Способ изготовления эталонных образцов для контроля за содержанием гелия в конструкционных материалах термоядерного реактора

Способ изготовления эталонных образцов для контроля за содержанием гелия в конструкционных материалах термоядерного реактора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к способам изготовления образцов с равномерным распределением примеси гелия, может быть использовано для изготовления эталонных мишеней для экспериментов по определению содержания гелия в конструкционньпс материалах термоядерного реактора и позволяет получить равномерное распределение гелия по глубине и аппаратурно упростить метод. Одновременно напыляют металл на подложку и имплантируют ионы гелия с энергией, выбираемой в диапазоне от 50 до 200 кэВ на напыляемый слой. При постоянной во времени скорости напыления, плотности тока и энергии ионов гелия реализуется равномерное распределение концентрации гелия по глубине напьшенного слоя материала. с $ (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (191 (11) д11 4 G 01 N 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4084299/31-26 (22) 02.07.86 (46) 30.01.88. Бюл. М 4 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.М.Кирова (72) Ю.П.Черданцев,. В,Н.Шадрин, В.Н.Сулема и О.П.Белянин (53) 543.053(088.8) (56) Титов В.В. К вопросу о конструировании заданных профилей — ЖТФ, 1978, т. 48, в. 11, с. 2407-2411.

G.Mercy, I:.Kotai, Т.Lehner. А simple method Co produce qusi-simultaneous multiple епегяу helium implantation. — 7. of Nucl. МаС., 1983, ч. 114, р, 330. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭТАЛОННЫХ

ОБРАЗЦОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА СОДЕРЖАНИЕМ

ГЕЛИЯ В КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ

ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА (57) Изобретение относится к способам изготовления образцов с равномерным распределением примеси гелия„ может быть использовано для изготовления эталонных мишеней для экспериментов по определению содержания гелия в конструкционных материалах термоядерного реактора и позволяет получить равномерное распределение гелия по глубине и аппаратурно упростить метод. Одновременно напыляют металл на подложку и имплантируют ионы гелия с энергией, выбираемой в диапазоне от 50 до 200 кэВ на напыляемый слой. При постоянной во времени скорости напыления, плотности тока и энергии ионов гелия реализуется равномерное распределение концентрации гелия по глубине напыпенного слоя материала.

1370489

55

Изобретение относится к средствам измерения и контроля за содержанием примесей ядерно-физическими методами анализа и может быть исполь5 зовано для изготовления эталонных мишейей для экспериментов по определению содержания гелия в конструкционных материалах термоядерного реактора.

Цель изобретения — получение равномерного распределения гелия по глубине и аппаратурное упрощение метода.

Способ осуществляют следующим образом.

На гладкую полированную подложку напыляют слой металла и одновременно производят имплантацию ионов гелия с энергией от 50 до 200 кэВ в напыляемый слой. Полученный таким способом образец можно по глубине условно разделить на три области.

Первая область — с почти равномерным распределением гелия в подложке на глубине от среднего проективного пробега ионов гелия до поверхности подложки, образованная до того, как толщина напыленного слоя стала равной пробегу ионов гелия в напыленном З0 материале.

Следующая область - напыпенный над подложкой слой металла. При неизменной плотности тока и постоянной во времени скорости напыления эта область будет содержать равномерное по глубине распределение гелия. Накопление гелия в напыляемом слое будет идти последовательно от подложки к поверхности напыленной пленки.

Одинаковые условия имплантации гелия по всей глубине этой области приводит к равномерному распределению гелия. Толщину этого слоя можно сделать любой в зависимости от времени и скорости напыления.

Третья область — приповерхностный слой напыленной пленки до глубины максимального пробега ионов гелия, который не будет равномерно насыщен гелием. Этот слой при необходимости может быть удален травлением или ионным распылением. Если при анализе гелия используется геометрия "на прострел" и для анализа нужен тонкий образец, то металл напыляют на тонкую пленку толщиной несколько микрон, либо в качестве подложки используют легко растворимый материал.

Изготавливают эталонный образец для анализа гелия методом ядер отдачи. Для напыления используют алюминий, поскольку это материал с низкой температурой плавления, значения тормозной способности ионов в котором хорошо известны. С помощью термического испарителя на алюминиевую подложку толщиной 10 мкм напыпяют алюминий со скоростью 60 K/ìèí. Одновременно с помощью ионного источника имплантируют ионы гелия с энергией

50 кэВ при температуре подложки, равной 25 С.

IIpv плотности тока ионов 10 мкА в течение 2,8 ч на подложке образуется слой алюминия толщиной 1 мкм, равномерно насыщенный гелием с концентрацией 6 10 ат/cM . Концентрация гелия может быть увеличена путем уменьшения скорости напыления при неизменном токе, либо увеличением плотности тока ионов при одинаковой скорости напыления. Неравномерность концентрации гелия определяется разбросом значений плотности тока и скорости напыления. При стабилизированном высоковольтном источнике питания ионной пушки можно получить разброс плотности тока пучка ионов во времени не более 5Х. При небольшой скорости о напыления (50 А/мин) можно добиться ее стабильности во времени в тех же пределах (5Х). Неравномерность концентрации гелия уменьшается при автоматизированном контроле за плотностью тока пучка ионов, Тогда при случайном увеличении тока автоматически уменьшается расстояние между образцом и измерителем (предварительно измеряют зависимость скорости напыления от этого расстояния) °

Энергия имплантируемых ионов гелия выбирается исходя из следующего, Верхний предел энергии (200 кэВ) определяется, в первую очередь, воэможностью испольэовать для имплантации сравнительно дешевые имплантационные установки, во-вторых, с целью уменьшить нагрев образца при имплантации. На нагрев образца уходит значительная часть энергии ионов.

При высокой температуре гелий sa счет диффузии может выходить иэ образца, Выбор нижнего энергетического порога (50 кэВ) обусловлен следующим.

При энергии ниже 50 кэВ не удается

89

4 ется равномерное распределение гелия по глубине. Кроме того, способ снижает энергию имплантируемых ионов гелия, что дает возможность испольэовать дешевые источники ионов.

Способ изготовления эталонных образцов для контроля sa содержанием гелия в конструкционных материалах термоядерного реактора, включающий имплантации ионов гелия в образец, отличающийся тем, что, с целью получения равномерного распределения гелия по глубине и аппаратурного упрощения метода, имплантацию ионов гелия в образец производят с одновременным напылением на него атомов металла, например алюминия, а диапазон изменения энергии имплантации ионов гелия находится в пределах 50-200 кэВ.

Составитель Л.Нечипоренко

Техред М.Ходанич Корректор М.Максимишинец

Редактор А.Ревин

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35 1 Раушская наб., д, 4/5

Заказ 411/41

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

13704 создать большие концентрации гелия без разрушения поверхностного слоя материала. Если при 10 кэВ критическая доза, прн которой происходит разрушение материала равна 2 10" см, о з. то для 50 кэВ она равна 4 10 см т.е. в два раза больше. Поэтому, что- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я бы иметь более высокую концентрацию гелия в эталонном образце, целесообразно энергию ионов выбирать 50 кэВ и выше. При энергии выше 100 кэВ критическая доза практически не зависит от энергии.

Следовательно, внедрение гелия с повышенной энергией увеличивает коэффициент захвата гелия, что позволяет сократить время приготовления эталонного образца. В предлагаемом способе (в отличие от известных) за счет одновременного напыления и имплантации реализуются одинаковые условия внедрения ионов по всей толщине эталонного образца, чем достига