РОЗДІЛ 2
ТЕХНІКА ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
Виконання поставлених у роботі завдань здійснювалось на створеній раніше експериментальній установці "Карпати", яка описана як у монографіях [8,108], так і в численних статтях і дисертаціях, зокрема в [15,18-20,23,109]. Окремі цілеспрямовані тестові та прикладні дослідження виконано на установках "Ореол" [109] та на електрон-фотонному спектрометрі [110]. Тому в цьому розділі використані установки будуть описані стисло. Основна увага приділена викладу методичних прийомів, які використано для отримання якомога надійніших даних про якісні й, особливо, кількісні характеристики ІФЕ (вихід фотонів, оцінка швидкостей збуджених частинок, концентраційних профілів, ступеню поляризації). Викладено також частково результати контрольних вимірювань та загальні відомості про об'єкти дослідження й інтерес до них.
2.1. Загальні відомості про об'єкти дослідження
Зазначимо, що всі дослідні зразки, які використані в роботі, отримано від РНЦ "Курчатівський інститут" (м. Москва), з яким в УжНУ виконувались тривалий час дослідження в рамках державних програм із проблем керованого термоядерного синтезу (КТС), у т.ч. і спільні [111,112].
2.1.1. Берилій. Використано полікристалічну мішень у вигляді пластинки товщиною 2 мм розміром 10х8 мм2. Це найлегший метал з атомною вагою 9,013, температурою плавлення 1557оК, атомним радіусом 0,113 нм, іонним радіусом 0,034 нм, енергію іонізації 9,32 еВ, роботою виходу електрона 3,9 еВ. Берилій двовалентний, має заповнену зовнішню оболонку 2s2. З воднем безпосередньо не зв'язується, з киснем активно утворює іонний зв'язок. У даній роботі використаний не тільки як об'єкт прикладного, а й фундаментального інтересу.
2.1.2. Вуглець. Використано модифікацію вуглецю МПГ - 8, яка широко використовується в термоядерних установках (ТЯУ) в якості захисного матеріалу лімітера. Ця модифікація складається з вуглецю і, на відміну від алмазу, має низьку твердість. Її коефіцієнт розпорошення легкими іонами дещо вищий, ніж для звичайного вуглецю. При опроміненні значними дозами легких іонів і з розвитком мікрорельєфу поверхні, його коефіцієнт розпорошення зменшується. Енергорозподіл розпорошених легкими іонами іонізованих частинок вуглецю має вигляд колоколоподібного піка з максимумом близько 45 еВ [10]. Температурно й корозійно стійкий, має високу електропровідність та низький переріз захоплення нейтронів. Використовується як сповільнювач нейтронів.
Основні завдання його дослідження оптичним методом ІФС при бомбардуванні іонами водню та гелію полягали в наступному:
- вивчити спектральний склад випромінювання та ідентифікувати при бомбардуванні легкими іонами кіловольтних енергій його випромінювачі;
- видати рекомендації щодо емісій, які б могли бути інформативними та придатними для аналітичних цілей, зокрема для контролю поверхонь вузлів ТЯУ дистанційно-оптичними методами.
2.1.3. Вуглеситал. Використано для дослідження два зразки вуглеситалу марки УСБ-15, які отримано дещо різними технологіями. Мішені приготовлено у вигляді пластин товщиною 3 мм розміром 10х8 мм2. Це дрібнодисперсний високотемпературний (2273оК) матеріал на основі вуглецю з 15% домішки бору, який отримано методом скерованої кристалізації. Хімічно-ерозійно стійкий [10]. При високих температурах (Т~1000оК) окислюється в ~102 раз менше, ніж інші конструктивні матеріали на основі вуглецю. Хімічне розпорошення його поверхні протонами в ~15 разів менше, ніж особливо чистого графіту і складає ~10-2 ат/іон. Густина УСБ-15 становить 2,0 г/см3. При його ерозії утворюються продукти СnНm, тобто газ, який легше відкачувати, ніж коли розпорошується металева поверхня. Добре сорбує вуглеводні і пару води. Легко обезгажується у вакуумі при низьких Т. Використовується в ТЯУ для покриття першої стінки, діафрагм і діверторних пластин [10].
Окрім порівняльних характеристик виходу збуджених розсіяних і розпорошених частинок від цього матеріалу та С і Ве, основна зацікавленість полягала у виявленні його домішок і можливостей аналізу їх концентраційних профілів оптичним методом.
2.2. Опис дослідних установок
Як уже зазначалось, у даній роботі використано три дослідницькі установки. Основні результати отримано на установці "Карпати", яка дає можливість отримувати стабільний у часі й достатньо інтенсивний пучок легких іонів Н+, Н2+, Н3+ і Не+. До того ж, на цій установці є можливість швидкої заміни одного сорту іонів іншим та регулювання енергії та густини струму бомбардуючих іонів. На установці "Ореол", яка дає можливість бомбардувати досліджувані зразки іонами К+ виконано тільки прикладні дослідження з вимірювання концентраційних профілів домішок у двох зразках вуглеситалу. Такі пробні дослідження виконано і з легкими іонами. Однак, точність вимірювань з іонами К+ є кращою через більшу стабільність у часі іонного пучка К+ у порівнянні з іонами водню (або гелію) та більшим сигналом розпорошених у збудженому стані домішок через збільшення коефіцієнта розпорошення важкими іонами. На третій установці - електрон-фотонному спектрометрі, виконано тестові дослідження спектрів випромінювання досліджених матеріалів електронним ударом з метою поглиблення розуміння природи випромінювачів досліджуваного свічення.
2.2.1. Мас-спектрометрична установка "Карпати". Схематично зображення цієї установки представлено на рис. 2.1. Вона складається з наступних основних вузлів та систем: газорозрядного джерела іонів, 180-градусного мас-аналізатора, вакуумної камери та системи її відкачування, системи спектрального аналізу, збору та реєстрації випромінювання тощо. Установка виготовлена в РНЦ "Курчатіський інститут" для проблемних досліджень в УжНУ.
Іони водню або гелію формували в пучок заданої регульованої енергії з допомогою іонно-оптичних лінз, розміщених на виході плазмового джерела 1, далі аналізували по e/m в неоднорідному магнітному полі 180о мас-аналізатора 5 і колімували рядом діафрагм, які встановлені в камері зіткнень, то