Оптическая диагностика in situ для мониторинга состояния поверхности приемников ионных пучков Докладчик – Куклин К.Н. Руководитель – Иванов И.А.

Введение 10 m Блистеринг – образование пузырей на поверхностях, облучаемых пучками ионов водорода и гелия. Блистеринг характеризуется появлением на поверхности вздутий с характерным размером 1-5 мкм. Увеличение дозы облучения приводит к вскрытию и последующему отрыву крышек блистеров. В некоторых случаях вместо (или наряду) с появлением пузырей происходит отшелушивание поверхностного слоя (флекинг).

Имплантационный стенд

Цель работы Создание диагностики позволяющей наблюдать за процессом появления блистеров непосредственно во время эксперимента. Изучение формирования блистеров на поверхности меди в зависимости от ее температуры и энергии протонного пучка.

отраженный свет Луч лазера рассеянный свет δ шероховатость поверхности A λ - коэффициент черноты Принципиальная схема наблюдения блистеринга во время облучения мишени Диагностика основывается на эффекте возрастания интенсивности диффузного рассеянного света от изучаемой поверхности и уменьшении интенсивности зеркально отраженного света из-за увеличению шероховатости поверхности. 10 m

отраженный свет Луч лазера рассеянный свет цифровая видеокамера цифровая фотокамера фотодиод 2 фотодиод 3 Лампа Принципиальная схема наблюдения блистеринга во время облучения мишени

Оптическая схема наблюдения блистеринга во время облучения мишени

Фотодиод 3 Линза Фотодиод 2 Цифровая фотокамера Цифровая видеокамера He-Ne лазер Фотодиод 1

Энергия протонов keV, температура мишени K Медная мишень - калибровка При облучении протонами порог блистеринга не наблюдался. Критическая доза – определена как доза, соответствующая половине максимума рассеянного света. Фото #1 Фото #2 Рассеянный свет интенсивность, о.е. Доза, см -2 Граница блистеринга Эксперимент 1 Эксперимент 2 Cu, 100keV, 296Kс

Эксперимент 1, Cu 298K, 100 keV, 0.25·10 18 см -2 Эксперимент 2, Cu 297K, 100 keV, 2.5·10 18 см m Медная мишень Фото #1 Фото #2

Медная мишень, 100keV, 296K диффузно рассеянный свет 0.25·10 18 см диффузно рассеянный свет (лазер) 0,5 см

0.5·10 18 см -2 диффузно рассеянный свет (лазер) диффузно рассеянный свет Медная мишень, 100keV, 296K 0,5 см

1·10 18 см -2 диффузно рассеянный свет (лазер) диффузно рассеянный свет Медная мишень, 100keV, 296K 0,5 см

2.5·10 18 см -2 диффузно рассеянный свет (лазер) диффузно рассеянный свет Медная мишень, 100keV, 296K 0,5 см

Diffuse reflected visible light measured by CCD camera Граница блистеринга Медная мишень Энергия протонов keV, температура мишени K Энергия протонов keV, температура мишени K Доза, см -2 Интенсивность, о.е. Cu, 100keV, 366K Доза, см -2 Интенсивность, о.е. Граница блистеринга Cu, 100keV, 296K Эксперимент 1 Эксперимент 2

Граница блистеринга Diffuse reflected visible light measured by CCD camera Медная мишень Cu, 200keV,296K Доза, см -2 Интенсивность, о.е Энергия протонов keV, температура мишени K Энергия протонов keV, температура мишени K Доза, см -2 Интенсивность, о.е. Граница блистеринга Cu, 100keV, 296K Эксперимент 1 Эксперимент 2

Медная мишень

Cu 190 keV, 368K, 11,4·10 18 cm -2 Медная мишень

Cu 100,2 keV, 297K, 15·10 18 cm -2

Выводы 1.Создана диагностика позволяющая наблюдать за процессом появления блистеров непосредственно во время эксперимента. 2.Показано, что при облучении протонами процесс образования блистеров носит не пороговый характер. 3.С помощью диагностики определена характерная доза образования блистеров для меди в зависимости от энергии протонного пучка и температуры мишени.

Спасибо за внимание

Cu 190 keV, 368K, 11, cm -2 Медная мишень Regular structure of blisters is observed. Surface of cooper was turned by diamond cutter.

Cu 190 keV, 368K, 11, cm -2 Медная мишень Regular structure of blisters is observed. Surface of cooper was turned by diamond cutter.

Медная мишень Cu 100,2 keV, 297K, 1, cm -2

Flacking is obseved Медная мишень Cu 95,6 keV, 296K, 2, cm -2

, Cu, 200keV, 366K Blistering threshold Diffuse reflected on 90` laser light, CCD camera Diffuse reflected on 7` laser light Photodiode 3 Медная мишень Blistering threshold depends on proton energy and on target temperature. The critical fluence of blisters formation increases from ~ cm -2 (T=296K, 100keV) up to cm -2 (T=366K, 200keV).

Введение Блистеринг – образование пузырей на поверхностях облучаемых пучками ионов водорода и гелия. 10 m Блистеринг характеризуется появлением на поверхности регулярной структуры вздутий с характерным размером 1-5 мкм. Увеличение дозы облучения приводит к вскрытию и последующему отрыву крышек блистеров. В некоторых случаях вместо (или наряду) с появлением пузырей происходит отшелушивание поверхностного слоя (флекинг).

Зависимость величины диффузного максимума от угла падения и от величины шероховатости поверхности (δ) δ=0,75мкм 2 - δ=1,25мкм 3 - δ=2,86мкм 4 - δ=5,40мкм λ = 630 нм А.С. Топорец – Отражение света шероховатой поверхностью //ОМП, 1979, 1