№10 - Відділ фізики пучків заряджених частинок

Відділ фізики пучків заряджених частинок отримав нову назву після реорганізації відділу електростатичних прискорювачів 01 липня 2012 р.

Основні напрямки наукової діяльності

№ 12 – Лабораторія нелінійної динаміки іонних пучків

Інсталяція і розвиток каналу протонно-пучкового експонування (p-beam writing - PBW) з можливістю опромінення зразків одиночними іонами.
Модернізація каналу ядерного скануючого мікрозонда.
Розробка нових типів магнітних квадрупольних лінз, коректорів аберацій і методів їх діагностики.
Проведення експериментальних досліджень нелінійної динаміки іонних пучків у зондоформірующіх системах в режимах високої щільності струму і одиночних іонів.
Проведення спільних досліджень і розробок з ОІЯД, м. Дубна, згідно підписаних домовленостей.

Основні досягнення

2021

Розроблено систему вимірювання еміттансних характеристик іонних джерел, досліджуваних в ІПФ НАН України з метою отримання іонних пучків з високою яскравістю. Система вимірювання еміттанса виконана за схемою електростатичного сканера і складається з двох основних частин: сканера, який переміщається в напрямку, перпендикулярному осі пучка за допомогою крокового двигуна, і електронної системи управління, збору і обробки даних. Визначення еміттанса полягає у вимірюванні розподілу інтенсивності іонного пучка при переміщенні сканера по координаті x і електростатичному скануванні по куту x'. Отриманий двовимірний масив даних дозволяє визначити основні еміттансні характеристики іонного пучка: геометричний 90% еміттанс, середньоквадратичний еміттанс, параметри Твісса і рівняння фазового еліпса середньоквадратичного еміттанса, профіль струму пучка і розподіл щільності струму по куту. Дана система вимірювання еміттанса іонних пучків характеризується малим часом проведення вимірювання, що становить 10-15 хв.
Автори: В.І. Возний, М.О. Сайко, А.М. Марченко.

2020

(В.І. Возний, М.О. Сайко, А.М. Марченко)

2019

Рентгенівські дифракційні гратки

Розроблено метод фабрикації масок мікро-дифракційних ґраток. Метод основується на фізичних принципах фокусування протонного пучка МеВ-них енергії в лінію за допомогою квадрупольної зондофомуючой системі каналу ядерного скануючого мікрозонда з використанням протонно-променевої літографії. Відмінною особливістю запропонованого методу є можливість опромінювати резистивний зразок уздовж всієї лінії одночасно, на відміну від літографічних технологій, де застосовується аксіальна оптика і пучок у вигляді круглої плями послідовно опромінює лінію. Запропонований метод дозволяє значно зменшити час опромінення резистивного зразка і отримати маски ґраток за декілька секунд.

Визначено фактори, які впливають на стабільність параметрів пучка протонів на вході в канал в режимі протонно-променевої літографії. Розроблено методику, яка дозволяє встановити стабільність струму пучка в часі. Показано вплив часової характеристики струму пучка в залежності від розмірів стабілізаційної щілини. Це пов'язано з тим, що щілинний прилад грає одну з головних ролей в системі стабілізації пучка по енергії, а отже впливає на часову залежність струму викликану просторовими коливаннями пучка. Встановлено залежність стабільності струму від витягаючої напруги. Проведено роботи по стабілізації параметрів пучка. Розроблено систему керування процесом гальванопластики, завдяки зменшенню струму електролізу. Підготовлено зразки з багатошаровим покриттям і фіксованою товщиною резисту. Встановлено режими обробки опромінених областей і режими електролітичного процесу заповнення шаблонів з метою отримання високоякісних перших дифракційних граток у рентгенівському томографі.

З використанням розробленого методу проведені експерименти з виготовлення фазових дифракційних граток та з використанням двошарового покриття Cu/Ti, необхідним для гальванопластики. В результаті експериментів були отримані періодичні структури висотою близько 15 мкм, періодом 85 мкм та скважністю близько 0.4. Створені дифракційні гратки будуть використані в рентгенівському томографі для побудови фазоконтрастних зображень.

(д.ф.-м.н., проф. О.Г. Пономарьов, к.ф.-м.н. В.А. Ребров, к.ф.-м.н. С.В. Колінько, к.ф-м.н., доц. Р.Ю. Лопаткін, к.ф-м.н. В.М. Коломієць )

(Prof. A.G. Ponomarev, PhD V.A. Rebrov, PhD S.V. Kolinko, PhD R.Yu. Lopatkin, PhD V.N. Kolomiets)

2018

Розроблено метод фабрикації мікро-дифракційних ґраток для використання в рентгенівських фазоконтрастних томографах. Метод основується на фізичних принципах фокусування протонного пучка МеВ-ніх енергії в лінію за допомогою квадрупольної зондофомуючой системі ядерного скануючого мікрозонда з використанням протонно-променевої літографії. Відмінною особливістю запропонованого методу є можливість опромінювати резистивний зразок уздовж всієї лінії одночасно, на відміну від літографічних технологій, де застосовується аксіальна оптика і пучок у вигляді круглої плями послідовно опромінює лінію. Отримані ґратки з характерної товщиною лінії 20 мкм. Запропонований метод дозволяє значно зменшити час опромінення резистивного зразка і отримати шаблони ґраток за декілька секунд.

(Пономарьов О.Г., Колінько С.В., Ребров В.А.)

2017

З метою отримання малорозмірних тривимірних структур для фабрикації елементів рентгенівської оптики в Інституті прикладної фізики НАН України розроблено установку протонно-променевої літографії з новою зондоформуючою системою на базі п'яти магнітних квадрупольних лінз в вигляді дублету і триплету інтегрованої конструкції. Визначено безабераційний растр сканування пучком з урахуванням нерівномірного розподіл пучка протонів у фазовому просторі і нелінійних ефектів формування пучка, які пов'язані з абераціями іонно-оптичної системи та розроблено нову трьох ступеневу електростатичну скануючу систему, яка узгоджена з триплетом магнітних квадрупольних лінз фінального фокусування пучка протонів.

(А.Г. Пономарьов, В.А. Ребров, С.В. Колінько)

2016

Проведено аналіз факторів, що перешкоджають покращенню роздільної здатності установок ядерного мікрозонду, в яких використовуються розподілені квадрупольні зондоформуючі системи. Показано, що аберації позиціонування магнітних квадрупольних лінз призводять до деградації профілю розподілу щільності струму сфокусованого пучка. Проведено оцінку точності позиціонування квадрупольних лінз, напрацьовані практичні рекомендації щодо вибору геометрії та юстування зондоформуючих систем з високими коефіцієнтами зменшення (>500).