Способ облучения материалов Советский патент 1993 года по МПК G01N23/00 

Изобретение относится к ядерной физике, а именно к способам и устройствам для обл/чения образцов и изделий ионизирующим излучением, и предназначено для использования в научных и прикладных целях, например для модифицирования материалов, легирования пучками ускоренных ионов, а также для исследования радиаци- онных эффектов.

Цель изобретения - повышение точности и скорости воспроизведения заданного профиля распределения продуктов взаимодействия заряженных части с веществом при повышенных температурах. Физическая сущность предлагаемого способа со- .стоит втом. чтобы в процессе облучения при повышенных температурах уменьшить изменение со временем профиля продуктов. связанное с термической и радиационно- стимулированной диффузией. Это достигается путем поддержания в облучаемом веществе малых градиентов концентрации образующихся продуктов облучения за счет

сокращения времени облучения через каждый поглотитель с быстрой смены поглотителей таким образом, что заметные градиенты концентрации продуктов облучения существуют в материале в течение ограниченного времени, меньшего времени диффузионного расплывания.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где на вертикальной оси отложены значения дозы радиационного воздействия (число внедренных атомов при легировании, число радиационных дефектов или других продуктов облучения) в зависимости от глубины проникновения облучающих частиц. Полный заданный профиль распределений 1 создается как сумма нескольких пространственно подобных ему профилей (3 и 2). каж- дый из которых является результатом одного, двух и-т. д. до К циклов облучения. Внутри каждого цикла заданный профиль образуется за счет облучения через сменяемые специально подобранные поглотители. Характерные времена диффузии при типич&

а N: N а с

ных температурах облучения приведены в табл. 1, Из табл. 1 видно, что с ростом температуры время диффузии быстро уменьшается, становясь меньше характерных времен облучения.

Предлагаемый способ реализован следующим образом.

Необходимо провести облучение поверхности алюминиевого объекта с целью создания в материале радиационных дефектов плотностью 10 смещ/атом равномерно до глубины 4 мкм, для облучения использовать ускоренные ионы алюминия.

Исходный профиль распределения радиационных дефектов С(х) получаем расчетным путем аналогично работе. При энергии ионов EAI 9 МэВ глубина обработки будет соответствовать заданной L - 4 мкм. Ширину IQ выбираем на уровне 50 % высоты пика С(х) lo 0,9 мкм, Предполагаем температуру в процессе облучения Т 400 К 127° С. По формулам находим коэффициент диффузии продуктов взаимодействия облучающих частиц с веществом D(T) 2,94 см2/с и время диффузионного расплывания профиля распределения С(х), сформированного в одном облучаемом слое to lo/D 2,75 с. Толщину поглотителей изменяем с одинаковым шагом do. полное число поглотителей N находим как целую часть числа (L/do). Коэффициенты qg рассчитывали из условия минимума уклонения получаемого распределения Ф(х) от заданного, при этом

Ф(х)

- Ј

е 1

qe Ce x +(е -1)-do,

где х - координата, принимающая значения от 0 до L.

В табл. 2 приведены значения qe для N 6 и do 0,8 мкм в относительных единицах.

Абсолютные значения qe вычисляли по значению qe при е 1, которое в свою очередь равно

--§

где смещ./атом - требуемая доза повреждения, а- 3,6 10 см - сечение образования смещений в максимуме кривой С(х). Полное время облучения через каждый поглотитель to ti. qv ti q/j - время облучения через первый поглотитель, а ) - интенсивность излучения. Для условий облучения на циклотроне j - 1014 част/см2 время 11 280 с. Значение К - ti/to 100. Таким образом

проводят облучение через каждый из шести поглотителей в течение времени меньшего или равного to 2.8 с. В результате заданный профиль формируется как сумма нескольких циклов (100), в каждом из которых

за малое время создается практически безградиентное распределение продуктов взаимодействия бомбардирующих частиц с веществом, пространственно подобное заданному, то есть заданный профиль постепенно накапливается одновременно на всех глубинах.

Повышение скорости радиационной обработки по сравнению с прототипом за счет предотвращения диффузионного рэсплывания профиля этой зоны при повышенных температурах.

Таким образом, использование предлагаемого способа облучения материалов обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества

1. Возможность проведения облучений с целью создания заданного профиля радиационной обработки при повышенных температурах.

2. Ускорение процесса радиационной обработки при повышенных температурах за счет уменьшения вредного влияния диффузии атомов или ионов в материале.

Формула изобретения

Способ облучения материалов, ускоренными заряженными частицами с фиксированной энергией через набор сменяемых поочередно поглотителей различной толщины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и скорости воспроизведения заданного профиля распределения продуктов взаимодействия заряженных частиц с веществом при повышенных температурах, облучение проводят по циклам, при этом время облучения через поглотители в каждом из циклов выбирают не превышающим время диффузионного распыления профиля распределения продуктов взаимодействия заряженных части с веществом, а число циклов облучения выбирают достаточным дли достижения заданной величины накапливаемых по циклам интегральных зарядов.

Таблица 1

Использование: в радиационной технике. Сущность изобретения: материалы облучают по циклам ускоренными заряженными частицами с фиксированной энергией через набор сменяемых поочередно поглотителей различной толщины, время облучения в каждом цикле не превышает времени диффузионного расплывания профиля распределения продуктов взаимодействия заряженных частиц с веществом, а число циклов выбирают достаточным для достижения заданной величины накапливаемых по циклам интегральных зарядов, 2 табл.. 1 ил.

Таблица 2