Розпилення та модифікація поверхні плівок вольфраму при опроміненні пучками іонів дейтерію та вуглецю - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНІЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР “ХАРКІВСЬКИЙ ФІЗИКО-ТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ” Розпилення та модифікація поверхні плівок вольфраму при опроміненні пучками іонів дейтерію та вуглецюРоботу виконано на кафедрі фізики плазми Харківського національного університету імені В.Н. Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор, член-кореспондент НАН України Азарєнков Микола Олексійович, Харківський національний університет імені В.Н. Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Войценя Володимир Сергійович, Інститут фізики плазми Національного наукового центру “Харківський фізико-технічний інститут” НАН України, начальник лабораторії. доктор фізико-математичних наук, доцент Коляда Юрій Євгенович, Приазовський державний технічний університет, завідувач кафедри. Захист дисертації відбудеться “24” квітня 2007 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.845.01 Національного наукового центру ”Харківський фізико-технічний інститут” за адресою: 61108, м. З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Національного наукового центру ”Харківський фізико-технічний інститут” за адресою: 61077, м.Конструкція ITER передбачає використання берилію (Ве) на більшій частині поверхні першої стінки, покриттів з вольфраму (W) в області дивертора і вуглецю (C) на поверхнях з найбільшим термічним навантаженням. Однак використання в елементах конструкції першої стінки вуглецю приведе до того, що він буде однією з найпоширеніших домішок в іонному потоці, який взаємодіє з матеріалами внутрішньої стінки й найбільш сильно розпилює вольфрам з поверхні. Присутність іонів вуглецю у потоці, може приводити як до ерозії вольфрамового покриття, так і до нанесення вуглецю на поверхню, утворенню змішаної (C-W) поверхні, а також до подальшої взаємодії іонів із цією поверхнею. Обраний напрям досліджень дисертаційної роботи є частиною фундаментальної науково-дослідної роботи, яка виконувалась на кафедрі за держбюджетною темою № 14-13-00: “Фундаментальні дослідження плазмово-пучкових систем з метою розробки на їх основі нових наукоємних технологій” (2000-2002, № державної реєстрації 0100U003293), а також за держбюджетною темою № 14-13-03: “Комплексні дослідження пучків заряджених частинок та їх взаємодії з речовиною для створення новітніх технологій” (2003-2006, № державної реєстрації 0103U004200). Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити наступні задачі: розробити і створити установку “Двопучковий експеримент”, яка забезпечує генерацію, мас-сепарацію й подальше зведення двох іонних пучків у діапазоні енергій 3-15 КЕВ в одну пляму на поверхні мішені, аналіз стану цієї поверхні in-situ за допомогою іонно-променевих діагностик у діапазоні енергій 0,6 - 2,5 МЕВ;Іонно-променеві системи забезпечували одержання й опромінення зразків сепарованими пучками іонів Не з енергією 3 КЕВ, іонів D3 з енергією 9 КЕВ й іонів С2 з енергією 12 КЕВ. Для чисельного моделювання взаємодії іонів з поверхнею використовувався Монте-Карло код TRIDYN, що є версією відомого коду TRIM, який враховує динамічне перемішування поверхні за рахунок імплантації. В експериментах використовувались іони С2 з енергією 12 КЕВ (у середньому 6 КЕВ на одне ядро атома вуглецю). Розбіжність експериментальних даних для різних типів поверхні, а так само гарне кількісне узгодження результатів для “гладкої” поверхні з моделюванням вказують на те, що внесок хімічних процесів у динаміку елементної модифікації поверхні зневажливо малий у порівнянні із впливом “шорсткості”. Оскільки зміна поверхневої густини атомів вуглецю й вольфраму на поверхні є явні функції флюенса іонів , то зміна елементного складу поверхні може бути виражена як параметрична залежність: Дискримінований вимір кількості розпилених атомів W й імплантованих атомів С дозволяє виключити явну залежність від флюенса й повязаних з нею помилок при порівнянні з результатами компютерного моделювання.У дисертаційній роботі були проведені теоретичні та експериментальні дослідження взаємодії пучків іонів вуглецю, вуглецю та гелію, вуглецю та дейтерію середніх енергій з поверхнею вольфраму. Це дозволило вирішити важливу наукову задачу, що полягає в ідентифікації процесів спільної взаємодії пучків іонів дейтерію та вуглецю середніх енергій з поверхнею вольфраму, які впливають на модифікацію елементного складу поверхні та її розпилення. Уперше проведене роздільне спостереження динаміки імплантації вуглецю й розпилення атомів вольфраму з поверхні, що дозволило якісно поліпшити перевірку точності чисельного моделювання за допомогою імплантаційно-розпилювальних кривих. Досліджено вплив мікронерівності на динаміку елементної модифікації поверхні вольфраму при опроміненні пучком вуглецю й одночасному опроміненні пучками вуглецю й дейтерію. Показано, що утворення хімічних сполук між вуглецем і вольфрамом не додає істотного внеску в динаміку модифікації елементного складу поверхні при взаємодії пучка іонів вуглецю з поверхнею вольфрамової плівки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ