Отражение молекулярных ионов водорода от поверхности вольфрама

• Автор: Мошкунов, Константин Александрович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Обзор современных представлений о взаимодействии быстрых молекул с твердым телом

1.1 Торможение молекул с энергиями более 25 кэВ/нуклон

1.1.1 Торможение на электронах среды

1.1.2 Кильватерный эффект

1.1.3 Зарядовые состояния частиц

1.1.4 Упругое рассеяние быстрых молекул

1.1.5 Экранировка и потенциалы взаимодействия

1.1.6 Кулоновское взаимодействие фрагментов

1.1.7 Диссоциация, рекомбинация и выживание молекул

при торможении
1.2 Отражение молекул и их фрагментов от поверхности в области низких энергий
1.2.1 История наблюдения молекулярного эффекта
1.2.2 Теоретические модели молекулярного эффекта
1.3 Основные механизмы диссоциации молекулярных ионов в
области низких энергий
2 Установка для модификации и изучения поверхностей материалов пучками медленных ионов
2.1 Ионный монохроматор
2.2 Методика измерения спектров частиц при отражении молекулярных ионов
2.3 Система автоматизации ионного тракта
2.4 Выводы
1 С1
3 Экспериментальные результаты изучения отражения молекулярных ионов водорода и их фрагментов от поверхности твердого тела
3.1 Описание эксперимента
3.2 Уширение энергетических спектров фрагментов при отражении от поверхности вольфрама
3.3 Выживание и фрагментация молекулярных ионов
3.4 Отражение молекулярных ионов водорода от поверхности графита
3.5 Выводы
4 Компьютерное моделирование отражения молекул от поверхности
4.1 Описание модели
4.2 Моделирование спектров фрагментов
4.3 Моделирование энергетических и угловых распределений событий диссоциации
4.4 Выводы
Заключение
Опубликованные работы автора по теме диссертации
Литература

Введение
Взаимодействие ионов изотопов водорода с материалами является предметом интенсивных и разноплановых исследований на протяжении многих лет, выполненных в России и зарубежом. Интерес к этой тематике связан с проблемой управляемого термоядерного синтеза в установках с магнитным удержанием плазмы. Среди различных схем магнитного удержания сейчас наиболее внимание уделяется токамакам. Согласно решению международного сообщества к 2018 г. планируется закончить строительство экспериментального реактора ИТЭР, а к 2035-2050 гг. - первого коммерческого термоядерного реактора-токамака. ИТЭР, как промежуточная стадия, необходим для проверки множества пока не окончательно решенных проблем, наиболее сложной и неопределенной из которых сейчас является взаимодействие плазмы со стенкой. Та же проблема стоит и при создании объемного источника нейтронов на базе токамака как составляющей части энерготехнологий нового поколения.
Сложность данной проблемы заключается не только в адекватном прогнозировании поведения обращенных к плазме элементов установок и возможности реализации стационарного режима работы, но и в недостаточной изученности многих фундаментальных характеристик взаимодействия сложной по составу и параметрам плазмы с изменяющейся под ее воздействием поверхностью. Захват изотопов водорода, их накопление в материале, и модификация поверхности при плазменном воздействии влияют на материал стенки. С другой стороны, отражение частиц, рекомбинация атомов на поверхности, распыление, вторичная электронная эмиссия и диссоциация молекулярных ионов влияют на пристеночную плазму и параметры ее взаимодействия со стенкой.
Однако, несмотря на большой объем исследований, остаются процессы, по которым отсутствуют численные данные, что не позволяет точно прогнозировать все эффекты взаимодействия плазмы со стенкой в тер-

0.5 0.6 0.7 0.8 0,9 1.0 Е/Е0
Рис. 1.13: Энергетические спектры молекул Нф, их ионизированных фрагментов и изначально атомарного Н+, отраженных от вольфрама [60]. Спектры отнормированы
по высоте пика.
фект ионной фокусировки играет важную роль не только для атомарных, но и молекулярных ионов. Кроме того, молекулярная компонента отраженного пучка оказывается куда более чувствительна к ориентационным эффектам, чем атомарная. Это последнее соотносится в работе с существованием механизма, подавляющего диссоциацию.
Вышедшая в 1982 г. работа Шнайдера, Экштайна и Вербека [62] посвящена другому аспекту отражения - зарядовым фракциям отраженных частиц. Используя в качестве налетающих частиц различные молекулы дейтерия с энергиями 0.5-9 кэВ/дейтрон и натриевую мишень, авторы обнаружили, что в области 3-6 кэВ/дейтрон положительная фракция Б+ в случае исходной частицы на 15% больше, чем для изначально атомарного Б+. Уширение энергетического спектра также отмечено в этой работе для энергии 6 кэВ/нуклон, однако спектр фрагментов уширен только в области низких энергий, а компоненты с энергией большей,