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

/00 г с1 ИЯ Т ЕЛЬСТ А ВТОРСКОМ 6) Титов ВВ ировании задан 1978, т. 48, в геу, Е.Ьой Сои 1 Ср 1 е О.Мр 1 е тпепеоияСаСопч, 114 о р, 33054) СПОСОББРАЗЦОВ ДЛЯ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР(71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.М.Кирова(53) 543.053(088.8) К вопросу о конструных профилей - ЖТФ,11, с. 2407-2411,оСы, Т.ЬеЬпег. А я 1 шгойцсе пця 1-яппц 1 Саепегяу Ье 1 пп хщр 1 апИис 1. МаС., 1983,ОТОВЛЕНИЯ ЭТАЛОННЫХНТРОЛЯ ЗА СОДЕРЖАНИЕМ ГЕЛИЯ В КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА(57) Изобретение относится к способам изготовления образцов с равномерным распределением примеси гелияможет 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 напыляютметалл на подложку и имплантируютионы гелия с энергией, выбираемой вдиапазоне от 50 до 200 кэВ на напыляемый слой. При постоянной во времени скорости напыления, плотноститока и энергии ионов гелия реализуется равномерное распределение концентрации гелия по глубине напыпенного слоя материала, 1370489Третья 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. 50 55 Изобретение относится к средствам измерения и контроля за содержанием примесей ядерно-физическими методами анализа и может быть исполь 5 зовано для изготовления эталонных мишейей для экспериментов по определению содержания гелия в конструкционных материалах термоядерного реактора.10Цель 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 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 напыпенной 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. 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 А/мин. Одновременно с помощью ионного источника имплантируют ионы гелия с энергией 50 кэВ при температуре подложки, равной 25 С.При 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/см . 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 57., При небольшой скоростионапыления (50 А/мин) можно добиться ее стабильности во времени в тех же пределах (5 Х). 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 за счет диффузии может выходить иэ образцаВыбор нижнего энергетическогопорога (50 кэВ) обусловлен следующим.При энергии ниже 50 кэВ не удается894ется 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 эа содержанием гелия в конструкционных материалах термоядерного реактора, включающий имплантации ионов гелия в образец, о т л и ч а ю щ и й с я 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,НечипоренкоТехред М.Ходанич Корректор М,Максимишинец Редактор А.Ревин Тираж 847 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва,Ж, Раушская наб., д, 4/5 Заказ 411/41 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 13704создать большие концентрации гелиябез разрушения поверхностного слояматериала. Если при 10 кэВ критическая доза, прн которой происходит разрушение материала равна 2 1 О" см ,о з.то для 50 кэВ она равна 4 10 смт.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 концентрациюгелия в эталонном образце, целесообразно энергию ионов выбирать 50 кэВи выше. При энергии выше 100 кэВ критическая доза практически не зависитот энергии.Следовательно, внедрение гелия сповышенной энергией увеличивает коэффициент захвата гелия, что позволяетсократить время приготовления эталонного образца. В предлагаемом способе (в отличие от известных) засчет одновременного напыления и имплантации реализуются одинаковые условия внедрения ионов по всей толщине эталонного образца, чем достига