Методика исследования взаимодействия плазмы с поверхностью на основе спектроскопии ионного рассеяния и установка для ее реализации

• Автор: Мамедов, Никита Вадимович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 Исследования взаимодействия плазмы с материалами для обращенных к плазме элементов термоядерных установок
1.1 Установки по исследованию взаимодействия плазмы ТЯР с материалами первой стенки

1.2 Методики анализа поверхности, основные на спектроскопии ионного рассеяния

1.3 Спектроскопия рассеяния медленных ионов (Low-energy ion scattering -LEIS)

1.4 Анализ толщины поверхностного слоя с помощью спектроскопии рассеяния ионов водорода и гелия кэвных энергий

1.5 Выводы к главе

ГЛАВА 2 Описание модернизированной установки Большой Масс-монохроматор МИФИ

2.1 Оценка длины свободного пробега ионов кэвных энергий с частицами остаточного газа при повышенных давлениях
2.2 Описание ионно-оптической системы
2.3 Встраиваемый малогабаритный источник плазмы
2.4 Вакуумная система установки
2.5 Мишенные устройства
2.6 Система автоматизации установки и программное обеспечение
2.8 Выводы к главе
Г ЛАВА 3 Определение элементного состава и толщины поверхностной пленки твердого тела при внешнем воздействии на поверхность
3.1 Исследование динамики поведения углерода и кислорода на поверхности материалов ОПЭ
3.2 Метод и результаты одновременного определения элементного состава и толщины пленки на поверхности
3.3 Влияние давления рабочего газа в камере взаимодействия на результаты диагностики поверхности с помощью спектроскопии ионного рассеяния
Г ЛАВА 4 Применение созданной экспериментальной установки .Л
4.1 Определение толщины ультратонкой фольги с помощью спектроскопии ионов водорода кэвных энергий
4.2 Сравнительный анализ конвертеров нейтральных частиц при абсолютно одинаковых условиях облучения
Заключение
Приложение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время при создании первого экспериментального термоядерного реактора ИТЭР большое внимание уделяется явлениям, сопровождающим взаимодействие плазмы с поверхностью окружающих плазму элементов (ОПЭ) реактора. Это связано с тем, что под воздействием потоков частиц и излучений, происходит их эрозия и изменение физических свойств. Кроме того, в результате распыления материалов плазма загрязняется, а в стенках накапливается тритий, количество которого ограниченно требованиями безопасности.
При диагностике взаимодействия плазмы с поверхностью именно регистрация изменения самой поверхности в процессе такого воздействия является наиболее сложной задачей. Например, в больших современных термоядерных установках, на взаимодействие одновременно влияет множество процессов, включая обмен веществом, зарядами и энергией между плазмой и стенкой. Как следствие, невозможно выделить и изучить физику какого-то процесса в отдельности. Это становиться возможным с использованием лабораторных установок, позволяющих промоделировать определенный процесс с известными и фиксированными параметрами облучения и получить информацию об изменении свойств поверхности при взаимодействии. Для моделирования используется либо низкотемпературная плазма в так называемых плазменных симуляторах, либо ионные пучки, при этом род и энергия частиц могут быть точно заданы, а поток частиц на поверхность измерен с достаточной точностью. Однако в существующих плазменных симуляторах анализ поверхности проводится, как правило, после окончания облучения, что не позволяет проследить динамику поверхностноплазменного взаимодействия.

сигналов отраженных и выбитых с поверхности частиц падает с ростом давления в камере взаимодействия, как результат рассеяния ионов на остаточном газе. Однако форма спектра не изменялась.
Таким образом, показано, что с помощью спектроскопии ионного рассеяния и спектроскопии атомов отдачи возможно исследование состава поверхности, структуры и механизма роста пленки в режиме реального времени при повышенных давлениях.
10* — --------. ^ —— ■ ■ ■ і - "-г ■ ■ -—■> - г
100 - *—- -——*—-* ~—*— k -*—■—1—*
О 0 0005 0.001 0 0015 0 002 0 0
Rrttour« (Torr)
Рис. 1.4.9 Интенсивность ISS и DRS пиков частиц отраженных от Au при облучении ионами Ar+, Не+, Ne+ (10 кэВ) в зависимости от внешнего давления газа Ar, N2,C>2,H2. [87]