Установка для ядерного микроанализа материалов

Полезная модель относится к области материаловедения, в частности, к сканирующим ионно-лучевым микрозондовым системам, и может быть использована при решении задач, связанных с микроанализом состава вещества.

В отличие от известной установки для ядерного микроанализа материалов, содержащей расположенные на одной оси источник ионов и ядерный сканирующий микрозонд, представляющий собой ионно-оптическую систему, состоящую из объектного и следующего за ним углового коллиматоров, фокусирующей системы, сканирующей системы и камеры взаимодействия пучка ионов с исследуемым образцом, в предлагаемой установке в качестве источника ионов выбран источник с максимально возможной энергией ионов, ионно-оптическая система дополнена щелевым коллиматором с ламелями, установленным вдоль оси системы перед объектным коллиматором, причем ламели щелевого коллиматора выполнены из материала с высоким атомным числом Z.

В частном варианте реализации источником ионов может служить электростатический перезарядный ускоритель, а в качестве материала ламелей может быть использован тантал.

Технический результат состоит в увеличении энергии заряженных частиц сканирующего пучка.

Полезная модель относится к области материаловедения, в частности, к сканирующим ионно-лучевым микрозондовым системам, и может быть использована при решении задач, связанных с микроанализом состава вещества.

Известна установка [1. Протонный сканирующий микрозонд с интегрированной зондоформирующей системой, А.Г.Пономарев, В.А.Ребров и др., Прикладная физика 2, Москва 2008.], представляющая собой протонный сканирующий микрозонд на базе ускорителя "Сокол". Ускоритель «Сокол» представляет собой электростатический ускоритель на максимальную энергию 2 МэВ. За ускорителем следует микрозонд, состоящий из объектного и следующего за ним углового коллиматоров и фокусирующей системы, обеспечивающей микронные поперечные размеры пучка, а также из сканирующей системы и камеры взаимодействия пучка ионов с исследуемым образцом.

Недостаток установок такого класса состоит в ограниченности энергии пучка и, как следствие, возможностей микроанализа.

Установка для ядерного микроанализа материалов [2. «Молодежь в науке» Сборник докладов, 2-я научная конференция, г. Саров 2003 г., Ядерный сканирующий микрозонд на базе электростатического перезарядного ускорителя ЭГП-10.], содержащая установленные на одной оси источник ионов и ядерный сканирующий микрозонд, представляющий собой ионно-оптическую систему, состоящую из объектного и следующего за ним углового коллиматоров, фокусирующей системы, сканирующей системы и камеры взаимодействия пучка ионов с исследуемым образцом. В качестве источника заряженных ионов используется электростатический ускоритель при энергии ионов 3 МэВ. Установка позволяет осуществить микроанализ поверхности материала, однако недостаток ее состоит в невозможности проведения анализа состава вещества при увеличении энергии пучка заряженных частиц, что обусловлено радиационной активацией ламелей коллиматоров.

Задача состоит в расширении возможностей микроанализа.

Технический результат состоит в увеличении энергии заряженных частиц сканирующего пучка.

Данный технический результат достижим за счет того, что в отличие от известной установки для ядерного микроанализа материалов, содержащей расположенные на одной оси источник ионов и ядерный сканирующий микрозонд, представляющий собой ионно-оптическую систему, состоящую из объектного и следующего за ним углового коллиматоров, фокусирующей системы, сканирующей системы и камеры взаимодействия пучка ионов с исследуемым образцом, в предлагаемой установке в качестве источника ионов выбран источник с максимально возможной энергией ионов, ионно-оптическая система дополнена щелевым коллиматором с ламелями, установленным вдоль оси системы перед объектным коллиматором, причем ламели щелевого коллиматора выполнены из материала с высоким атомным числом Z.

В частном варианте реализации источником ионов может служить электростатический перезарядный ускоритель, а в качестве материала ламелей может быть использован тантал.

Использование в установке в качестве источника ионов, источника с максимально возможной энергией пучка ионов и дополнение ионно-оптической системы микрозонда щелевым коллиматором с ламелями, а также размещение его по оси системы перед объектным коллиматором позволило, за счет повышения энергетических возможностей источника ионов и приспособленности к этому пучку коллиматорной системы микрозонда, повысить исходную энергию ионов пучка. Повышение энергии ионов сканирующего пучка позволяет производить сканирование более толстых образцов и на большую глубину, увеличит область применения метода ядерных реакций, что в свою очередь расширяет возможности микроанализа.

При этом выбор в качестве материала ламелей материала с высоким атомным номером обусловлен тем, что для работы в условиях использования ускорительной техники этот материал должен быть радиационно-стойким и обладать минимальной активацией при воздействии ускоренных ионов, что может обеспечить материал в виде металла с высоким атомным номером. Это сводит к минимуму активацию объектного и углового коллиматоров, следствием чего является уменьшение влияния фона на проводимые исследования. Тантал является наиболее подходящим материалом с точки зрения технологичности.

На фигуре схематично изображена заявляемая установка.

Установка состоит из источника ионов с квазимонохроматическим ионным пучком (1), котла (2), анализирующего магнита (3), образующих электростатический перезарядный ускоритель с максимальной энергией ионов 10 МэВ ЭГП-10 [3. ВАНТ, серия «Физика ядерных реакторов», 1997, ТИЯС - XI, специальный выпуск.], ядерного сканирующего микрозонда, представляющего собой ионно-оптическую систему, состоящую из щелевого (4) коллиматора с ламелями из тантала (Z=73), объектного (5) и следующего за ним углового (6) коллиматоров, фокусирующей системы (7), сканирующей системы (8) и камеры взаимодействия пучка ионов с исследуемым образцом (9).

Для включения установки необходимо: провести откачку вакуумной системы ускорителя ЭГП-10 [3] и вакуумной системы «микрозонда»; установить параметры источника ионов (1) и систем ускорителя (2), (3) для получения ускоренных ионов нужной энергии и типа частиц, в частности, протонов; настроить микрозонд с помощью фокусирующей системы (7) сформировать посредством системы коллиматоров (4), (5), (6) пучок ионов микронных размеров; посредством сканирующей системы (8) направить сформированный пучок ионов на Исследуемый образец, установленный в камере взаимодействия пучка ионов с исследуемым образцом (9).

Реализация заявленной установки позволила достичь увеличения энергии заряженных частиц сканирующего пучка в 5 раз, благодаря выбору типа источника ионов и доработке системы коллиматоров микрозонда.

1. Установка для ядерного микроанализа материалов, содержащая расположенные на одной оси источник ионов и ядерный сканирующий микрозонд, представляющий собой ионно-оптическую систему, которая состоит из объектного и следующего за ним углового коллиматоров, фокусирующей системы, сканирующей системы и камеры взаимодействия пучка ионов с исследуемым образцом, отличающаяся тем, что в качестве источника ионов выбран источник с максимально возможной энергией ионов, ионно-оптическая система дополнена щелевым коллиматором с ламелями, установленным по оси системы перед объектным коллиматором, причем ламели щелевого коллиматора выполнены из материала с высоким атомным номером Z.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что источником ионов служит электростатический перезарядный ускоритель, а в качестве материала ламелей щелевого коллиматора использован тантал.