Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время использование ^чков ускоренных ионов стало незаменимым инструментом для іализа свойств широкого класса образцов. Развитие ядерно -«ических методов анализа на пучках заряженных частиц іусловлено их очевидными достоинствами: неразрушаемость іразцов при анализе, экспрессность получения информации, юокое пространственное и глубинное разрешение, возможность іеньї типа и энергии ускоренных ионов и др.
К основным аналитическим задачам, решаемым на пучках ус->ренных ионов, относятся: определение элементного состава об-ізца; исследование распределения примесных элементов по глуше и поверхности образца; определение толщины слоев в одно-юйных и многослойных фольгах. При этом используются методы ютонно-индуцированного рентгеновского излучения (РІХЕ). Ре-рфордовского обратного рассеяния (RBS), ядерных реакций.
Так как ускоренный пучок является основой всех ядерно-тзических методик, к нему предъявляются требования, опре-:ляющие качество проводимых экспериментов. Поэтому улуч-ение стабильности ускоренного пучка на мишени, а также со-іащение времени перестройки режима работы ускорителя яв-[ются актуальными задачами.
Материаловедческие и аналитические работы, проводящиеся в ЯФ НЯЦ РК в последнее время, предопределили необходимость одания комплекса ядерно-физических методов, который бы по-олил проводить экспрессный анализ свойств исследуемых объек->в, таких как элементный состав, распределение элементов по убине, измерение толщины напылённых плёнок и фольг. При ом одновременное использование нескольких аналитических ме-ідов позволило не только сократить время исследования образца, ) и расширить круг решаемых задач и диапазон измеряемой тол-ины. Таким образом, комплекс ядерно-физических методов,
развитый на ускорителе УКП-2-1, является актуальной задачей.
Объект исследования. Объектом исследования был выбра комплекс ядерно-физических методов анализа с использованием ус коренных пучков протонов и дейтронов. Бьша изучена возможност постановки такого комплекса, после чего он бьш реализован на баз нового канала транспортировки пучка.
Для реализации комплекса ядерно-физических методов, а таї же для повышения точности и надёжности получаемых экспс риментальных данных возникла необходимость модернизации эле ментов и узлов ускорителя УКП-2-1.
Разработанные ядерно-физические методы позволили провеет серию аналитических экспериментов. В этом случае объектами ис следования были бериллий содержащие, нитрид-ниобиевые и шп рид-циркониевые плёнки и фольги, а также образцы воды, взятые и контрольных скважин Карачаганакского нефте-газового месторо» дения.
Основной целью работы является разработка комплекс ядерно-физических методов анализа, который позволил:
определять матричный элементный состав образца, а также ее держание микропримесей с пределом обнаружения до т скольких десятков микрограмм на грамм образца.
анализировать толщину не только однослойных, но и мне гослойных плёнок. Доступная толщина плёнок составляет от Д( сятков нанометров до десятков микрон.
получать карты распределения элементов (за исключением вс дорода и гелия) по глубине.
Для достижения этой цел» было необходимо решить сл< дующие задачи:
усовершенствование элементов узлов канала транспортировк пучка ускорителя УКП-2-1;
разработка и внедрение дополнительного канала транспо{ тировки;
1 постановка комплекса ядерно-физических методов для исследования элементного состава, толщины и распределение элементов по глубине в различных образцах;
1 анализ бериллий содержащих, нитрид-ниобиевых, нитрид-циркониевых плёнок и фолы, а также образцов воды, полученных из контрольных скважин Карачаганакского нефте - газового месторождения.
Научная новизна работы заключается в следующем: Впервые в Казахстане поставлены методики анализа образцов с использованием ускоренного дейтронного пучка. Одновременное использование четырёх аналитических методов (PIXE, RBS, резонансных ядерных реакций и ядерных реакций) на протонном и дейтронном пучках для получения информации о свойствах исследуемых образцов является пионерской работой.
Впервые была поставлена методика анализа дейтерия в образцах воды, полученных из контрольных скважин Карачаганакского нефте - газового месторождения, с использованием ускоренного пучка дейтронов.
Учитывая уникальность конструкции тандема УКП, новые блоки, вошедшие в состав систем канала транспортировки лёгких ионов и позволившие улучшить качество и надёжность проводимых экспериментов, также являются уникальными. Практическая ценность Результаты, полученные при анализе бериллий содержащих и [тридных фольг, имеют важное значение на стадии отработки медик получения самонесущих бериллиевых фольг и нитридных крытий.
Определение степени диффузии никеля в медную подложку їй отжиге важно для формирования механически прочных плё-к, используемых на циклотроне для получения изотопа 7Со.
Методика анализа содержания дейтерия в водных образцах
позволяет осуществлять долгосрочный прогноз радиоэкологич( ской ситуации в местах, примыкающих к подземным полостям хранилищам газоконденсата, образованных ядерными взрывами.
Важное практическое значение имеет модернизация эл< ментов канала транспортировки, так как она позволила повысш качество и надёжность проводимых экспериментов. Научные положения, выносимые на защиту:
-
Разработка комплекса ядерно-физических методов анализа h ускоренных пучках.
-
Использование комплекса ядерно-физических методов да анализа бериллий содержащих, нитрид-ниобиевых и нитрщ циркониевых плёнок и фольг.
-
Использование метода ядерных реакций для анализа кої центрации дейтерия в водных растворах.
-
Модернизация элементов и систем канала транспортировк пучка.
Личный вклад автора
Большая часть аналитических работ, а также модернизащ элементов канала транспортировки пучка ускорителя проводилас непосредственно автором. При этом использовались последние мі ровые достижения в области анализа на пучках ускоренных ионо: а также собственные разработки. Апробация работы
Результаты, лежащие в основе диссертационной работы, был представлены на международной конференции по ускорителям з; ряженных частиц (Proc. of the 6 EPAC, Stockholm, June 1998) на X совещании по ускорителям заряженных частиц (Москва, 1990 г. на XIII и XIV совещаниях по ускорителям заряженных части (Дубна, 1992 и 1994 г.), на X и XII совещаниях по злектростатичі ским ускорителям (Обнинск, 1991 г. и 1999 г и на II мeждyнapo^ ной конференции по ядерной и радиационной физике (Алматі 1999 г.).
Публикации
Основные результаты диссертации изложены в 11 научных ра-тах, которые опубликованы в материалах конференций: Proc. of : 6 ЕР AC, Stockholm, June 1998; XII Всесоюзного совещания по корителям заряженных частиц (Москва, 1990 г.); XIII и XTV со-щаний по электростатическим ускорителям (Дубна, 1992 и 1994 ; X совещания по электростатическим ускорителям (Обнинск, 91 г.), II международной конференции по ядерной и радиацион-й физике (Алматы, 1999 г.), а также в журнале Physical Review.
Объём и структура работы
Диссертационная работа содержит Введение, три главы, За-ючение и Список использованных источников. Работа содержит 5 страниц, включая 59 рисунков, 6 таблиц и список литературы 75 наименований.
