Диссертация (1025103), страница 22

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 22)

% – в глубине нарасстоянии 296 нм).149Рис. 4.2. а, в, д – спектры, построенные в программе SIMNRA для образцов1-3, соответственно; б, г, е – профили распределения H и D по глубине в центреоблучаемой области образцов 1-3, соответственноОбразцы 2 и 3 (Рис.

4.2, г, е) были изготовлены по одинаковойтехнологии, но отличались тем, что образец 3 получил в два раза большую дозу150облучения на ПФ-4, чем образец 2 (количество плазменных импульсов для нихсоставило соответственно 20 и 10). Дейтерий в образцах содержится в оченьмалых количествах, что связано с большим расстоянием сборки образцов отанода установки ПФ-4 (45 мм).Интересно,чтосувеличениемколичестваимпульсовглубинапроникновения H в них не увеличивается, а уменьшается (соответственно, уобразца 2 – 296 нм, у образца 3 – 257 нм); в образце 2 наблюдается плавноеуменьшение концентрации H по глубине, тогда как в образце 3 на глубине~93 нм наблюдается резкий спад концентрации H с 0,47 до 0,13 ат.

%.Рис. 4.3. Профили распределения по глубине H и D в центре и в периферийнойобласти W-фольги W12На Рис. 4.3 видно, что концентрация H на краю облучаемой областиуменьшается на ~0,1 ат. %, что связано с неоднородным распределением151мощности в потоке плазмы: воздействие на центральную область сильнее, чемна периферийную часть образца. Видно также, что в центральной областиводород и дейтерий проникают на 30 ÷ 40 нм глубже в W-фольгу, чем впериферийной части образца.При расчете проективного пробега ионов дейтерия (с массой M = 2 а.е.м.и максимальной энергией в импульсе дейтериевой плазмы ED ≈ 10 кэВ) ввольфраме с массовой плотностью ρW = 19,35 г/см3 и атомной плотностьюnW = 6,338∙1022 ат./см3, проведенном с использованием программы SRIM-2007[161, 175], было получено значение Rp = 606 ± 309 Å (или 0,0606 ± 0,0309 мкм).Из экспериментальных данных, полученных в этой работе, видно, что значениеглубины проникновения дейтерия (а именно, около Xмаксим ≈ 1018 ат./см2, чтосоответствует глубине Xмаксим ≈ Xмаксим/nW = (1018 ат./см2)/(6,338∙1022 ат./см3) =0,1578∙10-4 см = 1578 Å), более, чем в два раза превышает его проективныйпробег в вольфраме.

(Примечание: в данном случае глубина проникновениядейтерия может быть оценена способом, приведенным выше, только если весьобразец состоит из вольфрама, что, на самом деле, может оказаться не так из-заприсутствия разнообразных примесей, типа Cu и др. Но в данном случае оценкасогласуется с глубинами проникновения дейтерия, показанными на Рис. 4.2, б,г, е – от 144 до 230 нм). Причины такого сверхглубокого проникновениядейтерия связаны с переносом легких газовых атомов на фронте ударнойволны, либо с их ускоренной диффузией и подробно обсуждены выше в разделе4.1.

Как отмечено ранее, расстояние от анодной вставки до мишенного узла сфольгами составляло 45 мм; так было сделано для уменьшения мощности,вносимой в сборку вольфрамовых фольг импульсами дейтериевой плазмы.Такая геометрия облучения оказала влияние на полученный результат пообнаружению лишь небольшой концентрации внедренного дейтерия. При этомобнаружено перераспределение водорода в больших количествах. Такимобразом, представляет интерес провести исследование процессов накопленияимплантированного дейтерия при размещении мишени на более близкихрасстояниях от анодной вставки установки ПФ-4.1524.3.Влияниеударныхволн,генерируемыхвысокотемпературнойаргоновой плазмой, на перераспределение водорода и дейтерия в сборкахиз танталовых и ниобиевых фольг«За последние годы в связи с успехами в создании мощных импульсныхлазеров в пико- (10-12 с) и фемтосекундных (10-15 с) диапазонах, а также мощныхсильноточных разрядов (быстрый z-пинч, плазменный фокус) значительноеразвитие получила относительно новая область науки - физика высокойплотности энергии [69, 145, 152, 153].

Помимо этого, сформировалось и другоеважноенаправлениеисследованийповоздействиюмощныхвысокоэнергетических импульсов на материалы, проводимых по программеинерциального управляемого ядерного синтеза» [170].«Как известно, при работе термоядерного реактора в материале первойстенки должно происходить накопление компонентов плазмы (дейтерия итрития), а также продуктов термоядерной реакции, в виде гелия. Поэтомуизучение процессов накопления и адсорбции-десорбции легких газов, иособенно трития, имеет важнейшее значение [69, 145]» [170].В данном разделе изучено перераспределение «водорода (всегдаприсутствующего в виде примесей) в металлических фольгах при воздействииимпульсной аргоновой плазмы на их поверхность. Также исследованоперераспределение дейтерия, вводимого в фольги из дейтерированногополиэтилена (СD2)n, в результате воздействия плазменных импульсов» [170].«На Рис.

2.14 в п. 2.7 представлена схема облучения сборок на установкеПФ-4. Сборки состояли из металлических фольг Ta, Nb и дейтерированногополиэтилена. Сборки располагались на расстоянии 45 мм от анодной вставки. Вэкспериментах облучение образцов сборок проводилось при использовании вкачестве рабочего газа в ПФ-4 аргона и дейтерия. При воздействии дейтериевойплазмы на образцы измерялся абсолютный выход нейтронов, образующихся врезультате ядерной реакции221 d 1d n 23He .Измерение нейтронного выходапроводилось активационными детекторами, описанными в [159, 176]» [170].153«Использование аргоновой плазмы обусловлено малым пробегом ионоваргона в фольгах (при максимальной энергии ионов аргона до 10 кэВ ) иотносительно низкой их концентрацией.

По расчетным данным, полученным спомощью программы SRIM [161], глубины проникновения ионов Ar, D и He втанталовую (Ta) мишень при энергии 10 кэВ равны соответственно: 5, 50 и25 нм (а если мишень из ниобия (Nb), то: 7, 68 и 36 нм). При 20 кэВ,Ta-мишень: 8,5, 102 и 48 нм; Nb-мишень: 12, 128 и 69 нм» [170].«Для удобства, как в работах [59, 63, 66, 164, 165], использованыобозначения для фольг в виде 1Мет-12, верхние индексы означают: 1 – передняясторона, 2 – дальняя сторона, а 1 – номер фольги в сборке» [170].Изучение распределения водорода и дейтерия осуществлялось методомдетектирования упруго рассеянных атомов отдачи «(ERDА) водорода идейтерия при резерфордовском обратном рассеянии (Rutherford backscatteringspectrometry – RBS)» [170] (см.

п. 2.11.4).В экспериментах [170, 177-179] использовались следующие сборки изфольг:1) Ta-1|(CD2) n|Ta-2 c толщиной фольг по 100 мкм;2) Ta-1|Ta-2|(CD2) n|Ta-3|Ta-4 с толщиной фольг по 50 мкм;3) Nb-1|(CD2) n|Nb-2 с толщиной фольг по 105 мкм.«Вовсехтрехслучаяхтолщинадейтерированногополиэтиленасоставляла 240 мкм» [170].«Все ERDА спектры были получены с использованием анализирующегопучка ионов гелия с энергией 2,3 МэВ при скользящем угле падения на образецв 15º на электростатическом генераторе ЭГ-5 Научно-исследовательскогоинститута ядерной физики им. Д.В.

Скобельцына МГУ (НИИЯФ МГУ).Обработка спектров была проведена с применением стандартной программыSIMNRA 6.06 [121]» [170].154Рис. 4.4. ERDA спектры и профиль распределения сборки Ta|CD2|Ta послеоблучения 30 импульсами аргоновой плазмы на установке ПФ-4На Рис. 4.4 изображена сборка образцов Ta|CD2|Ta с ERDA спектрами иодним профилем распределения элементов по глубине.Из спектра ERDA (Рис. 4.4, ERDA спектр для Ta-12) и распределенияконцентраций (Рис. 4.4, профиль распределения элементов для Ta-12) «можносделать вывод, что содержание водорода в фольге составляет в максимуме до17 ат.

%, а концентрация дейтерия затянута на большую глубину и в максимумедостигает около 13 ат. %. Поэтому можно сделать вывод, что имеет местообратное проникновение дейтерия из дейтерированного полиэтилена в первуютанталовую фольгу» [170].На Рис. 4.2 изображена сборка образцов Ta|Ta|CD2|Ta|Ta с ERDAспектрами и одним профилем распределения элементов по глубине.155Рис. 4.2. ERDA спектры и профиль распределения сборки Ta|Ta|CD2|Ta|Ta послеоблучения 30 импульсами аргоновой плазмы на установке ПФ-4«Представим расчетные значения интегральных концентраций водородаи дейтерия (Σ), а также их концентрации в максимумах (nmax) для обеихTa фольг в сборке 1» [170].Имеем [170]:1 DTa 1  концентрация на уровне фона;1Ta 3,5  1016 ат./см2;D21nDTa,max 13 ат.%;21Ta 3,35 1016 ат./см2;H21nHTa,max 17 ат.%;22Ta21622 DTa2  4,42 1015 ат./см2; nDTa,max 0,9 ат.%;  H  2,81  10 ат./см ; nHTa,max 9,5 ат.%;11112Ta 21622Ta концентрация на уровне фона;  H  4,94 10 ат./см ; nTaH ,max  17 ат.%.D222На Рис.

4.6 изображена сборка образцов Nb|CD2|Nb с ERDA спектрами иодним профилем распределения элементов по глубине.156Рис. 4.6. ERDA спектры и профиль распределения сборки Nb|CD2|Nb послеоблучения 30 импульсами аргоновой плазмы на установке ПФ-4«Представим расчетные значения интегральных концентраций водородаи дейтерия (Σ), а также их концентрации в максимумах (nmax) для четырехTa фольг в сборке 2» [170]:1Ta 1Ta 116 DTa 1  концентрация на уровне фона;  H  2,74 10 ат./см ; n H ,max  11 ат.%;1122Ta 1161Ta концентрация на уровне фона;  H  4,2 10 ат./см ;D2221nTaH ,max  14 ат.%;1Ta 2Ta216 DTa 2  концентрация на уровне фона;  H  5,25  10 ат./см ; n H ,max  14 ат.%;11222Ta 1,55  1017 ат./см2; nTaD,max  32 ат.%;D23 DTa3  9,4  1015 ат./см2; nDTa,max 1,7 ат.%;1222222Ta 6,4  1016 ат./см2; nTaH ,max  21 ат.%;H213 18 ат.%; HTa3  6,6  1016 ат./см2; n HTa,max1Ta31633Ta концентрация на уровне фона;  H  4,99  10 ат./см ; nHTa,max 12,7 ат.%;D2221571Ta 4Ta416 DTa 4  концентрация на уровне фона;  H  4,78 10 ат./см ; n H ,max  12 ат.%;1122Ta 41644Ta концентрация на уровне фона;  H  4,36 10 ат./см ; nHTa,max 11,5 ат.%.D222«Представим расчетные значения интегральных концентраций водородаи дейтерия (Σ), а также их концентрации в максимумах (nmax) для обеихNb фольг в сборке 3» [170]:1Nb1161 DNb1  концентрация на уровне фона;  H  6,8 10 ат./см ; n HNb,max  18 ат.%;1121 14 ат.%; DNb1  6,9 1016 ат./см2; n DNb,max22 DNb2  1,15 1016 ат./см2; nHNb,max 1,9 ат.%;11221 23 ат.%; HNb1  6,11016 ат./см2; n HNb,max22 HNb2  1,05  1017 ат./см2; nHNb,max 21 ат.%;1122Nb2Nb2 11 ат.%. 4,6  1016 ат./см ; n HNb,maxD концентрация на уровне фона;  H222«Из сравнения спектров Ta-22 (Рис.

4.2) и Nb-12 (Рис. 4.6) видно, чтоводород распространяется на всю толщину фольг, а дейтерий проникает толькодо определенных глубин. Тем не менее, можно сделать однозначный вывод повсем трем сборкам, что в Ta-12 (сборка 1), Ta-22 (сборка 2) и Nb-12 (сборка 3)фольгах, примыкающих к дейтерированному полиэтилену (CD2)n, (особенно вближней к ПФ-4), дейтерий распространяется на значительную глубину.Отметим, что при этом прилипания полиэтилена к металлическим фольгам ненаблюдалось,адейтерированныефольги(CD2)n внешнепроизводиливпечатление неповрежденных» [170].«Обнаруженное явление сверхглубокого проникновения водорода, посравнениюсрасчетнымиданными(примерныйдиапазонглубинпроникновения ионов в Ta и Nb мишени при энергиях ионов от 10 до 20 кэВсоставляет ~ 46 ÷ 104 нм для водорода, и ~ 50 ÷ 130 нм для дейтерия) [59, 67,68, 168, 180] , может быть объяснено воздействием мощных ударных волн [59,67-69, 145, 152, 153, 164-166, 168, 169, 180] на перераспределение газовыхатомов с переносом их, как легких и слабосвязанных примесей, на большиеглубины.

Следует отметить, что эффект сверхглубокого проникновения158дейтерия наблюдался также в экспериментах по воздействию кумулятивныхплазменных потоков на ванадий [6]» [170].«Полученные в данной работе результаты согласуются с ранеевыполненными исследованиями в сборках фольг Nb|CD2|Nb, облученныхводородной плазмой [66], в сборках фольг Ta|CD2|Ta, облученных азотнойвысокотемпературной плазмой [67, 180] (см. также [59]), а также распределениядейтерия и водорода в вольфрамовых фольгах с тяжелой водой [68]» [170].«ПриизмерениивысокотемпературнойвыходадейтериевойнейтроновплазмынаприсборкивоздействииTa|CD2|Ta,Ta|Ta|CD2|Ta|Ta и Nb|CD2|Nb при отдельных импульсах плазмы наблюдалисьвыходы нейтронов, превышающие средний уровень фона» [170].4.4.

Характеристики

Список файлов диссертации