Магистрантка 2-го курса кафедры физико-технической информатики физического факультета Новосибирского государственного университета Мария Ярцева разработала программное обеспечение для системы синхронизации и рентгеновского детектора экспериментальной станции на источнике синхротронного излучения. Данные устройства будут установлены на одной из станций Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ).
Однокоординатный детектор прямого счета фотонов SciCODE не имеет российских аналогов и дает возможность полностью подавлять шумы при регистрации фотонов рентгеновского диапазона. Благодаря этому разработка будет востребована в сфере синхротронных исследований, в том числе направленных на разработку новых материалов.
Работа велась в составе научного коллектива лаборатории Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, который специализируется на создании детекторов для экспериментов с использованием синхротронного излучения. Научное руководство осуществляли главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Лев Шехтман и научный сотрудник ИЯФ СО РАН Василий Кудрявцев.
«Моя задача состояла в создании специализированного программного обеспечения для детектора прямого счета фотонов, которое позволяло бы управлять данным устройством — снимать данные, осуществлять его настройку и калибровку, а также для блока синхронизации — чтобы генерировать сигналы управления в зависимости от происходящих событий во время эксперимента на станции», — говорит Мария Ярцева.
Пользовательские программы разрабатывались на языке С++ с использованием фреймворка Qt в среде разработки Qt Creator, а код ПЛИС — SystemVerilog в среде Quartus Prime. Для отладки написанных модулей использовалась среда моделирования ModelSim. Разработка всех программ проводилась под операционную систему Linux.
Однокоординатный полупроводниковый детектор прямого счета фотонов SciCODE разработан на замену газового детектора ОД-3М, созданного в ИЯФ СО РАН в конце 90-х годов прошлого века. Новое устройство обладает большим быстродействием, высоким пространственным разрешением и предназначено для проведения исследований с использованием дифракционных методов. Известны аналогичные детекторы производства Швейцарии, однако SciCODE отличается от них возможностью более точно измерять энергию фотонов.
Помимо данного детектора в ИЯФ СО РАН разрабатывается целая линейка детекторов, которые также будут использоваться на одной из станций СКИФа. Отдельные части и модули кода уже написаны или позаимствованы из уже существующего ПО детекторов, ранее созданных научными сотрудниками ИЯФ СО РАН.
«Однокоординатный детектор прямого счета фотонов SciCODE представляет собой довольно универсальную разработку. Его можно использовать для изучения физических процессов и химических реакций с использованием дифракционных методов, например в экспериментах по созданию фармацевтических препаратов или при исследованиях поведения сложных молекул. Детектор состоит из полупроводникового сенсора на основе кремния или арсенида галлия. Он установлен на регистрирующей плате, которая также была разработана в ИЯФ СО РАН. Регистрация данных, получаемых в ходе экспериментов, производится специализированными чипами. Управлением данных микросхем занимается установленная на управляющей плате программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС), а обмен данными с компьютером происходит по Ethernet-интерфейсу», — пояснила Мария Ярцева.
Прототип программного обеспечения данного детектора в настоящее время находится на стадии доработки отдельного функционала и проходит тестирование в лабораторных условиях.
Блок синхронизации будет установлен на той же станции, что и детекторы. Он станет координировать работу СКИФа, станции и регистрирующих устройств. Работы по его изготовлению и монтажу завершены. На экспериментальной станции в Центре коллективного пользования «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения» ИЯФ СО РАН проведено тестирование устройства в условиях эксперимента.
«Основные работы завершены, дальнейшее развитие данного проекта заключается в создании единой системы, которая управляла бы и системой блока синхронизации, и системой детекторов в ходе экспериментов. В блоке синхронизации также установлена плата с ПЛИС, а взаимодействие с программным обеспечением обеспечивается таким же образом, что и в случае с детекторами. Данный прибор может быть установлен на любой исследовательской станции, где требуется синхронизировать работу нескольких устройств», — рассказала Мария Ярцева.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Молодежь и дети»).
