Молекулярный эффект при взаимодействии водородосодержащих ионов кэвных энергий с веществом

• Автор: Гриднева, Елена Алексеевна
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 109 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Основные представления о прохождении частиц через вещество

1.2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ИОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ

ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. КРАТКОЕ 01ІИСАІШЕ ОСНОВІЮЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

2.2. Автоматизированный электростатический энергоанализатор ионов и ней тральных

атомов

2.3. UHV-СТЕНД для проведения экспериментов с легкими ионами низких энергий

2.4. ОПИСАНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

2.5. Описание используемого для моделирования компью терною кода SCATTER

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ АТОМАРНЫХ И МОЛЕКУЛЯРНЫХ ИОНОВ ВОДОРОДА СКВОЗЬ УЛЬТРАТОНКИЕ АЛМАЗОПОДОБНЫЕ ФОЛЬГИ
3.1. OIІРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ И ФЛУКТУАЦИИ ТОЛЩИНЫ ТОНКИХ ФОЛЫ-с помощью зондовых
ПУЧКОВ ИОНОВ ВОДОРОДА КЭВМЫХ ЭНЕРГИЙ
3.2. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ЭФФЕКТ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ИОНОВ ВОДОРОДА СКВОЗЬ
УЛЬТРАТОНКИЕ ФОЛЬГИ
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ ЧАСТИЦ ПРИ МАЛОУГЛОВОМ РАССЕЯНИИ РАЗЛИЧНЫХ ИОНОВ ВОДОРОДА ОТ МОЛИБДЕНОВОЙ МИШЕНИ
ГЛАВА 5. ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗМЫ В ТЕРМОЯДЕРНЫХ УСТАНОВКАХ, ОСНОВАННЫЕ НА ОСОБЕННОСТЯХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИОНОВ ВОДОРОДА С ТОНКИМИ ФОЛЬГАМИ
5.1. Фольговый эиергоанализатор нейтралов перезарядки для измерения ионной
ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАЗМЫ В TOKAMAKE
5.2. Малогабаритный анализатор состава газовой смеси в диверторной области
ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
ВЫВОДЫ
ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Захват и отражение легких ионов водорода первой стенкой и другими поверхностями термоядерного реактора (ТЯР) являются одними из основных процессов, определяющих накопление топлива в обращенных к плазме элементах конструкции ТЯР, масеообмен плазмы и стенки. Распыление обращенных к плазме материалов ТЯР под действием потоков частиц из нее влияет на время удержания плазмы, а также на эрозию и деградацию обращенных к плазме элементов, в том числе диагностического оборудования. Экспериментальное и теоретическое исследование этих процессов проводилось во многих лабораториях и составило основу базы данных для термоядерных установок. Однако сведения об особенностях взаимодействия молекулярных (кластерных) водородосодержащих ионов с материалами плазменных установок крайне отрывочны и скудны. В то же время, в связи с развитием концепции газового дивертора, роль молекулярной составляющей в процессах рециклинга топлива становится все более значимой.
Кроме того, при облучении поверхности кластерными ионами проявляются неаддитивные по сравнению с облучением атомарными ионами эффекты. Облучение поверхности моноядерными кластерами позволяет исследовать эти эффекты в зависимости от количества частиц в кластере. Помимо этого облучение поверхности гетсроядерными кластерами позволяет реализовать облучение поверхности фрагментами молекулярного иона и, тем самым, спуститься в область более низких кинетических энергий частиц.
На процессы отражения и распыления при облучении поверхности могут влиять различные факторы, такие как шероховатость поверхности, наличие на ней тонких осажденных пленок и примесей, и т.п. Проведение экспериментов по регистрации энергетических распределений фрагментов кластеров позволяют выявить эффекты, связанные с указанными выше факторами.
Компьютерное моделирование с помощью кодов, позволяющих включить в рассмотрение особенности реальных экспериментов: состав примесей, тепловые колебания атомов решетки твердого тела, структуру исследуемого

вещества, рельеф мишени и т.п., пополняет представление о происходящих процессах. В связи с известными сложностями проведения экспериментов с тритием, компьютерные расчеты являются дополнительным инструментом изучения взаимодействия данного изотопа водорода с материалами ТЯР. Модельные расчеты также необходимы для оценки потоков частиц в сложной геометрии элементов ТЯР, например, для прогнозирования поведения диагностических зеркал термоядерных установок, а также при разработке средств корпускулярной диагностики плазмы, в которых используются твердотельные конверторы потоков нейтралов. Таким образом, представляется актуальным исследование особенностей взаимодействия с конденсированными средами водородосодержащих молекулярных ионов для выявления физики происходящих при этом процессов, их влияния на процессы рециклинга топлива в термоядерном реакторе и при разработке корпускулярных средств диагностики плазмы.
Цель работы
1. Сравнительное экспериментальное исследование особенностей взаимодействия атомарных и молекулярных ионов водорода термоядерных энергий с твердым телом для выявления отличий, обусловленных связанным состоянием нуклонов в молекулярном ионе.
2. Тестирование методов компьютерного моделирования процессов отражения и прохождения через вещество ионов водорода с помощью прямых экспериментов.
3. Разработка экспериментального стенда для исследования взаимодействия с материалами плазменных установок низкоэнергетичных легких ионов в чистых вакуумных условиях.
4. Применение выявленных закономерностей взаимодействия изотопов водорода с тонкими слоями конденсированного вещества при разработки средств диагностики для термоядерного реактора.

(го = 1,03 А для Н2+ и Го = 0,86 А для Н3+), так и от ориентации первичного иона относительно поверхности мишени при подлете. Расчет максимально возможных потерь за счет кулоновского рассталкивания показал, что для Н2+ ЛЕмо:11=2,156 (при этом угол между направлением движения центра масс иона и проведенной через центры ядер прямой равен нулю), а для иона Н3+ ЛЕ*/ л[Ё = 3,4158 (что соответствует случаю, когда один из трех атомов движется в направлении обратном направлению движения центра масс первоначального иона, а два других под углом 60° с ним), что поразительно совпадает с данными, полученными в эксперименте для величин ЛЕмо„14Ё , соответствующим вкладу «молекулярного» эффекта в ширину спектра.