Труды РФЯЦ-ВНИИЭФ. Научно-исследовательское издание. Вып. 21. Часть 2. В 2-х частях

Ф Г У П  
"РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР — 
ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ  
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ" 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РРРФ
ФФЯЯЯЦЦЦ---ВВВНННИИИИИИЭЭЭФ
ФФ  

 
 
 
 
 
Научно-исследовательское издание 
 
 

ВЫПУСК 21 

 
 
Саров 
 

2016 

РРРФ
ФФЯЯЯЦЦЦ---ВВВНННИИИИИИЭЭЭФ
ФФ

РРРФ
ФФЯЯЯЦЦЦ---ВВВНННИИИИИИЭЭЭФ
ФФ

ВЫПУСК 21 

 
 
Часть 2 
 
 
 
 
 
 

РРРФ
ФФЯЯЯЦЦЦ---ВВВНННИИИИИИЭЭЭФ
ФФ

УДК 539.1(06) 
ББК  22.38 
 
    T78 
 
 
 
 
 
Т78 
     Труды РФЯЦ-ВНИИЭФ. Научно-исследовательское издание. Вып. 21.  
В 2-х частях. – Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2016.  
 
 
         ISBN 978-5-9515-0334-3 
                  Часть 2: Труды РФЯЦ-ВНИИЭФ. – 2016. – 269 с.: ил. 
 
 
         ISBN 978-5-9515-0335-0 
 
В сборнике «Труды РФЯЦ-ВНИИЭФ» опубликованы результаты научных 
исследований, а также методических и проектно-конструкторских разработок 
в области прикладных задач теоретической физики, математического моделирования физических процессов, ядерной физики, физики ядерных реакторов, 
исследований по термоядерному синтезу, электрофизики, физики ускорителей, 
приборов и техники эксперимента, физики лазеров, гидродинамики, реологии, 
материаловедения, средств защиты от несанкционированных действий, электроники, радиотехники, оптоэлектроники. 
 
 
 
 
 
Главный редактор: академик РАН  Р. И. Илькаев 
 
Редакционный совет выпуска: академик В. П. Незнамов, академик РАН Ю. А. Трутнев,  
д-р физ.-мат. наук А. Н. Сизов, Е. В. Куличкова, д-р физ.-мат. наук С. Н. Абрамович, д-р техн. 
наук А. И. Астайкин, д-р техн. наук Н. А. Билык, д-р техн. наук Ю. Н. Бухарев, д-р физ.-мат. наук 
А. Е. Дубинов, канд. техн. наук М. В. Каминский, канд. техн. наук А. И. Коршунов, д-р физ.-мат. 
наук Г. Г. Кочемасов, канд. физ.-мат. наук С. В. Маврин, д-р физ.-мат. наук Б. А. Надыкто,  
д-р физ.-мат. наук В. А. Раевский, канд. физ.-мат. наук В. Г. Куделькин, д-р техн. наук Ю. И. Файков, 
канд. физ.-мат. наук В. В. Хижняков, д-р техн. наук П. Ф. Шульженко, Ю. М. Якимов 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9515-0335-0 (ч. 2) 
ISBN 978-5-9515-0334-3   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
© ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2016 

ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 
 

 
 
320 

 
 
 
 
 
 
 
 
Разработан программно-технический 
комплекс для проведения испытаний электронно-компонентной базы на малогабаритных 
импульсных 
ускорителях 
типа 
АРСА. Особенностями комплекса являются: 
автономное питание, система функционального тестирования испытуемого образца в динамическом режиме, высокая помехозащищенность, волоконно-оптическая 
развязка, автоматизированная калибровка. 
 
 
 
 
 
 
 
 

При проведении радиационных исследований электронно-компонентной базы (ЭКБ)  
на малогабаритных импульсных ускорителях (МИУ) важной задачей являются испытания в динамическом режиме. Для обеспечения данного режима формирователи испытательных сигналов 
располагались в непосредственной близости от испытуемой микросхемы (ИМС). Формирователи 
управлялись одноплатным микрокомпьютером для встраиваемых применений. ИМС вместе  
с микрокомпьютером, формирователями и оптическими модулями размещалась в сварном алюминиевом контейнере с размерами 206×136×156 мм, разработанном с учетом типа корпуса ИМС, 
а также обеспечения электромагнитной совместимости. Технические средства измерения, расположенные внутри контейнера, защищались от тормозного излучения свинцовым экраном. Для 
устранения влияния электромагнитных помех, сопровождающих работу МИУ, использованы волоконно-оптические линии передачи: цифровая − между микрокомпьютером и ПЭВМ, аналоговая − 
для скоростной регистрации изменения токов и напряжений на испытуемом образце. Структурная 
схема программно-технического комплекса (ПТК) для испытаний ЭКБ представлена на рис. 1. 
В состав технических средств измерения входят: микрокомпьютер TS-3300, литий-ионный 
аккумулятор емкостью 4,6 А·ч, преобразователи питания, аналоговая волоконно-оптическая линия передачи (ВОЛП), медиаконвертер, плата расширения с калибратором и формирователями 
испытательных сигналов. 
Аналоговая ВОЛП состоит из четырехканального блока передатчиков, четырехжильного 
многомодового волоконно-оптического кабеля с толщиной жилы 62,5 мкм, блока фотоприемников.  

УДК 621.38:539.12.04 
 
 
Помехоустойчивый 
программнотехнический комплекс 
для испытания ЭКБ  
на радиационную  
стойкость  
в динамическом  
режиме 
 
А. В. Родигин, А. В. Тетеревков,  
С. Л. Эльяш 

ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫЙ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЭКБ… 
 

 
 
321

 

Рис. 1.  Структурная схема ПТК для испытаний ЭКБ на радиационную стойкость: 1 − конвертор,  2 – тормозное 
излучение; 3 − сцинтиллятор; 4 − плата с испытываемым образцом; 5 − экранированный контейнер; 6 − свинцовая защита; 7 – технические средства измерения;  8 − медиаконвертер TFC-110MST; 9 − оптические приемники; 
10 − задерживающие волоконно-оптические линии передачи; 11 − цифровой осциллограф LeCroy WaveJet 354A; 
12 − Ethernet линия связи; 13 − ПЭВМ 
 
К аналоговой ВОЛП предъявлялись следующие требования: 
– высокая помехоустойчивость волоконно-оптических передатчиков; 
– исключение влияния электромагнитных помех на фотоприемники; 
– возможность питания передатчиков от батареи, расположенной внутри контейнера; 
– линейность передачи аналогового сигнала (10 – 20 %); 
– полоса частот передаваемого сигнала от 0 до 80 МГц. 
Согласно этим требованиям для ВОЛП выбраны модули фирмы AVAGO (светодиодные передатчики HFBR-1312T и аналоговые фотоприемники HFBR-2316T). Блок передатчиков располагался в отдельном экранированном корпусе внутри контейнера. Для согласования передатчика  
с источниками сигналов использован буфер на скоростном ОУ AD8009AR. Фотоприемники через 
буферные и смещающие схемы работают на 50-омные входы регистратора в полосе частот  
от 0 до 80 МГц.  
Перед испытаниями ЭКБ проводилась калибровка ВОЛП. Калибровка реализована с помощью восьмибитного ЦАП AD7302 и буферного усилителя BUF634. При запуске процедуры  
калибровки входы оптических передатчиков при помощи электромагнитных реле переключаются 
на выход калибратора, который, в свою очередь, генерирует ступенчатый сигнал напряжения. После 
прохождения по ВОЛП сигнал калибровки регистрируется осциллографом LeCroy WaveJet 354A. 
Контроль и управление техническими средствами измерения осуществляется по протоколу 
Ethernet. Во избежание воздействия электромагнитных помех на цифровую линию связи электрический сигнал преобразуется в оптический и обратно посредством медиаконвертеров TFC-110MST. 
Комплекс работает под управлением специализированного «клиент-серверного» программного 
обеспечения. Взаимодействие клиентской и серверной программы построено по технологии неблокирующих сокетов. Серверное приложение автоматически запускается на микрокомпьютере 
при подаче питания и ожидает подключения клиента. Клиентская программа вручную запускается на ЭВМ оператора и подключается к серверу. После установления соединения клиентская программа читает файл с тестовой последовательностью и посылает ее серверу. Данный подход позволяет без изменения программного обеспечения проводить испытания различных типов изделий 
ЭКБ. После приема тестовой последовательности сервер переходит в режим ожидания команды. 

1 

2 

3 

4 

5 
6 

7

8

9
10

11

12

13

ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 
 

 
 
322 

Особенностями разработанного ПТК являются: система функционального тестирования испытуемого образца в динамическом режиме, автономное питание, высокая помехозащищенность, 
волоконно-оптическая развязка, автоматизированная калибровка ВОЛП аналогового сигнала  
от контейнера к оптическим приемникам. Реализована волоконно-оптическая задержка измерительного сигнала (~300 нс) для исключения влияния помехи от МИУ на фотоприемники. 
Для проверки возможностей разработанного комплекса проведены экспериментальные исследования воздействия импульса тормозного излучения МИУ АРСА (амплитуда ускоряющего 
напряжения 1,3 МВ) [1] на образец КМОП микросхемы 564ЛН1 с известными характеристиками 
радиационной стойкости [2]. 
Пуск регистратора производился от светового излучения  сцинтиллятора по оптическому 
волокну (см. рис. 1). По изменению тока потребления ИМС определялось возникновение тиристорного эффекта. В зависимости от дозы облучения происходил либо кратковременный, либо 
катастрофический отказ (рис. 2). Поглощенная доза тормозного излучения ускорителя измерялась 
термолюминесцентным дозиметром ИКС-А с детекторами ПСТ (стекло ИС-7). Основная погрешность измерений 15 – 20 %. 
 

 
                                                 а                                                                                           б 

Рис. 2. Осциллограммы сигналов ИМС 564ЛН1 при облучении на МИУ АРСА: а – кратковременный отказ 
при дозе 13 сГр; б – катастрофический отказ из-за тиристорного эффекта при дозе 29 сГр. Канал 1 – импульс 
облучения (синхроимпульс); канал 2 – сигнал генератора (вход ИМС);  канал 3 – выход ИМС; канал 4 – ток 
питания ИМС 
 
Быстродействие ПТК позволило исследовать наносекундные переходные процессы на выходах ИМС. На рис. 3 показан участок осциллограммы рис. 2,а, соответствующий моменту облучения. На рис. 3 представлены: импульс облучения длительностью ~10 нс, не подвергшийся воздействию облучения сигнал генератора, сигнал отказа с выхода ИМС и практически мгновенный 
скачок тока питания ИМС. 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫЙ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЭКБ… 
 

 
 
323

 

 

Рис. 3. Участок осциллограммы (рис. 2,а), соответствующий моменту облучения (кратковременный отказ 
при дозе 13 сГр): канал 1 – импульс облучения (синхроимпульс); канал 2 – сигнал генератора (вход ИМС); 
канал 3 – выход ИМС; канал 4 – ток питания ИМС 
 
Программно-технические решения, реализованные в ПТК, позволили осуществить помехоустойчивую скоростную регистрацию отклика испытуемой микросхемы в динамическом режиме 
на импульсное радиационное воздействие МИУ. Использование встроенного микрокомпьютера 
позволяет применять данный программно-технический комплекс для испытания различных типов 
изделий ЭКБ. 

Список литературы 

1. Эльяш С. Л., Профе Л. П. Применение малогабаритного ускорителя АРСА для оперативного 
контроля показателей стойкости элементной базы к воздействию импульсного ионизирующего 
излучения // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационного воздействия на РЭА. 
2002. Вып. 3. С. 132 – 136. 

2. Никифоров А. Ю., Телец В. А., Чумаков А. И. Радиационные эффекты в КМОП ИС. – М.: Радио 
и связь, 1994. 

Noise-Immunity Software and Hardware Complex for Radiation 
Hardness Testing of Electronic Component Base  
in Dynamic Mode 

A. V. Rodigin, A. V. Teterevkov, S. L. Elyash 

The software and hardware complex for electronic component base testing on small-size 
pulse accelerators ARSA is developed. The specific features of complex are: self-contained 
power supply, system for dynamical functional testing of sample, high level noise immunity, 
fiber optical isolation, automated calibration. 

0,1 

0,05 

0 

– 0,05 

– 0,1 

– 0,15 

– 0,2 

– 0,25 

200
400
Время, нс

3

4

2

1

ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 
 

 
 
324

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Разработана 
фотохронографическая 
методика исследования спектрального 
состава и длительности излучения, сопровождающего выход ударной волны  
на тыльную поверхность нагружаемой 
мишени. Проведена оценка спектрального 
разрешения методики. Предложен метод 
сквозной калибровки канала регистрации 
по излучению источника с известным 
спектром. Результаты проведенной калибровки использованы для восстановления спектрального распределения по полученным спектрохронограммам.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение1 

Эксперименты по исследованию уравнений состояния вещества (УРС) с прямым облучением мишеней второй гармоникой (λ = 0,53 мкм) неодимового лазера проводятся во ВНИИЭФ  
на установке ЛУЧ [1]. Возникающая в образце ударная волна (УВ) при выходе на его тыльную 
поверхность возбуждает свечение этой поверхности в видимом диапазоне. Это свечение регистрируется щелевым фотохронографом. 

                                                 
 
© Приборы и техника эксперимента. 2014. № 2. С. 1 – 6. 

УДК 621.386.8 
 
 
Методика исследования 
спектрального состава  
и длительности  
излучения,  
сопровождающего  
выход ударной волны  
на тыльную поверхность 
материалов  
при прямом лазерном 
облучении 
 
Л. А. Душина, Д. С. Корниенко,  
А. Г. Кравченко, Д. Н. Литвин,  
В. В. Мисько, А. Н. Рукавишников,  
А. В. Сеник, К. В. Стародубцев,  
В. М. Тараканов, А. Е. Чаунин 

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА И ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ… 
 

 
 
325

Как правило, в экспериментах по ударной сжимаемости с нагружением лазером измеряется 
скорость фронта ударной волны [2 – 4]. Данная скорость определяется по задержке УВ в слоях 
известной толщины, а момент выхода УВ фиксируется по появлению свечения поверхности слоя.  
Для правильной интерпретации и повышения точности получаемых параметров вещества  
за фронтом УВ очень полезны были бы также измерения температуры. В качестве первого шага  
в реализации измерений температуры нами разработана методика изучения спектрального состава 
излучения тыльной поверхности мишени.  
Второй целью исследований спектра излучения тыльной поверхности материалов являлось 
повышение чувствительности методики для работы с относительно слабыми УВ, распространяющимися со скоростью <10 км/с, и оптимизации динамического диапазона регистрации, так как 
амплитуды регистрируемых сигналов от различных материалов сильно разнятся. 
Для получения таких данных разработана фотохронографическая методика, обеспечивающая высокое спектральное и временное разрешение регистрации. Отработка, испытание и внедрение разработанной методики проведены на стенде исследований уравнений состояния вещества 
установки ЛУЧ. В работе приведены экспериментальные результаты по исследованию спектра 
излучения и его длительности при выходе ударной волны с тыльной поверхности алюминия  
и свинца. 
Излучение, регистрируемое фотохронографом в экспериментах по УРС, характеризуется 
коротким фронтом нарастания интенсивности сигнала с характерной длительностью порядка 
100 пс. При обработке экспериментальных данных в анализ включаются амплитуды сигналов 
фронтов свечения исследуемых образцов. Дальнейшее свечение мишени является фоновым  
и из диагностики исключается гашением фотохронографа. 
Изображение тыльной поверхности мишени строится диагностическим объективом  
на входной щели регистратора СЭР-5. Для защиты от фонового лазерного излучения из камеры 

служит светофильтр СС4, ослабляющий силовое лазерное излучение до 
6
10  раз.  
Основные параметры фотохронографической части методики: длительность развертки составляет 4,2 нс/экран; методика обеспечивает погрешность определения временных задержек 
сигналов УВ из исследуемых образцов в пределах временного разрешения электронно-оптического преобразователя (ЭОП) δt ≤ 20 пс; пространственное разрешение по мишени составляет 
δl ≤ 15 мкм; динамический диапазон регистратора составляет  ≈ 600. 
Для получения дополнительных данных о спектральном составе регистрируемого излучения в оптическую схему включен диспергирующий элемент – спектрограф. Основные требования 
к спектрографу по рабочему диапазону длин волн и спектральному разрешению следуют из спектрального диапазона чувствительности (от 300 до 700 нм) и пространственного разрешения  
(70 мкм) регистратора. 
Требования, предъявляемые к спектрографу: 
– обзорность по длине волны – от 300 до 700 нм; 
– спектральное разрешение δλ ≤ 1 нм; 
– возможность вписать в существующую оптическую схему, простота обращения, компактность. 
Для разрабатываемой методики был использован линзовый спектрограф с компенсацией 
астигматизма SL 100М производства предприятия Solar TII (Белоруссия). Данная модель обеспечивает спектральное разрешение 0,5 нм в диапазоне от 360 до 1400 нм. Конструкция спектрографа предусматривает регулировку наблюдаемого диапазона и позволяет провести сопряжение получаемой спектральной дисперсии с вертикальной щелью хронографа. 
Схема диагностики представлена на рис. 1, там же схематично показано соответствие входных щелей спектрографа и фотохронографа. По схеме видно, что из всего изображения мишени  
 

ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 
 

 
 
326

на регистрацию попадает локальный элемент изображения, вырезанный щелями спектрографа  
и фотохронографа. Пространственный анализ, задаваемый вертикальной координатой фотохронографа, превращен в этой методике в спектральный. Входная ширина щели спектрографа задает 
спектральное разрешение регистрации, ширина щели фотохронографа – временное (T). Подобный 
метод анализа спектрально-временного состава оптического излучения был использован авторами 
ранее [5]. 
 
 

Силовое излучение 
λ=527нм. 

Силовой объектив 

Камера взаимодействия 

Мишень  

Диагностический объектив 

Поворотное 
 зеркало 
спектрограф 
фотохронограф 
Входная щель  
спектрографа 
(горизонтальная) 

Изображение 
мишени 

Входная щель 
Фотохронографа 
(вертикальная) 

λ

Т 

Линзовый растр 

 

Рис. 1. Схема измерения спектрального состава сигнала ударной волны 
 
Высота щели фотохронографа составляет h = 8,5 мм, спектральная дисперсия спектрографа 
равна 23,7 нм/мм. Отсюда следует, что щель регистратора охватывает спектральный диапазон 
Δλ = 200 нм. Интересующий спектральный диапазон составляет Δλ = 700 – 300 = 400 нм. Поэтому 
для получения информации о светимости материалов во всем диапазоне чувствительности регистратора требуется проведение двух экспериментов со спектральной перестройкой методики. 

Калибровка спектральной чувствительности методики 

Оптическая схема диагностики включает в себя ряд элементов, вносящих искажения в регистрируемый спектр: выходное окно камеры взаимодействия, диагностический объектив, поворотное зеркало, объективы и дифракционная решетка спектрографа, а также входной объектив хронографа. Это обусловлено нелинейностью их работы в разных участках спектра: пропускание, 
отражение, нелинейность спектральной эффективности решетки. Электронно-оптическая часть 
методики (фотокатод ЭОП) также имеет существенную особенность в виде нелинейности спектральной чувствительности. 

Спектрограф 
Фотохронограф 

 λ = 527 нм 
Входная щель 
фотохронографа 
(вертикальная)