Раздел 2.
Оборудование и методика эксперимента
Эксперименты по одновременному облучению поверхности мишени твердотельными и
газовыми ионами, а также диагностика поверхности проводились на установке под
названием «двух-пучковый эксперимент» (ДПЭ) [3, 4]. В качестве мишени
применялись тонкие пленки вольфрама, полученные вакуумно-плазменными методами
осаждения покрытий. Анализ поверхности in-situ проводился при помощи набора
стандартных диагностик: резерфордовского обратного рассеяния (RBS) и метода
анализа ядерных реакций (NRA).
2.1. Двух-пучковый эксперимент
Установка ДПЭ состоит из двух ионно-лучевых систем, вакуумной камеры и
пучкопровода для ионов высоких энергий, применяемых для диагностики поверхности
(рис. 2.1). Одновременная бомбардировка поверхности осуществляется сведением
пучков в одну и ту же область на поверхности мишени с характерным диаметром
?3 мм. Каждый из пучков, облучающих поверхность, сепарируется по массам с
помощью поворотного магнита. Центральная часть бомбардируемой области мишени
также облучается пучком ионов Не с энергией несколько МэВ, для транспортировки
которого используется пучкопровод. Вакуумная камера включает в себя набор
оборудования для диагностики поверхности, а также облучаемые и калибровочные
мишени.
Рис. 2.2. Схема двух-пучкового эксперимента. 1 – анализатор профиля пучка, 2 –
распылительный ионный источник, 3 – дуоплазматронный ионный источник, 4 –
вакуумная камера, 5 – турбо-молекулярный насос, 6 – 30° масс-сепаратор, 7 –
электростатическая линза, 8 – поворотные пластины, 9 – шибер, 10 – 60°
масс-сепаратор, 11 – система квадрупольных магнитов.
2.1.1. Пучкопровод для ионов высоких энергий.
Пучкопровод соединяет вакуумную камеру и 3 МэВ ускоритель ТАНДЕМ, обеспечивая
различные виды ионно-лучевых диагностик для поверхности облучаемой мишени.
Пучкопровод откачивается турбомолекулярным насосом со скоростью 500 л/с до
давления <10-8 Торр. Когда ионно-лучевая диагностика поверхности не
используется, он изолируется двумя автоматическими клапанами. Система
квадрупольных магнитов используется для коррекции траектории анализирующего
пучка. Анализатор профиля пучка позволяет определить его положение внутри
пучкопровода, а также распределение плотности тока по сечению. Анализатор и
система коррекции траектории позволяют скорректировать траекторию пучка таким
образом, чтобы достичь максимального тока. Пучок проходит через ту же систему
диафрагм, которая используется для газового ионного пучка, а также через камеру
60-ти градусного масс-сепаратора, который отключается на время измерений.
2.1.2. Дуоплазматронная ионно-лучевая система.
Дуоплазматронная ионно-лучевая система предназначена для генерации, ускорения и
сепарации пучков ионов газов, таких, как Н, D, Ar, Kr, Xe и т.д. Она состоит из
стандартных компонентов производства компании Peabody Scientific:
дуоплазматронный ионный источник (модель PS-100), вытягивающий электрод (модель
300), электростатическая линза (модель 370). Электростатические отклоняющие
пластины используются для коррекции траектории пучка при транспортировке через
камеру масс-сепаратора и систему диафрагм в вакуумной камере. Масс-сепаратор
представляет собой электрический магнит с максимальной магнитной индукцией
0,5 Тесла, углом поворота 60° и фокусным расстоянием 430 мм. Его полюсные
наконечники наклонены под углом 2,3°, а радиус траектории частиц, проходящих
сепаратор, составляет 92 мм. При диаметре диафрагмы 3 мм в точке фокуса, его
разрешение составляет 7,4Ч10-3. Энергии генерируемых ионов лежат в интервале от
0,5 до 10 кэВ при разбросе энергий менее 25 эВ. Для поддержания постоянного
потока газа в камеру дуоплазматрона используется автоматический натекатель
Balzers UDV 140 с блоком управления Balzers RVG 050 B. В качестве управляющего
сигнала используется измеритель давления, установленный в объеме, откачиваемом
турбо-молекулярным насосом, т.е. после ускоряющего электрода.
2.1.3. Распылительная ионно-лучевая система.
Распылительная ионно-лучевая система предназначена для генерации пучков
отрицательных ионов твердотельных, а также газовых элементов, с энергиями в
диапазоне от 0,5 до 15 кэВ. Она состоит из распылительного источника (модель
PS-120), электростатической линзы (модель 370), набора отклоняющих
электростатических пластин производства компании Peabody Scientific.
Отрицательные ионы формируются за счет бомбардировки поверхности мишени
положительными ионами цезия. В процессе имплантации цезия в материал мишени
создается переходной слой. Распыленые частицы мишени, проходя такой слой, могут
присоединять к себе дополнительный электрон, благодаря чему покидают
поверхность, будучи отрицательно заряженными. Они ускоряются тем же
потенциалом, которым ускоряются положительные ионы цезия, и, таким образом,
покидают источник и попадают в масс-сепаратор. Масс-сепаратор представляет
собой электрический магнит с максимальной магнитной индукцией 0,88 Тесла и
углом поворота 30°. Радиус траектории частиц, проходящих сепаратор, составляет
254 мм. При диаметре диафрагмы 3 мм в точке фокуса, его разрешение составляет
»0,03, что позволяет сепарировать изотопы углерода, а также тяжелые элементы от
их химических соединений [[xcviii], [xcix]].
2.1.4. Вакуумная камера.
Вакуумная камера радиусом 350 мм содержит верхний фланец, на котором
смонтировано как оборудование для диагностики поверхности, так и системы
диафрагм, формирующих ионные пучки (рис. 2.2).
Рис. 2.3. Оборудование вакуумной камеры. 1 и 3 – пучкопровод с диафрагмами, 2 и
4 – заслонки, 5 – цилиндр Фарадея, 6 – подвижный кронштейн, 7 – 165° детектор,
8
- Київ+380960830922