№80 - лабораторія прискорювачів прямої дії та іонної імплантації і модифікації реакторних матеріалів

Завідувач лабораторії: к.ф.-м.н., с.н.с. Батурін В.А.

До 31 березня 2015 р. лабораторія входила в склад відділу фізики пучків заряджених частинок №10. З 01 квітня 2015 р. виокремлена лабораторія.

lab 11

Співробітники лабораторії: с.н.с. Дуванов С.М., м.н.с. Пустовойтов С.О., с.н.с. Нагорний А.Г., м.н.с. Карпенко А.Ю, с.н.с. Луніка М.М., зав. лаб. Батурін В.А.,пров. інж. Шумило В.П., н.с. Ерьомін С.О., с.н.с. Литвинов П.О.,м.н.с. Нагорний В.А.,гол. інж. Голубовський Б.Г., с.н.с. Шимко А.І.

Напрямки досліджень

Дослідження процесів генерації, формування та транспортування потужних пучків позитивних та негативних іонів.
Розробка потужних джерел газових і металевих іонів для застосування у високоенергетичних, медичних та технологічних іонних прискорювачах, а також в радіаційних технологіях.
Проведення імітаційних експериментів на пучках іонів металів та газів в енергетичному діапазоні 20 ÷ 500 кеВ.
Дослідження взаємодії потужних пучків іонів і електронів з речовиною з ціллю модифікації приповерхневих шарів шляхом створення захисних та зміцнюючих покриттів в конструкційних матеріалах.
Синтез тонких плівок та покриттів з використанням пучково-плазмових технологій.

Основні досягнення

2019

В рамках співробітництва ІПФ НАН України та ЦЕРН були проведені дослідження з підвищення стійкості конструкційних матеріалів (міді) прискорюючих структур іонно/електронних прискорювачів до високовольтних пробоїв, запропоновано проводити іонно-плазмову модифікацію поверхневих шарів цих матеріалів, та розроблено відповідні технології іонно-плазмової обробки матеріалів. Показано, що при використанні плівок TiN в якості захисного покриття зразків міді важливим фактором є не товщина покриття, а формування в цих плівках текстури з переважною орієнтацією (111), що призводить до зменшення темнового струму та ймовірності високовольтного пробою на таких покриттях. Плівкам TiN з текстурою(111) відповідають найнижчі значення енергії деформації, що пов'язано з анізотропією модуля Юнга. Такі площини формуються перпендикулярно напрямку росту всієї системи в цілому, що призводить до мінімізації повної енергії при зростанні плівки. Поява в плівках іншого текстури (200), паралельної поверхні росту, при одночасному зменшенні інтенсивності піку (111) погіршує стійкість плівок нітриду титану до пробоїв, в порівнянні з (111) текстурованими плівками. Покриття міді плівкою TiN (текстура 111) та додаткове опроміненням іонами аргону з енергією ~ 300 кеВ та дозою 4х1017 см-2 підвищую напругу високовольтного пробою майже на 35% в порівнянні з чистою міддю. Покриття з нітриду молібдену показали набагато менші темнові струми, ніж у зразків з покриттям із молібдену та на чистій міді, хоча їх стійкість до пробоїв поступається молібденовій поверхні.

(к.ф-м.н., с.н.с. В.А. Батурін, О.Ю. Карпенко)

2018

Проведено модернізацію вакуумної системи високодозного іонного імплантера, що дозволило підтримувати вакуум в приймальній камері при опромінення зразків іонами металів на рівні 10-4 Па, та в 5 разів знизити вміст парів води. Розроблено та впроваджено нові тримачі зразків які можуть прогріватися до температури 500оС та 1000оС. Для автоматизації проведення процесу іонного опромінення розроблена та впроваджена комп’ютерна програма. Проведено імітаційні експерименти по опроміненню цирконієвих сплавів іонами металів з метою дослідження умов формування радіаційних дефектів. Показано, що кисень який появляється в камері опромінення за рахунок гідролізу водяних парів під дією іонного пучка, відіграє головну роль в окисленні поверхні зразків цирконію в процесі іонного опромінення.

(В.А. Батурін, С.О. Єрьомін, О.Ю Карпенко, П.О. Литвинов, О.С. Пустовойтов.)

2017

В ІПФ НАН України для підвищення стійкості до високовольтних пробоїв конструкційних матеріалів прискорюючих структур, що використовуються в електрон-позитронному колайдері CLIC який проектується в CERN, проведено плазмову та іонно-променеву модифікацію поверхневих шарів цих матеріалів, та досліджено вплив такої модифікації на струм польової емісії та вірогідність високовольтних високовакуумних пробоїв.

Показано, що плазмова та іонно-променева модифікація поверхні міді, що використовується в прискорюючих структурах, призводить до зростання напруги пробою від 5 до 35 %, в залежності від способу модифікації та зменшення передпробійного струму анод - катод. Перспективною технологією є плазмове покриття поверхні нітридом титану та додаткове опромінення поверхні пучком прискорених іонів аргону. Така модифікація поверхні дозволяє підвищити напругу високовольтного пробою до 35 відсотків в порівнянні з не модифікованою.

(В.А. Батурін, О.Ю. Карпенко, С.О. Пустовойтов)

2016

Створено інжектор одно та двозарядних іонів металів (Fe2+ , Zr2+) для проведення імітаційних досліджень радіаційної стійкості матеріалів реакторної техніки. Проведено серію експериментів з опромінення цирконієвих сплавів прискореними іонами Ar2+, Fe2+ та Zr2+ дозами 10÷100 зміщень на атом, в діапазоні температур мішені 200 ÷ 500 оС, з метою дослідження умов формування радіаційних дефектів.

(В.А. Батурін, С.О. Єрьомін, О.Ю Карпенко, П.О. Литвинов, О.С. Пустовойтов)

2015

Створено установку для проведення імітаційних досліджень радіаційної стійкості матеріалів реакторної техніки з використанням іонів металів ( Fe, Cr, Ni, Zr та інші) прискорених до енергії 20 ÷ 450 кеВ. Спільно з ННЦ ХФТІ розпочаті дослідження формування радіаційних дефектів в конструкційних реакторних матеріалах.

(В.А. Батурін, О.Ю Карпенко, О.С. Пустовойтов, П.О. Литвинов)