Картинка
Новини Про Інститут Наукова діяльність Структура Аспірантура Закупівлі Контакти Конференції ІПФ Профспілка

 

№30 - Відділ ядерно-фізичних досліджень

Експериментальна база

  1. Аналітичний прискорювальний комплекс

    Аналітичний прискорювальний комплекс створений на базі компактного електростатичного прискорювача ІПФ НАН України дозволяє вивчати структуру та склад різноманітних матеріалів за допомогою методу резерфордівського зворотнього розсіяння, детектування протонів віддачі, резонансних ядерних реакцій, PIXE, йонної люмінесценції. Технічних характеристик та методичного забезпечення прискорювального комплекса достатньо для прикладних та фундаментальних досліджень в різноманітних областях науки та інженерії.

    Аналітичний прискорювальний комплекс створений на базі компактного електростатичного прискорювача ІПФ НАН України дозволяє вивчати структуру та склад різноманітних матеріалів за допомогою методу резерфордівського зворотнього розсіяння, детектування протонів віддачі, резонансних ядерних реакцій, PIXE, йонної люмінесценції. Технічних характеристик та методичного забезпечення прискорювального комплексу достатньо для прикладних та фундаментальних досліджень в різноманітних областях науки та інженерії.

    До складу аналітичного комплексу входять:

    • компактний електростатичний прискорювач горизонтального типу  "Сокіл";
    • система транспортування пучка (СТП) з аналізуючим магнітом  (AM), розподвльним магнітом  (РM), та іонопроводами;
    • скануючий йонний мікрозонд (СІМ);
    • канал резерфордівського зворотнього розсіяння (РЗР);
    • канал ядер віддачі (ЯВ);
    • канал ядерних реакцій (ЯР);
    • канал йонної люмінесценції (ІЛ);
    • додаткове обладнання  (система подачі газу, система охолодження, вакуумний пост, і т.д.)

     Загальний вид аналітичного прискорювального комплексу ІПФ НАН України

    Універсальні експериментальні камери, електрофізична апаратура та програмне забезпечення аналітичних каналів дають можливість проводити експрес дослідження з високою роздільною здатністю, а також з використанням основих та додаткових ядерно-фізичних методів.

    Електростатичний прискорювач

    Прискорювальний комплекс створений на базі компактного електростатичного прискорювача горизонтального типу "Сокіл". Характеристики прискорювача:

    тип йонів Н+, Не+
    енергія часток MэВ 0.3-2.0
    енергія однорідності пучка, % 0.08
    струм пучка протонів, µA до 50
    режим роботи безперервний
    масс, т 3.0

    В процесі створення та експлуатації прискорювального комплексу його конструкція була вдосконалена. Зокрема, високочастотне йонне джерело було обладанане системою постійних магнітів для ущільнення плазми.  Для попередження аварійних ситуацій під час експлуатації транспортера зарядів прискорювача була розроблена та смонтована система контролю прогибу високовольтної колони. Система зарядки високовольтного кондуктора була модернізована для того, щоб зменшити нестабільність високої напруги, що вносить смуга. Була також розроблена система пригнічення радіаційного опромінення компактонго прискорювача. Nd-Fe-B постійні магніти встановлені вздовж прискорюючої трубки зменшують дозу радіації вдвічі.

    Система транспортування пучка

    Система транспортування пучка прискорювального комплексу складається з камери моніторинга пучка  (1), електромагнітних коректорів траєкторії пучка (2), двох дублетів квадрупольних електростатичних лінз (3), магнітного аналізатора (4), вхідного та вихідного щільового пристроїв магнітного аналізатора(5, 6), вхідного пристрою розподільного магніту  (7), розподільного магніту (8), системи відкачки на вакуум (9) з вакуумними засувками (10). На вході в розподільний магніт система транспортування пучка забезпечує струм протонів до  5 μA зі стабільністю енергії не менше 0.08-0.1%. Розмір пучка складає 5x5 мм. Вакуум в системі забезпечується вакуумними постами виконаними за двоступінчатою схемою. Попередній вакуум створюється форвакуумними насосами  LEYBOLD-HERAEUS D16A з продуктивністю 7,5 л/с. Високий вакуум підтримується турбомолекулярними насосами EYBOLD-HERAEUS TURBOVAC 450 з продуктивністю  450 л/с та магніторозрядним насосом Норд-400. Вакуумна система забезпечує вакуум 104 ÷105 Pa за 20-30 хв. в іонопроводах.

    Аналітичні канали

    Прикскорюючий комплекс ІПФ НАН України має п’ять аналітичних каналів: канал скануючого йонного мікрозонда  (СІМ), канал резерфордівського зворотнього розсіяння (РЗР), канал ядер віддачі  (ВЯ), канал ядерних реакцій (ЯР), та канал йонної люмінесценції (ЙЛ). Все додаткове   обладнання для цих каналів було розроблено та створено за останні десять років співробітниками ІПФ НАН України. Особливістю прискорювального комплексу є три канали, що відповідають світовим стандартам. Технічні характеристики цих установок наведені нижче.

    Скануючий йонний мікрозонд

     

    Загальний вид скануючого йонного мікрозонда

    Технічні характеристики СІМ:

    тип йонів Н+, Не+
    енергія, MеВ 1.5 ÷ 1.8
    струм на мішені, pA 10 ÷ 1000
    просторова роздільна здатність (при струмі на мішені  200 pA), мікрон 1 ÷ 2
    аналітичні методи IXE, RBS, ERDA,SEE

     Канал резерфордівського зворотнього розсіяння

    Канал обладаний магнітним спектрометром, що реєструє енергію пружньо розсіяних часток з роздільною здатністю 3÷4 kеВ. Це дозволяє вивчати плівки з товщиною від декількох нанометрів до декількох мікрон.

    Загальний вид каналу резерфордівського зворотнього розсіяння (РЗР)

    Застосування: вивчення структури та складу плівкових покриттів конструкційних матеріалів. Характеристики РЗР:

    тип йонів Н+, Не+
    енергія, MеВ 1.5 ÷ 1.8
    струм на мішені,  pA 10 ÷ 1000
    енергетична роздільна здатність  ΔE/E 3.2×10-3
    аналітичні методи RBS

     

    Канал ядер віддачі

    Застосування: неруйнівний якісний аналіз вмісту водню в матеріалах на основі методу ядер віддачі. Крім цього, канал може використовуватися для РЗР методу із зворотніми плаваючими  кутами   (для РЗР методу можливий прискорений пучок  Н+). Характеристики каналу ядер віддачі:

    тип  йонів Не+, Н+
    енергія,MеВ 1.5 ÷ 1.8
    струм на мішені, нA 10 ÷ 1000

    енергетична роздільна здатність ΔE/E

    (при енергії пучка Не+ = 1500 kеВ), kеВ

     1.5×10-3

    1.5

    аналітичні методи  ERDA, RBS
    межа виявлення водню  1÷10 ppm

    Функціонально канал ядер віддачі складається з іонопровода, камери розсіяння та електростатичного спектрометра. Іонопровід має систему відкачки, що забезпечує вакуум на рівні  10-6Па, а також систему моніторинга пучка. Камера взаємодії являє собою вакуумну камеру  VT118. Вона обладнана системою вакуумної відкачки , що забезпечує вакуум на рівні 10-7 Па, що виключає органічне забруднення зразків під час дослідження, а також механізмом переміщення мішеней.  Надвисоковакуумні умови у камері забезпечуються за допомогою розташованого безпосередньо у камері семисекційного магніторазрядного вакуумного насосу, сублімаційного вакуумного насосу та "азотної пастки". Спеціальний механізм дозволяє переміщати мішені за трьома координатами з точністю 10 мікрон та здійснювати поворот навколо вертикальної вісі на 360° з точністю 0,5°. Конструкція камери розсіяння забезпечує можливість її розвертання навколо вертикальної вісі на кути від 0° до 135°. Це дозволяє проводити на каналі експерименти як по малокутовому, так і по зворотньому розсіянню. Крім того передбачено установлення додаткового обладнання  (у тому числі і детекторів: заряджених часток, ХРИ, гама випромінювання ). Особливістю каналу є прецизійний електростатичний спектрометр з енергетичною роздільною здатністю ΔE/E 1.5×10-3. Спектрометр має координатно-чутливий детектор, автоматизовану систему управління та збору даних. Обладнання було поставлене в ІПФ НАН України з Інституту дослідження металів Макса Планка (Max-Plank-Institute for Metals Research, Stuttgart, Germany)

    Загальний вид електростатичного спектрометра в каналі ядер віддачі

    Канал також використовується для вивчення домішок та дефектів за допомогою методу каналювання заряджених часток. Кришка разом з автоматичним гоніометром закріплена на камері розсіяння. Гоніометр має п’ять ступенів свободи (дві обертальні та три поступальні). Обертальна ступінь свободи автоматизована за допомогою крокового двигуна , що контролюється комп’ютером. Крок руху мішені складає 0.01 , що дозволяє автоматично виконувати кутове сканування біля обраних кристалографічних вісей. Поступальні ступені свободи використовуються для позиціонування зразка та контролюються руками. Система автоматизації експерименту та збору даних базується на універсальному програмно-апаратному комплексі (UPAK) розробленому в Інституті прикладної фізики НАН України, що складається з набору сенсорів, модуля для реєстрації та передачі даних, мережевого комутатора, контролюючого модуля та приладу для візуалізації та аналізу даних, тобто, в загальному випадку, персонального комп’ютера та спеціального програмного забезпечення.

    Загальний вид кришки камери розсіяння з автоматичним гоніометром

     

    Канал йонної люмінесценції

    Застосування: ідентифікація та характеристика неорганічних матеріалів; вивчення радіаційних пошкоджень. Характеристика каналу йонної люмінесценції:

    тип йонів Не+, Н+
    енергія, MеВ 0.5 ÷ 1.8
    струм на мішені, нA 10 ÷ 1000
    робочий діаіпзон довжин хвиль 200...800 нм
    зворотня лінійна дисперсія 3...4 нм/мм
    аналітичний метод IBIL

     

     Загальний вид каналу йонної люмінесценції

     

     

  2. Центр колективного користування: Прискорювальний мас-спектрометр Tandetron 1.0 MV модель 4110Bo-AMS, виробництва HVEE, Нідерланди.

    Прискорювальний мас-спектрометр Tandetron 1.0 MV Model 4110Bo-AMS прилад нового покоління, що дозволяє отримувати точну інформацію про ізотопний склад зразків міліграмової та субміліграмової ваги.

    Метод прискорювальної мас-спектрометрії (ПМС) дозволяє проводити кількісні визначення як радіоактивних так і метастабільних (довгоживучих) ізотопів (наприклад, 14С, 10Be, 129I) з рекордно високою абсолютною (10-12 або ppt) і відносною чутливістю (10-14 – 10-15). Надзвичайно висока роздільна здатність при реєстрації ізотопів методом ПМС значно перевищує відповідні параметри мас-спектрометрів з усіма традиційними схемами сепарації іонів.

    До пріоритетних напрямків наукових досліджень за допомогою Tandetron 1.0 MV Model 4110Bo-AMS відносяться наступні:

    • Геофізичні, біофізичні та медико-біологічні дослідження
    • Археологія (датування об’єктів)
    • Радіоекологічні дослідження (природні і техногенні зразки з чорнобильської зони та об’єкти модельних експериментів)
    • Матеріалознавство (конструкційні матеріали для ядерної енергетики та радіаційних технологій, напівпровідникові та надчисті матеріали, біоматеріали).

     

    Технічні характеристики установки

    Межа чутливості при визначенні типових концентраційних співвідношень ізотопів (наприклад, 14С/12С) 3•10-15
    Точність вимірювання ізотопних співвідношень 13С/12С – <0,3% 14С/12С – <0,5% (статистично при одногодинному накопичуванні відліків)
    Інші ізотопи, що можуть кількісно визначатись без модифікації приладу 3H, 10Be, 26Al; 129I (після незначного переналагодження елементів магнітного дефлектора та системи реєстрації)
    Кількість зразків у загрузочній касеті (барабані) 50
    Час перестановки зразка Близько 1-ї хвилини, порядок вибору зразків для аналізу задається задовільно і контролюється програмним забезпеченням
    Джерело іонів Іони цезію (Cs+) утворюються термічною іонізацією після чого прискорюються і бомбардуючи мішень з графіту утворюють іони вуглецю С-, які залишаючи джерело формують первинний пучок.
    Прискорююча напруга іонного прискорювача Tandetron 1000 кВ

    Основні переваги

    Тоді як традиційні методи забезпечують виміри концентрацій радіоізотопів по їх радіоактивному розпаду і реєструють β-частинки, які виходять із зразка, прискорювальна мас-спектрометрія дозволяє напряму реєструвати (рахувати) окремі іони ізотопів після їх сепарації у відповідності із співвідношенням маси до заряду. Межі чутливості визначення ізотопів на приладі Tandetron 1.0 MV Model 4110Bo-AMS на кілька порядків вищі ніж при використанні вторинної іонної мас-спектрометрії, нейтронно-активаційного аналізу і мас-спектрометрії з джерелом іонів на принципі індуктивно-зв’язаної плазми.

     

     

    Обладнання центру колективного користування ІПФ НАН України «Прискорювальна мас-спектрометрія»

    • Прискорювальний мас-спектрометр Tandetron Model 4130-AMS модель 4110Bo-AMS HVEE B.V. HVEE Europa B.V. (Нідерланди).
    • Установка «DILO» ( Німеччина ) для зберігання , очищення і осушення елегазу .

    Згідно програми централізованого придбання імпортних наукових приладів та обладнання НАН України , Інститутом прикладної фізики НАН України проведено п ідготовчі роботи та запущено в експлуатацію прискорювальний мас-спектрометр Tandetron 1.0 MV модель 4110Bo-AMS HVEE B.V.

    Комплекс пуско-налагоджувальних робіт з введення в експлуатацію мас-спектрометра 4110 Во-AMS включав: випробування та перевірку функціональних характеристик вс іх вузлів ПМС, виконання серії тестових вимірювань ізотопних співвідношень вуглецю на стандартних зразках, юстування і оптимізацію іонно-оптичних систем ПМС , що дозволило у кінцевому результаті отримати паспортні метрологічні характеристики.

    Схема прискорювального мас-спектрометру Tandetron 1.0 MV модель 4110Bo-AMS HVEE B.V.

    Характеристики приладу ( паспортні і отримані )

    Відношення Чутливість ( дужках – отримана з експерименту ) Похибка ( у дужках – отримана з експерименту )
    14C/12C 3х10-15   (2.3х10-15 ) ≤ 0.5 %   (0.384 % )

    Диск для фіксації твердофазових зразків з наступним аналізом на вмі ст 14С прискорювальним мас-спектрометром Tandetron 1.0 MV модель 4110Bo-AMS HVEE B.V.

    Установка має можливості по визначенню не тільки для визначення ізотопів з низькими масами , такими як 10Be, 14C та 26Al, але й важкі елементи , такі як 129I. Вимірювання відношень ізотопів 14C/12C, 10Be/9Be, 26Al/27Al, and 129I/127I, що отримані з використанням прискорювального мас-спектрометру 4110Bo-AMS, перелічені в таблиці : Карбон 14C/12C 13C/12C

    Елемент Ізотопне відношення Фон для ізотопного відношення Точність при ізотопному відношенні
    Карбон
    Графіт 14C/12C 3х10-15 (1х10-15) ≤0.5% (0.3%) при ~10-12
    Газ CO2 13C/12C 1х10-14 (3х10-14) ≤0,3% (0,2%) при ~10-12
    14C/12C ≤0,5% (0,3%) при ~10-12
    13C/12C ≤0,3% (0,2%) при ~10-12
    Берилій 10Be/9Be 3х10-14 (3х10-15) ≤3% (1%) при ~10-12
    Алюміній 26Al/27Al 5х10-14 (1х10-15)* ≤3% (1.0%) при ~10-11
    Іод 129I/127I   (1х10-12) (5%) при ~10-10

     

  3. Пост вакуумний універсальний ВУП-5М

    Розпилення матеріалів та іонним розпилювачем стрижнів

    Пост вакуумний універсальний ВУП-5М

    Прилад ВУП-5М оснащений: пристроями для магнетронного розпилення матеріалів та іонним розпилювачем стрижнів.


Останні новини

Засідання спеціалізованої вченої ради К55.250.01

Засідання спеціалізованої вченої ради К 55.250.01 Час проведення: 05.12.2019 Детальніше ...

Різне

ІПФ НАН України отримав доступ до БВ Web of science за кошти держбюджету України Детальніше ...

Семінари

Науковий семінар з квантової електродинаміки у сильних полях Час проведення: 20.11.2019 Детальніше ...