RU187849U1 - Устройство для определения профиля распределения плотности ионов в пучках - Google Patents

Устройство для определения профиля распределения плотности ионов в пучках Download PDF

Info

Publication number
RU187849U1
RU187849U1 RU2018133165U RU2018133165U RU187849U1 RU 187849 U1 RU187849 U1 RU 187849U1 RU 2018133165 U RU2018133165 U RU 2018133165U RU 2018133165 U RU2018133165 U RU 2018133165U RU 187849 U1 RU187849 U1 RU 187849U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode
suppressor
device
ion
guides
Prior art date
Application number
RU2018133165U
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Павлович Бобырь
Александр Иванович Семенников
Петр Алексеевич Федин
Тимур Вячеславович Кулевой
Александр Викторович Спицын
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2018133165U priority Critical patent/RU187849U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU187849U1 publication Critical patent/RU187849U1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H5/00Direct voltage accelerators; Accelerators using single pulses

Abstract

Полезная модель относится к вакуумной технике, технике ускорителей и может быть использовано в области исследования взаимодействия ионов с материалами (металлами и их сплавами), а так же в области исследования влияния ионно-индуцированных дефектов структуры на свойства материалов. Техническим результатом полезной модели является создание устройства, позволяющего определять распределение плотности ионов при облучении образцов материалов (металлов и их сплавов) потоком заряженных частиц от внешнего источника (ускорителя ионов). Для достижения этого результата предложено устройство для определения профиля распределения плотности ионов, содержащее опорный фланец в виде пластины, на котором перпендикулярно его плоскости закреплены несущие шпильки, на которых последовательно смонтированы направляющие электрода с электродом 4, с возможностью линейного движения электрода по направляющим, кольца изоляционные, супрессор, изолятор, держатель ламелей с ламелями, изолятор, прижимная пластина, защитный экран, при этом опорный фланец, электрод, супрессор, изоляторы, держатель ламелей, прижимная пластина, защитный экран содержат сквозное отверстие, и электрод, супрессор и ламели выполнены с возможностью подключения к электрическим контактам измерительной аппаратуры. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к вакуумной технике, технике ускорителей и может быть использована в области исследования взаимодействия ионов с материалами (металлами и их сплавами), а так же в области исследования влияния ионно-индуцированных дефектов структуры на свойства материалов.

Уровень техники

Устройства для облучения образцов материалов заряженными частицами широко известны. Они, как правило, выполнены в различных конструктивных решениях и имеют однотипные по назначению элементы: ускоряющую структуру, пучок ускоренных частиц которого проходит через диафрагму и попадает на образец материала, соединенного с различного рода измерительной аппаратурой (см., например, авторское свидетельство №1492321).

Известно устройство для ионно-лучевой обработки изделий медицинской техники Патент на изобретение РФ 2277934, содержащее источник ионов, масс-сепаратор, формирователь пучка ионов и вакуумную камеру, в стенке которой выполнено отверстие для входа пучка ионов, а с противоположной стороны расположен приемник-регистратор ионов, при этом в торцевой части камеры установлен с возможностью вращения диск с расположенными по периферии диска держателями для обрабатываемых изделий, причем каждый держатель представляет собой стержень, установленный перпендикулярно поверхности диска с возможностью вращения вокруг собственной оси, а в верхней части стержня смонтированы опоры для обрабатываемых изделий. Приемник-регистратор ионов выполнен в виде полого графитового цилиндра, один из торцов которого открыт и обращен в сторону отверстия для входа пучка ионов, а второй торец имеет коническую форму и снабжен водоохлаждаемым основанием.

Недостатком приемника-регистратора данного устройства можно отметить измерение только полного тока ионов, при отсутствии измерения плотности их пространственного распределения.

В способе обработки циркониевых сплавов Патент на изобретение РФ №2199607, заключающийся в том, что изделие из циркониевого сплава подвергают термомеханической обработке, формируют любым способом на поверхности изделия оксидную пленку этого же сплава, отличающийся тем, что в оксидную пленку путем ионного внедрения вводят ионы одного из элементов пятой группы или выше, причем указанное внедрение осуществляют при энергии, обеспечивающей длину пробега пучка ионов предпочтительно не более толщины оксидной пленки, контроль параметров пучка ионов осуществляется системой магнитов. Суть сканирующей магнитной системы не раскрывается. Ток ионов частично меряется с помощью цилиндра Фарадея.

Известно устройство для имплантации ионов Патент на изобретение РФ №2118012, содержащее вакуумную камеру с установленным в ней источником ионов Пенинга с системой питания анода и мишени, систему формирования и извлечения пучка ионов, высоковольтный управляющий выпрямитель, высоковольтный электрод, являющийся держателем образцов.

Недостатком устройства можно отметить отсутствие системы измерения параметров пучка. Измеряется только интегральный поток ионов на образец.

Известно устройство для облучения электронами рулонированных материалов (текстильных полотен, полимерных пленок) авторское свидетельство СССР №812151. Данное устройство содержит ускоритель электронов, радиационную защиту и транспортную систему для подачи материала в зону облучения и вывода из нее. Для уменьшения габаритов и повышения качества облучаемого материала транспортная система выполнена в виде вращающегося барабана, установленного на подшипниковых опорах в кольцевой цилиндрической полости, образованной блоками радиационной защиты, коаксиально с этой полостью. На обечайке барабана имеются отверстия, конфигурация которых соответствует заданной форме локального облучения, а источник облучения расположен в барабане.

Данное устройство адаптировано только для облучения предметов, имеющих плоскую форму, обладающих достаточной гибкостью, и не может быть использовано для облучения образцов небольших размеров.

Известно устройство для облучения ускоренными электронами авторское свидетельство СССР №1828380, содержащее ускоритель электронов, из которого ускоренный пучок электронов по вакуумному электронопроводу попадает на вход импульсного электромагнита, к обмотке которого подключен генератор биполярных импульсов тока и генератор тока развертки, и, далее, в вакуумную камеру с окнами, на которых размещены электромагниты. Поле этих магнитов обеспечивает вход электронов в облучаемый объект под углом, близким к 90°.

Недостатком данного устройства является то, что электронно-оптические свойства магнитного поля зависят от величины зазора между полюсами электромагнитов и ширины выпускного окна, что затрудняет получение достаточно однородного поля облучения.

Вышеописанные устройства разработаны под конкретный источник электронов/ионов, который является одной из составных частей устройства и взаимосвязан с его другими узлами, и не подлежит замене в случае выхода из строя. Наиболее близкого по технической сущности аналога к заявляемой полезной модели не выявлено.

Раскрытие полезной модели

Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является задача разработки автономного, универсального устройства, позволяющего определять пространственное распределение плотности заряженных частиц при облучении образцов потоком ионов.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в том, что устройство, позволяет определять профиль распределения плотности ионов при облучении образцов материалов (металлов и их сплавов) потоком заряженных частиц от внешнего источника (ускорителя ионов).

Технический результат заявляемой полезной модели достигается тем, что предложено устройство для определения профиля распределения плотности ионов, содержащее опорный фланец в виде пластины, на котором перпендикулярно его плоскости закреплены несущие шпильки, на которых последовательно смонтированы направляющие электрода с электродом 4, с возможностью линейного движения электрода по направляющим, кольца изоляционные, супрессор, изолятор, держатель ламелей с ламелями, изолятор, прижимная пластина, защитный экран, при этом опорный фланец, электрод, супрессор, изоляторы, держатель ламелей, прижимная пластина, защитный экран содержат сквозное отверстие, а электрод, супрессор и ламели выполнены с возможностью подключения к электрическим контактам измерительной аппаратуры.

В предпочтительном варианте:

- опорный фланец, шпильки, супрессор, прижимная пластина, защитный экран выполнены из коррозионностойкой стали;

- направляющие электрода, изоляционные кольца, изоляторы, держатель ламелей выполнены из фторопласта;

- электрод и ламели выполнены из меди.

Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что: предложенное устройство, установленное на пути следования потока линейно движущихся ионов, выделяет пучок и позволяет измерить пространственное распределение заряженных частиц в нем. При этом данное устройство сохраняет положительные признаки наиболее близких к нему технических решений, в частности, позволяет измерять полный интегральный поток заряженных частиц, проходящий через него.

Краткое описание чертежей

Сущность полезной модели поясняется фигурами.

На фиг. 1 схематично представлено устройство для определения профиля распределения плотности ионов, где цифрами обозначены:

1 - опорный фланец;

2 - несущие шпильки;

3 - направляющие электрода;

4 - электрод;

5- супрессор;

6 - кольца изоляционные;

7 - изоляторы;

8 - держатель ламелей;

9 - прижимная пластина;

10 - защитный экран;

11 - ламели;

12 - средство крепления (Гайки)

На фиг. 2 схематично показана принципиальная схема ускорителя ионов, где цифрами обозначены:

13 - ускоряющая структура ускорителя;

14 - ионопровод;

15 - камера взаимодействия;

16 - пучок ускоренных ионов;

17 - устройство для определения распределения плотности ионов;

18 - держатель образцов.

Осуществление полезной модели

Ниже приведен пример конкретного выполнения устройства, который не ограничивает варианты его исполнения.

Устройство по фиг. 1 содержит опорный фланец 1, представленный в виде круглой пластины, изготовленной в соответствии с посадочным фланцем имеющегося ускорителя ионов, на который перпендикулярно его плоскости жестко закреплены четыре несущие шпильки 2, на которые посредством прорезанных в каждой из частей круглых отверстий смонтированы все прочие части устройства в следующей последовательности: направляющие электрода 3 с электродом 4, кольца изоляционные 6, супрессор 5, изолятор 7, держатели ламелей 8 с ламелями 11, изолятор 7, прижимная пластина 9, защитный экран 10.

Электрод 4 выполнен с возможностью линейного движения относительно направляющих электрода 3, так что в одном крайнем положении отверстие в конструкции устройства, предназначенное для пролета заряженных частиц полностью открыто, а в другом крайнем положении полностью закрыто. Для осуществления перемещения электрода 4 две его длинных стороны снабжены углублениями, длина которых больше длины направляющих электрода как минимум на величину сквозного отверстия и определяет величину максимального перемещения электрода. Обе направляющие электрода 3 представлены в виде непроводящего ток изделий сложной конфигурации с канавками по всей своей длине, посредством которых фиксируется и по которым двигается электрод 4.

Во всех осесимметричных элементах конструкции выполнено сквозное отверстие размером 34*34 мм., конфигурация которого соответствует заданной форме локального облучения, а расположенная на пути следования потока заряженных частиц система изолированных токопроводящих ламелей 11 позволяет измерять характеристики пучка с характерным размером до 50 мм.

По двум направляющим электрода 3 осуществляется линейное перемещение электрода 4 на расстояние до 40 мм. Супрессор 5 электрически изолирован от всех четырех несущих шпилек 2 с помощью четырех изоляционных колец 6. Пять вертикальных и пять горизонтальных ламелей 11 удерживаются силами трения между двумя изоляторами 7 и держателем ламелей 8, выполненными из электроизолирующих материалов. Жесткость сборки обеспечивается прижимной пластиной 9 и фиксацией средствами крепления, например гайками 12. Вся конструкция закрывается защитным экраном 10, формирующим измеряемый пучок заряженных частиц нужной конфигурации, отверстие которого соответствует заданной форме локального облучения, в частности, отверстие выполнено в виде квадрата размером 34*34 мм, в котором все углы скруглены четвертью окружности с радиусом 3 мм.

Габаритные размеры реально изготовленного образца устройства составляют ∅148*62 мм.

Опорный фланец 1, шпильки 2, супрессор 5, прижимная пластина 9, защитный экран 10, гайки 12 изготавливаются из коррозионностойкой стали и являются основными конструкционными частями устройства, определяя форму проходящего пучка ионов, и создают условия для определения потока ионов по измерению величины электрического тока проходящего в каждой электрической цепи «токопроводящих элементов конструкции -измерительной аппаратурой».

Направляющие электрода 4, четыре кольца изоляционных 6, два изолятора 7, держатель ламелей 8 выполнены из фторопласта и предназначены для электроизоляции всех токопроводящих элементов устройства друг от друга. Это позволяет точно и раздельно контролировать поток ионов, падающий на устройство и профиль их распределения.

Электрод 4 и ламели 11 выполнены из меди и предназначены для измерения токовых характеристик потока ионов.

Устройство для определения распределения профиля плотности ионов работает следующим образом.

Устройство в сборе фиг. 2 присоединяется к фланцу с держателем облучаемых образцов 18 любого линейного ускорителя ионов, таким образом, чтобы пучок заряженных частиц 16 располагался осесимметрично с устройством 17 и держателем образцов 18. Электрод 4, супрессор 5 и ламели 11 подключаются к электрическим контактам измерительной аппаратуры (на чертежах не показана) любым удобным способом, обеспечивающим надежный электрический контакт, и определяется конкретной конфигурацией ускорителя. Камера взаимодействия 15, ионопровод 14, ускоряющая структура ускорителя 13 откачиваются до давления необходимого для работы конкретной ускоряющей структуры 13.

Принципиальная схема ускорителя ионов представлена на фиг. 2. Пучок ионов 16 формируясь в ускоряющий структуре ускорителя 13 проходит через ионопровод 14, попадает в камеру взаимодействия 15, в которой, проходя через устройство для определения распределения плотности ионов 17, попадает на держатель для образцов 18.

Защитный экран 10 и прижимная пластина 9 формируют из падающего потока заряженных частиц пучок квадратного сечения размером 34*34 мм. Проходящие заряженные частицы на пути, которых находятся десять ламелей 11, тормозятся в них, передавая свой заряд, генерируют электрический ток в электрической цепи, состоящей из ламели, присоединительных электрических контактов и измерительной аппаратуры, который может быть измерен отдельно на каждой ламели, благодаря электроизолирующим изоляционным пластинам 7 и держателю ламелей 8. Из этих данных может быть математически рассчитан профиль распределения плотности частиц в пучке. При подаче на супрессор 5, электроизолированного от несущих шпилек 2 с помощью изоляционных колец 6, отрицательного потенциала происходит отражение вторичных электронов, в случае облучения образов положительными ионами, что необходимо для предотвращения погрешностей в определении потока заряженных частиц на облучаемые образцы и предотвращения их излишнего нагрева. Для измерения количества проходящих заряженных частиц используется электрод 4 в положении «закрыто» электроизолированный от конструкции с помощью направляющей электрода 3. В положении «открыто» электрода 4 ускоренные заряженные частицы проходят на держатель образцов.

В ходе проведения облучения все электрические сигналы измеряются дополнительно присоединенной к частям устройства измерительной аппаратурой (на фигурах не показана), которая может быть представлена в виде устройств позволяющих измерять силу тока в замкнутой электрической цепи. По измеренным значениям электрических сигналов в каждой электрической цепи возможно определение профиля распределения плотности пучка ионов и его положения в пространстве.

В ходе практического применения устройства были измерены характеристики пучка ионов железа Fe2+ с энергией 5,6 МэВ. Получено распределение плотности ионов в пучке совпадающее с теоретически рассчитанным распределением. Перепад плотности в пределах измеряемой площади пучка составил не более 15%.

Таким образом, устройство для определения распределения плотности заряженных частиц позволяет повысить точность попадания потока ионов на исследуемый образец и контролировать количественные значения потока электронов.

Преимуществом устройства является его автономность и универсальность, т.е. возможность присоединения к любому источнику ионов с помощью фланцевого соединения с возможной доработкой принципиально не меняющей конструкцию устройства. Геометрические параметры устройства позволяют измерять характеристики пучка диаметром до 50 мм.

Claims (4)

1. Устройство для определения профиля распределения плотности ионов в пучках, содержащее опорный фланец 1 в виде пластины, на котором перпендикулярно его плоскости закреплены несущие шпильки 2, на которых последовательно смонтированы направляющие электрода 3 с электродом 4, с возможностью линейного движения электрода 4 по направляющим 3, кольца изоляционные 6, супрессор 5, изолятор 7, держатель ламелей 8 с ламелями 11, изолятор 7, прижимная пластина 9, защитный экран 10, при этом опорный фланец 1, электрод 4, супрессор 5, изоляторы 7, держатель ламелей 8, прижимная пластина 9, защитный экран 10 содержат сквозное отверстие, и электрод 4, супрессор 5 и ламели 11 выполнены с возможностью подключения к электрическим контактам измерительной аппаратуры.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что опорный фланец, шпильки, супрессор, прижимная пластина, защитный экран, выполнены из коррозионностойкой стали.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что направляющие электрода, изоляционные кольца, изоляторы, держатель ламелей выполнены из фторопласта.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электрод и ламели выполнены из меди.
RU2018133165U 2018-09-19 2018-09-19 Устройство для определения профиля распределения плотности ионов в пучках RU187849U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018133165U RU187849U1 (ru) 2018-09-19 2018-09-19 Устройство для определения профиля распределения плотности ионов в пучках

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018133165U RU187849U1 (ru) 2018-09-19 2018-09-19 Устройство для определения профиля распределения плотности ионов в пучках

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU187849U1 true RU187849U1 (ru) 2019-03-20

Family

ID=65758908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018133165U RU187849U1 (ru) 2018-09-19 2018-09-19 Устройство для определения профиля распределения плотности ионов в пучках

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU187849U1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1021264A1 (ru) * 1981-12-28 1994-09-30 Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте Устройство для неразрушающего измерения распределения плотности тока по сечению импульсных пучков заряженных частиц
US6402882B1 (en) * 1997-05-28 2002-06-11 Universite Pierre Et Marie Curie Device and method for ion beam etching using space-time detection
WO2009035841A1 (en) * 2007-09-11 2009-03-19 Alis Corporation Determining dopant information by use of a helium ion microscope
RU2616930C2 (ru) * 2014-04-21 2017-04-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации-Институт физики высоких энергий "Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" Пучковый монитор

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1021264A1 (ru) * 1981-12-28 1994-09-30 Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте Устройство для неразрушающего измерения распределения плотности тока по сечению импульсных пучков заряженных частиц
US6402882B1 (en) * 1997-05-28 2002-06-11 Universite Pierre Et Marie Curie Device and method for ion beam etching using space-time detection
WO2009035841A1 (en) * 2007-09-11 2009-03-19 Alis Corporation Determining dopant information by use of a helium ion microscope
RU2616930C2 (ru) * 2014-04-21 2017-04-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации-Институт физики высоких энергий "Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" Пучковый монитор

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4361762A (en) Apparatus and method for neutralizing the beam in an ion implanter
JP5395118B2 (ja) 電子顕微鏡システム用対物レンズおよび電子顕微鏡システム
EP0138610B1 (en) Electron detector
JP4482179B2 (ja) 粒子ビーム装置
US6339635B1 (en) X-ray tube
Tautfest et al. A Nonsaturable High‐Energy Beam Monitor
US3689766A (en) Apparatus for bombarding a target with ions
JP2012500454A (ja) 大電流直流陽子加速器
JP3921594B2 (ja) インプロセス電荷モニター及び制御システム、イオン注入装置およびそのための電荷中和方法
US4675530A (en) Charge density detector for beam implantation
Martone et al. The 14 MeV frascati neutron generator
TWI364787B (en) Faraday dose and uniformity monitor for plasma based ion implantation
JPH01298633A (en) Objective lens for focusing charged particle
US3986026A (en) Apparatus for proton radiography
JPH08271634A (ja) 放射線機器リアルタイム監視用のデータ整理システム
US6825475B2 (en) Deflection method and system for use in a charged particle beam column
Vallgren et al. Amorphous carbon coatings for the mitigation of electron cloud in the CERN Super Proton Synchrotron
Wåhlin The Colutron Mark II, a velocity filter isotope separator
US4179604A (en) Electron collector for forming low-loss electron images
US20130142305A1 (en) Compact, interleaved radiation sources
Walker et al. Measurement of damage distributions in ion bombarded Si, GaP and GaAs at 50 K
US2287619A (en) Device for the production of slow neutrons
US3870891A (en) Magnetic lenses
Belhaj et al. Time-dependent measurement of the trapped charge in electron irradiated insulators: Application to Al 2 O 3–sapphire
Saitoh et al. TIARA electrostatic accelerators for multiple ion beam application