RU95429U1

RU95429U1 - INSTALLATION FOR NUCLEAR MICROANALYSIS OF MATERIALS

Info

Publication number: RU95429U1
Application number: RU2010103060/22U
Authority: RU
Inventors: Иван Александрович Карпов; Сергей Николаевич Абрамович; Юрий Иванович Виноградов; Евгений Вячеславович Зимин; Игорь Александрович Иванин
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2010-06-27

Abstract

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. 1. Installation for nuclear microanalysis of materials, containing an ion source located on the same axis and a nuclear scanning microprobe, which is an ion-optical system, which consists of an object and the following angular collimators, a focusing system, a scanning system, and an ion beam interaction chamber with the studied sample, characterized in that the source with the maximum possible ion energy is selected as the ion source, the ion-optical system is supplemented by a slotted collimator with lamellas, it is established lennym on the system axis before the object collimator, wherein the collimator slit lamellas are made of a material with a high atomic number Z.! 2. Installation according to claim 1, characterized in that the ion source is an electrostatic charge exchange accelerator, and tantalum is used as the material of the slit collimator lamellas.

Description

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.The utility model relates to the field of materials science, in particular, to scanning ion-beam microprobe systems, and can be used to solve problems associated with microanalysis of the composition of matter.

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.Known installation [1. Proton scanning microprobe with an integrated probe-forming system, A. G. Ponomarev, V. A. Rebrov et al., Applied Physics No. 2, Moscow 2008.], which is a proton scanning microprobe based on the Sokol accelerator. The Sokol accelerator is an electrostatic accelerator with a maximum energy of 2 MeV. The accelerator is followed by a microprobe, consisting of an object and the following angular collimators and a focusing system that provides micron lateral beam sizes, as well as a scanning system and an ion beam interaction chamber with the sample under study.

Недостаток установок такого класса состоит в ограниченности энергии пучка и, как следствие, возможностей микроанализа.A disadvantage of this class of installations is the limited beam energy and, as a consequence, the possibilities of microanalysis.

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.Installation for nuclear microanalysis of materials [2. “Youth in Science” Report collection, 2nd scientific conference, Sarov 2003, Nuclear scanning microprobe based on EGP-10 electrostatic recharge accelerator.], Containing an ion source mounted on one axis and a nuclear scanning microprobe, which is an ion - an optical system consisting of an object and an angular collimator following it, a focusing system, a scanning system and an ion beam interaction chamber with the sample under study. An electrostatic accelerator is used as a source of charged ions at an ion energy of 3 MeV. The setup allows microanalysis of the surface of the material, but its disadvantage is the impossibility of analyzing the composition of the substance with increasing energy of the charged particle beam, which is due to radiation activation of the collimator lamellas.

Задача состоит в расширении возможностей микроанализа.The challenge is to expand the capabilities of microanalysis.

Технический результат состоит в увеличении энергии заряженных частиц сканирующего пучка.The technical result consists in increasing the energy of the charged particles of the scanning beam.

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.This technical result is achievable due to the fact that, in contrast to the known installation for nuclear microanalysis of materials containing an ion source located on the same axis and a nuclear scanning microprobe, which is an ion-optical system consisting of an object and the following angular collimators, a focusing system of the scanning system and the interaction chamber of the ion beam with the sample under study, in the proposed installation, the source with the maximum possible ion energy is selected as the ion source, and The ono-optical system is supplemented by a slit collimator with lamellas mounted along the axis of the system in front of the object collimator, and the slit collimator lamellas are made of a material with a high atomic number Z.

В частном варианте реализации источником ионов может служить электростатический перезарядный ускоритель, а в качестве материала ламелей может быть использован тантал.In a particular embodiment, the ion source can be an electrostatic charge exchange accelerator, and tantalum can be used as the material of the lamellas.

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.The use of an ion beam, a source with the maximum possible energy of the ion beam in the setup, and the addition of an ion-optical microprobe system with a slit collimator with lamellas, as well as its placement along the system axis in front of the object collimator, made it possible, due to the increase in the energy capabilities of the ion source and its adaptability the beam of the collimator microprobe system, increase the initial energy of the beam ions. Increasing the ion energy of the scanning beam allows you to scan thicker samples to a greater depth, will increase the scope of the nuclear reaction method, which in turn expands the possibilities of microanalysis.

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.Moreover, the choice of material with a high atomic number as the lamellas material is due to the fact that for operation under the conditions of using accelerator technology this material must be radiation-resistant and have minimal activation when exposed to accelerated ions, which can provide a material in the form of a metal with a high atomic number . This minimizes the activation of the object and angular collimators, as a result of which the background effect on the studies is reduced. Tantalum is the most suitable material in terms of manufacturability.

На фигуре схематично изображена заявляемая установка.The figure schematically depicts the inventive installation.

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).The setup consists of an ion source with a quasi-monochromatic ion beam (1), a boiler (2), an analyzing magnet (3), forming an electrostatic charge-exchange accelerator with a maximum ion energy of 10 MeV EGP-10 [3. VANT, “Physics of Nuclear Reactors” series, 1997, TIAS - XI, special issue.], A nuclear scanning microprobe, which is an ion-optical system consisting of a slit (4) collimator with tantalum lamellas (Z = 73), object ( 5) and the following angular (6) collimators, a focusing system (7), a scanning system (8), and an ion beam interaction chamber with the sample under study (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).To enable the installation, it is necessary: to pump out the vacuum system of the EGP-10 accelerator [3] and the vacuum microprobe system; set the parameters of the ion source (1) and accelerator systems (2), (3) to obtain accelerated ions of the desired energy and type of particles, in particular, protons; adjust the microprobe using a focusing system (7) to form a micron-sized ion beam using a system of collimators (4), (5), (6); by means of a scanning system (8) to direct the formed ion beam to the sample under study installed in the chamber of interaction of the ion beam with the sample under study (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.The implementation of the claimed installation made it possible to achieve an increase in the energy of charged particles of the scanning beam by 5 times, due to the choice of the type of ion source and refinement of the microprobe collimator system.

Claims

1. Installation for nuclear microanalysis of materials, containing an ion source located on the same axis and a nuclear scanning microprobe, which is an ion-optical system, which consists of an object and the following angular collimators, a focusing system, a scanning system, and an ion beam interaction chamber with the studied sample, characterized in that the source with the maximum possible ion energy is selected as the ion source, the ion-optical system is supplemented by a slotted collimator with lamellas, it is established lennym on the system axis before the object collimator, wherein the collimator slit lamellas are made of a material with a high atomic number Z.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the ion source is an electrostatic charge exchange accelerator, and tantalum is used as the material of the slit collimator lamellas.