Digital Model of a Grazing-Incidence X-Ray Spectrograph and Techniques for Spectrum Reconstruction in the Range 2–40 nm

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A digital model of a grazing-incidence X-ray spectrograph and methods for reconstruction of soft X-ray spectra of a Z-pinch plasma at the Angara-5-1 facility in the 2–40 nm range have been developed. The main problems hindering reliable qualitative and quantitative reconstruction of the initial Z-pinch X-ray spectra are the superposition of signals from different diffraction orders and the complex form of the device instrumental function. Two techniques for reconstructing the spectrum are presented. In the first one, a digital model of the spectrograph was developed in the Geant4 Monte Carlo simulation toolkit, taking into account the geometry of the experiment and the processes of interaction of X-ray radiation with a diffraction grating. In this model, taking into account the specific shape of the groove profile of the diffraction grating and the differential method for solving the diffraction problem, the X-ray intensity distribution in different diffraction orders depending on the wavelength is calculated. Using the developed model of the spectrograph, its instrumental function was calculated. The second technique does not use a specific grating groove shape, but, based on the analysis of calibration spectrograms, it constructs a dispersion relation and allows one to reconstruct the spectrum. At the end of the work, the results of reconstruction by the first and second techniques are compared and fairly good agreement between the spectra obtained by different techniques is shown.

About the authors

A. V. Skobliakov

National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: dinAlt220@yandex.ru
123098, Moscow, Russia

D. S. Kolesnikov

National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: dinAlt220@yandex.ru
123098, Moscow, Russia

A. V. Kantsyrev

National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: dinAlt220@yandex.ru
123098, Moscow, Russia

A. A. Golubev

National Research Center “Kurchatov Institute”; Private Institution “Science and Innovations”, Rosatom

Email: dinAlt220@yandex.ru
123098, Moscow, Russia; 119017, Moscow, Russia

I. V. Rudskoi

National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: dinAlt220@yandex.ru
123098, Moscow, Russia

A. N. Gritsuk

Troitsk Institute for Innovation and Fusion Research

Email: dinAlt220@yandex.ru
108840, Moscow, Russia

E. V. Grabovskii

Troitsk Institute for Innovation and Fusion Research

Email: dinAlt220@yandex.ru
108840, Moscow, Russia

K. N. Mitrofanov

Troitsk Institute for Innovation and Fusion Research

Email: dinAlt220@yandex.ru
108840, Moscow, Russia

G. M. Oleinik

Troitsk Institute for Innovation and Fusion Research

Author for correspondence.
Email: dinAlt220@yandex.ru
108840, Moscow, Russia

References

  1. Альбиков З.А., Велихов Е.П., Веретенников А.И., Глухих В.А., Грабовский Е.В., Грязнов Г.М., Гу-сев О.А., Жемчужников Г.М., Зайцев В.И., Золотовский О.А., Истомин Ю.А., Козлов О.В., Крашенинников И.С., Курочкин С.С., Латманизова Г.М., Матвеев В.В., Минеев Г.В., Михайлов В.Н., Недосеев С.Л., Олейник Г.М., Певчев В.П., Перлин А.С., Печер-ский О.П., Письменный В.Д., Рудаков Л.И., Смир-нов В.П., Царфин В.Я., Ямпольский И.Р. // Атомная энергия. 1990. Т. 68. С. 26.
  2. Шевелько А.П., Блисс Д.Е., Казаков Е.Д. // Физика плазмы. 2008. Т. 34. С. 1021.
  3. Митрофанов К.Н., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Лаухин Я.Н., Александров В.В., Олейник Г.М., Медовщиков С.Ф., Шевелько А.П. // Физика плазмы. 2013. Т. 39. С. 71.
  4. Gritsuk A.N., Aleksandrov V.V., Grabovskiy E.V., Mitrofanov K.N., Oleinik G.M., Sasorov P. V., Shevelko A.P. // J. Physics: Confer. Ser. 2019. V. 1238. P. 012053.
  5. Программа XrayDif для моделирования взаимодействия рентгеновского излучения с дифракционной решеткой” (свидетельство о государственной регистрации № 2021680765).
  6. Geant4: User’s Guide: For Application Developers. https://geant4-userdoc.web.cern.ch/UsersGuides/ForApplicationDeveloper/fo/BookForApplicationDevelopers.pdf.
  7. Petit R., Cadilhac M., Maystre D., Vincenct P., Nevie-re M., McPhedrad R.C., Derrick G.H., Botten L.C. Electromagnetic Theory of Gratings. Berlin–Heidelberg–New York: Springer-Verlag, 1980.
  8. Maystre D., Popov E. Gratings, Theory and Numeric Applications Ch. 7: Differential Theory of Periodic Structures, 2014.
  9. Neviere M., Popov E. Light Propagation in Periodic Media: Differential Theory and Design. CRC Press, 2002.
  10. X-Ray Optics Database. http://www.cxro.lbl.gov/.
  11. PCGrate software. https://www.pcgrate.com/.
  12. Goray L.I. // Proceed. SPIE. February 2004. https://doi.org/10.1117/12.505679
  13. ACM. https://www.ntmdt-si.com/products/atomic-force-microscopes/ntegra-ii.
  14. Geant4: Physics Reference Manual. https://geant4-userdoc.web.cern.ch/ UsersGuides/PhysicsReferenceManual/fo/PhysicsReferenceManual.pdf.
  15. Geant4: Physics List Guide. https://geant4-userdoc.web.cern.ch/UsersGuides/PhysicsListGuide/fo/PhysicsListGuide.pdf.
  16. Geant4: User’s Guide: For Toolkit Developers. https://geant4-userdoc.web.cern.ch/UsersGuides/ForToolkitDeveloper/fo/BookForToolkitDevelopers.pdf.
  17. CADMesh. https://github.com/christopherpoole/CADMesh.
  18. MKП. https://baspik.com/products/nauka/mkp46_12/.
  19. Малышев В.И. Введение в экспериментальную спектрометрию. М.: Наука, 1979.
  20. MATLAB. https://www.mathworks.com/products/matlab.html.
  21. Harte C.S., Higashiguchi T., Otsuka T., D’Arcy R., Kilbane D., O’Sullivan G. // J. Phys. B Atomic Molecular and Optical Physics. 2012. V. 45(20). P. 205002.
  22. Gritsuk A.N., Aleksandrov V.V., Grabovskiy E.V., Lau-khin Y., Mitrofanov K.N., Oleinik G.M., Volkov G.S., Frolov I.N., Shevel’ko A.P. // IEEE Transactions Plasma Sci. 2013. V. 41. P. 3184.
  23. Aleksandrov V.V., Branitski A.V., Gasilov V.A., Grabov-skiy E.V., Gritsuk A.N., Mitrofanov K.N., Olkhovs-kaya O.G., Sasorov P.V., Frolov I.N. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2019. V. 61. P. 035009.
  24. Александров В.В., Браницкий А.В., Болдарев А.С., Гасилов В.А., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Митрофанов К.Н., Ольховская О.Г., Сасоров П.В. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. С. 220.
  25. Александров В.В., Баско М.М., Браницкий А.В., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Митрофанов К.Н., Олейник Г.М., Сасоров П.В., Фролов И.Н. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. С. 613.
  26. Митрофанов К.Н., Александров В.В., Браницкий А.В., Грабовский Е.В., Грицук А.Н., Олейник Г.М., Фро-лов И.Н. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. С. 887.
  27. Mitrofanov K.N., Aleksandrov V.V., Branitski A.V., Grabovskiy E.V., Gritsuk A.N., Oleinik G.M., Frolov I.N., Samokhin A.A., Olkhovskaya O.G., Gasilov V.A. // Plasma Phys. Control. Fusion 2022. V. 64. P. 045007.
  28. Kologrivov A.A., Rupasov A.A., Sklizkov G.V. // Nuclear Inst. Methods Phys. Res. 2019. V. A916. P. 313.

Supplementary files


Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».