Научно-исследовательская установка "Большой масс-монохроматор "МИФИ", также зачастую именуемая "Крокодил", предназначена для проведения исследований в области взаимодействия ионных и лазерных пучков с поверхностью твердого тела. На установке реализовано несколько различных методов анализа поверхности (LEIS, DRS, LIBS, LIDS, LIA-QMS ...), которые применяются для задач анализа кандидатных материалов обращённых к плазме элементов термоядерных установок.
Реализованный комплекс анализа поверхности позволяет осуществлять элементный анализ поверхности с атомарным разрешением по глубине, измерение толщин тонких плёнок на подложках с сильно различающейся массой, оценки относительных поверхностных атомарных концентраций элементов, анализ количества захваченного газа.
Мы всегда рады научному сотрудничеству!
Генерация диагностического пучка ионов производится в ионном источнике типа дуоплазматрон с накаливаемым танталовым катодом (1). Типичные рабочие газы: водород, гелий, неон, азот, аргон, криптон ксенон. Возможно ускорение ионов до энергии 30 кэВ (а также до энергии x2 в случае ионов, для которых в разряде имеются двукратно заряженные частицы, в частности, для ионов азота). Для выделения нужной массовой компоненты пучка предусмотрен магнитный масс-сепаратор (2). Используемый масс-сепаратор имеет радиус кривизны 50 см и максимальную индукцию магнитного поля в зазоре электромагнита на центральной траектории около 0.4 Тл. Возможна масс-сепарация однозарядных ионов с энергией E0 и массой m вплоть до значений, удовлетворяющих условию m х E0 < 4.43E6 а.е.м эВ. При этом возможна оперативная смена типа и энергии пучка, что позволяет проводить в рамках одной сессии как эксперименты по анализу толщин тонких плёнок при разряде на водороде, так и элементный анализ при разряде на одном из инертных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe). Для измерения энергетического спектра вылетевших ионов используется четвертьсферический электростатический энергоанализатор (4) в комбинации с усилителем сигнала ВЭУ-1А(5). Энергоанализатор расположен таким образом, что угол рассеяния составляет 32°, возможа также смена положения для реализации углов 60° и 120°.
На влёте пучка в камеру взаимодействия (3) расположена компьютерно-управляемая система отклонения пучка, схожая по конструкции с используемой в электронно-лучевых трубках. Данная система позволяет перемещать пучок по поверхности мишени с шагом около 0.5 мм, настраиваясь на наилучший сигнал отражённых ионов по сигналу на детектор энергоанализатора. Мишень закреплена на вращающемся прогреваемом до температуры 400 ℃ держателе. Мишенный держатель изолирован от остальной части установки, что позволяет осуществлять измерения приходящего на него тока пучка, что также может быть полезно при подстройке его положения, оптимизации сигнала отражённых ионов, а также измерения дозы облучения.
На наш подвижный двухкоординатный держатель можно закрепить мишень почти любой формы !!!
На камере взаимодействия также установлен дополнительный ионный источник (6), предназначенный для очистки поверхности пучком ионов различных газов от загрязнений с атмосферы, который также может быть применён для профилирования по глубине, ионного переосаждения, как, например, вот здесь и набора дозы облучения. Помимо этого на установке имеется пс Nd:YAG лазер LOTIS TII с энергией в импульсе до 100 мДж, который может быть использован в лазерно-ассистированных оптических и масс-спектрометрических диагностиках поверхности, а также для модификации поверхности.
Пример схем термического и ионного осаждения золота на кремний с in situ контролем толщины осаждаемой плёнки:
Пример одновременных оптической и масс-спектрометрических (QMS и ToF) диагностик продуктов абляции образца при облучении лазером:
Пример схемы LEIS анализа перспективного в качестве стенки термоядерного реактора SMART сплава W, Cr, Y:
Пример схемы анализа толщины Li плёнки на поверхности вольфрама по спектрам рассеянных протонов 25 кэВ in situ в ходе осаждения плёнки лития термическим испарением с параллельным контролем толщины с помощью кварцевого микробаланса:
Наиболее "свежие" энергоспектры установки доступны здесь:
За дополнительной информацией по спектрам обращайтесь к нам
МЫ ВСЕГДА РАДЫ НАУЧНОМУ СОТРУДНИЧЕСТВУ!!!
м.н.с кафедры "Физика плазмы" НИЯУ МИФИ
к.ф.-м.н., доцент кафедры "Физика плазмы" НИЯУ МИФИ
м.н.с кафедры "Физика плазмы" НИЯУ МИФИ
- N.V. Mamedov, V.A. Kurnaev, D.N. Sinelnikov, D.V. Kolodko, Elemental analysis of the surface during plasma irradiation, in: 2014 Tenth International Vacuum Electron Sources Conference (IVESC), IEEE, Saint-Petersburg, Russia, 2014: pp. 1–2. https://doi.org/10.1109/IVESC.2014.6892031.
- N.V. Mamedov, N.N. Shchitov, I.A. Kan’shin, An experimental apparatus for Penning ion source research, Instruments and Experimental Techniques 59 (2016) 870–878. https://doi.org/10.1134/S002044121606004X.
- N.V. Mamedov, V.A. Kurnaev, D.N. Sinelnikov, D.V. Kolodko, Surface diagnostics by ion scattering spectroscopy in gaseous environment, Journal of Physics: Conference Series 666 (2016) 012027. https://doi.org/10.1088/1742-6596/666/1/012027.
- N.V. Mamedov, D.N. Sinelnikov, V.A. Kurnaev, D.V. Kolodko, I.A. Sorokin, LEIS analysis of the W surface during water vapor adsorption, Vacuum 148 (2018) 248–253. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2017.11.026.
- D. Bulgadaryan, V. Kurnaev, D. Sinelnikov, N. Efimov, On the possibility of thin layers thickness determination with low energy proton scattering, J. Phys.: Conf. Ser. 941 (2017) 012022. https://doi.org/10.1088/1742-6596/941/1/012022.
- D. Bulgadaryan, D. Sinelnikov, V. Kurnaev, N. Efimov, P. Borisyuk, Y. Lebedinskii, Application of keV-energy proton scattering for thin film analysis, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 438 (2019). https://doi.org/10.1016/j.nimb.2018.10.043.
- D.G. Bulgadaryan, D.N. Sinelnikov, N.E. Efimov, V.A. Kurnaev, Using the Scattering Spectroscopy of keV-Energy Protons to Analyze the Deposition of Lithium on Tungsten, Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics 84 (2020) 742–746. https://doi.org/10.3103/S1062873820060064.
- D. Bulgadaryan, D. Kolodko, V. Kurnaev, D. Sinelnikov, Facility and the method for MEIS analysis of layers redeposited in plasma devices, Journal of Physics: Conference Series 748 (2016). https://doi.org/10.1088/1742-6596/748/1/012016.
- D.G.G. Bulgadaryan, D.N.N. Sinelnikov, I.A.A. Sorokin, V.A.A. Kurnaev, N.E.E. Efimov, Built-In Surface Analyzer for Plasma Devices with Magnetic Field, Physics of Atomic Nuclei 82 (2019) 1364–1367. https://doi.org/10.1134/S1063778819100089.
- D. Bulgadaryan, D. Sinelnikov, V. Kurnaev, N. Efimov, P. Borisyuk, Y. Lebedinskii, Application of keV-energy proton scattering for thin film analysis, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 438 (2019) 54–57. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2018.10.043.
- D. Bulgadaryan, D. Sinelnikov, N. Efimov, Efficiency of hydrogen beam electron stripping using various stripping gases for neutral particle analysis in MEPhIST tokamak, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 521 (2022) 17–21. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2022.04.005.
- D. Bulgadaryan, Vacuum NTBs behavior under plasma-relevant electric fields,
- N.E. Efimov, D.N. Sinelnikov, D.G. Bulgadaryan, Y.M. Gasparyan, E.D. Vovchenko, S.A. Krat, Using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy and Mass Spectrometry to Determine the Retention of Deuterium in Titanium Films, Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 86 (2022) 532–535. https://doi.org/10.3103/S1062873822050057.
- N.E. Efimov, D.N. Sinelnikov, M.V. Grishaev, Y.M. Gasparyan, V.S. Efimov, S.A. Krat, Analysis of the Influence of Laser Surface Irradiation Regimes in the Diagnostics of Hydrogen Isotope Retention, 86 (2023).
- N. Efimov, D. Sinelnikov, M. Grishaev, I. Nikitin, Y. Wang, Z. Harutyunyan, Y. Gasparyan, On the possibility of quantitative W-Cr-Y analysis by grazing ion-surface scattering spectroscopy, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 546 (2024) 165177. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2023.165177.
- E.D. Marenkov, D.N. Sinelnikov, N.E. Efimov, D.G. Bulgadaryan, Yu.M. Gasparyan, The influence of the adiabatic index on the radiation dynamics of self-similar expanding laser-produced plasma plume, Physics of Plasmas 29 (2022) 013509. https://doi.org/10.1063/5.0074011.
- E.D. Marenkov, I.P. Tsygvintsev, D.A. Kim, A.S. Grushin, N.E. Efimov, D.N. Sinelnikov, Yu.M. Gasparyan, Dynamics of lithium plasma in laser-induced breakdown spectroscopy, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy 210 (2023) 106822. https://doi.org/10.1016/j.sab.2023.106822.