEGIS experiment at the CERN
Antiproton Decelerator (Antimatter Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy)”.
3. S.N. Gninenko, N.V. Krasnikov, V.A. Matveev (Moscow, INR) , A. Rubbia (Zurich, ETH), ”Some aspects of positronium physics.”
Phys. Part. Nucl. 37 (2006) 321-346.
4. A. Badertscher, P. Crivelli, W. Fetscher, U. Gendotti, S. Gninenko, V. Postoev, A. Rubbia, V. Samoylenko, D. Sillou (Zurich, ETH - Moscow, INR - Annecy, LAPP), ”An Improved Limit on Invisible Decays of Positronium”
Phys. Rev. D75 (2007) 032004, e-Print: hep-ex/0609059
5. N. Alberola, C. Bas, A. Badertscher, A.S. Belov, P. Crivelli, S.N. Gninenko, N.A. Golubev, D. Sillou, and A. Rubbia, ”Development of a high efficiency pulsed positron beam for experiments with orthopositronium in vacuum”,
Nucl. Instr. and Meth. A560 (2006) 224-232; arXive: physics/0511048.
6. Positronium Physics. Proceedings of the Int. Workshop, ETH Zurich, Switzerland, 30-31 May 2003. M. Felcini(ed.), S. Gninenko(ed.), Z. Kunszt(ed.), A. Rubbia(ed.). World Scientific (2004).
Published in Int. J. Mod. Phys. A19 (2004) 3769-3985.
7. S.N. Gninenko, N.V. Krasnikov, and A. Rubbia, ”Positronium physics beyond the Standard Model”, Mod. Phys. Lett. A17 (2002) 1713-1724.
8. M.I.Dobroliubov, S.N.Gninenko, A.Yu.Ignatiev and V.A.Matveev, ”Orthopositronium Lifetime Problem”,
Int. Journal of Mod. Phys. A8 (1993) 2859.
9. S.N. Gninenko, N.V. Krasnikov, and A. Rubbia, ”Extra dimensions and invisible decay of orthopositronium”
Phys. Rev. D 67, 075012 (2003).
10. S.N. Gninenko, ”Detector for PALS measurements of porous and polymer films with the continuous magnetical ly guided slow positron beam”, Internal Report to the ”Conseil Regional Rhone-Alpes”, Pro jet Avenir D1617-19, 2004. Paper in preparation, Nucl. Instr. and Meth. A.
11. S.N. Gninenko (Moscow, INR), ”Design of a high-efficiency pulsed positron beam for experiments with orthopositronium in vacuum”, Prepared for the Int. Workshop on Positronium Physics, ETH Zurich, Switzerland, 30-31 May 2003. Published in Int. J. Mod. Phys. A19 (2004) 3939.
12. A. Badertscher, P. Crivelli, W. Fetscher (Zurich, ETH), S.N. Gninenko (Moscow), J.P. Peigneux (Annecy, LAPP), A. Rubbia (Zurich, ETH), D. Sillou (Annecy,LAPP),. Apr 2004. 12pp. ”A new experiment to search for the invisible decay of the orthopositronium”, Talk given at the Int. Workshop on Positronium Physics, ETH Zurich, Switzerland, 30-31 May 2003. e-Print Archive: hep-ex/0404037
13. A. Badertscher, A. Belov, P. Crivelli, M. Felcini, W. Fetscher, S.N. Gninenko, N.A. Golubev, M.M. Kirsanov, L.L. Kurchaninov, J.P.Peigneux, A. Rubbia, D. Sillou (ETH (Zurich)- INR(Moscow)-IHEP(Serpukhov)-LAPP (Annecy)), ”An apparatus to seacrh for mirror dark matter via the invisible decay of orthopositronium in vacuum”,
Int. J. Mod. Phys. A19 (2004) 3833; e-Print Archive: hep-ex/0311031, 2003.
14. S.N. Gninenko ”An experiment to search for dark matter of mirror type”,
Talk given at the Int. Workshop on Positronium Physics, ETH Zurich, Switzerland, 30-31 May 2003. Int. J. Mod. Phys. A19 (2004) 3833.
15. A. Badertscher, P. Crivelli, M. Felcini, S.N. Gninenko, N.A. Goloubev, P. Nedelec, J.P. Peigneux, V. Postoev, A. Rubbia, D. Sillou, ”Search for an exotic three body decay of orthopositronium”
Phys. Lett. B542 (2002) 29-34
16 . R. Foot and S.N. Gninenko. Can the mirror world explain the orthopositronium lifetime puzzle? Phys. Lett. B480 (2000) 171.
17. S.N.Gninenko. Limit on “disappearance” of orthopositronium in vacuum. Phys. Lett. B326 (1994) 317.
18. A. Akopjan, G. Atojan, S.N. Gninenko, and V. Sukhov. Search for a light short lived neutral boson in orthopositronium decay. Phys. Lett. B272 (1991) 443.
19. S.N. Gninenko, Yu.M. Klubakov, A.A. Poblaguev, and V.E. Postoev. Search for a KeV pseudoscalar in the two-body decay of orthopositronium. Phys. Lett. B237 (1990) 287.
20. G. Atojan, S.N. Gninenko, Yu.V. Ryabov, and V.I. Razin. A search for photonless annihilation of orthopositronium. Phys. Lett. B220 (1989) 317.
21. N. Djourelov, C. A. Palacio, C. Bas, N. Charvin, D. Sillou, S. Gninenko, A Study of positronium formation in anodic alumina.
J. Phys.: Condens. Matter 20 (2008) 095206.
22. A. Белов, Позитронный Комплекс для Наноструктурных Материалов,
Презентация на 13 ой Международной Ярмарке Нанотехнологий,
Октябрь 2007, Санкт Петербург.
23. С.Н. Гниненко Позитроний: Фундаментальные и Прикладные
Исследования, Доклад на 5х Марковских Чтениях, Май 2007, Москва
24. С.Н. Гниненко Позитроний: Фундаментальные и Прикладные
Исследования, Доклад на Общеинститутском Семинаре, ОИЯИ,
Июль, 2007, Дубна.
25. S.N. Gninenko Fundamental and Applied Researches with Positronium
Talk at the International Workshop on Positrons and Nanostructural
Materials, November 2007, Annecy, France.