WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 21 |

«НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ имени Д.В. СКОБЕЛЬЦЫНА Исследования по ядерной и атомной физике на циклотронах НИИЯФ МГУ Университетская книга Москва ...»

-- [ Страница 6 ] --

взаимодействие ионов с веществом, исследование рассеяния заряженных частиц ядрами, исследование механизмов ядерных реакций и временных характеристик деления и др., а также прикладные исследования в области космического материаловедения. Выполняются работы в содружестве с медиками, биологами, материаловедами, в том числе в целях улучшения характеристик конструкционных материалов. В 2007–08 гг. на циклотроне выполнена значительная часть работ по Междисциплинарному научному проекту МГУ «Инновационные решения в области космической механики, физики, астрофизики, биологии и медицины для реализации в космической отрасли России».

Некоторые результаты работ, выполненных на 120сантиметровом циклотроне НИИЯФ МГУ, представлены в настоящем сборнике ниже.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ядерные реакции при низких и средних энергиях (К 90–летию профессора С.С. Васильева (1908–1981)). М: Из-во Моск. ун.

1998.

2. Сергей Сергеевич Васильев – создатель ускорительного комплекса в Московском университете. М. Университетская книга, 2008.

3. Васильев С.С. Лаборатория ядерных реакций НИИЯФ МГУ. // История и методология естественных наук. Вып. 8. Физика. М.

1970. С. 408.

4. Васильев С.С., Романовский Е.А., Тимушев Г.Ф. Неупругое рассеяние протонов на ядрах 19F».// ЖЭТФ. 1961. Т. 41. № 4. С. 1040Саркисян Л.А., Кирьянов Е.Ф., Воробьев Ю.А. Модернизация циклотрона. // М. Вестник МГУ, сер. физ. 1979. № 2. С. 63.

6. Саркисян Л.А., Кирьянов Е.Ф., Воробьев Ю.А.. Модернизация стодвадцатисантиметрового циклотрона.// М. ПТЭ. 1979. № 1.

С. 19-21.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОРИЕНТАЦИОННЫХ

ЭФФЕКТОВ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ

УСКОРЕННЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

ЧЕРЕЗ КРИСТАЛЛЫ

А.Ф. Тулинов, В.С. Куликаускас, Г.П. Похил, Н.Г. Чеченин исследованы два явления: каналирование заряженных частиц и эффект теней (см. рис. 1). До открытия этих явлений физики Рис.1. Иллюстрация каналирования (слева) и эффекта теней (справа).

полагали, что регулярная структура кристалла никак не может влиять на прохождение быстрых частиц через образец. Ведь энергия связи атома в узле решетки на много порядков меньше энергии быстрых частиц (порядка МэВ). Тем не менее при малых углах движения частиц по отношению к цепочке (плоскости) атомов коллективное коррелированное воздействие нескольких достаточным для управления движением частиц сверхвысоких энергий. Здесь необходимо отметить, что явление каналирования Рис.2. Проникновение ионов Kr85 с энергией 40 кэВ вдоль главных направлений (см. рис. 2).

кристаллографических направлений каналировании, испытывая малоугловые рассеяния на атомах цепочки, не попадает в область малых прицельных параметров, т.е. в область высокой электронной плотности. Поэтому ион испытывает меньшие потери энергии и имеет увеличенный пробег в веществе (рис. 2). Для сравнения на рисунке показано проникновение в аморфное вещество Al2O3.

Эффект теней проявляется прежде всего в угловом распределении рассеянных частиц (рис. 3). Эффект был открыт Рис.3. Угловое распределение протонов, упруго рассеянных на монокристалле вольфрама открытие (рис. 3). На рис. 4 показана картина теней, полученная (протонограмма). Хорошо видны тени и от цепочек атомов и от плоскостей. После открытия эффекта теней на всех ускорителях Рис.4. Протонограмма.

Рис.5. Схема экспериментальной установки для исследований методом каналирования и эффекта теней (слева) и вид универсального гониометра (справа). 1 - магнитный анализатор, 2, 3 – диафрагмы, 4 - мониторная мишень, 5 – интегратор 6, 7 – детекторы и предусилители, 8, 9 – юстировочный лазер и Наиболее широкое применение эффект теней нашел в исследовании тонких нарушенных приповерхностных слоев кристалла. Дело в том, что в настоящее время при изготовлении интегральных схем широко используется легирование методом имплантации ускоренных ионов с последующим отжигом. При этом имплантированный слой нарушается. Этот слой тонкий, затруднен. Очевидно, что в нарушенной области цепочки искажены, естественно каналирование ионов должно быть искаженной цепочкой атомов, испытывает рассеяние и на большие углы (т.е. прямо в детектор), и на углы, большие критического угла каналирования (т.е. деканалирование). Выход рассеянных частиц в центре тени можно представить в виде:

где N(t) – концентрация дефектов, B (t ) = 1 (1 0 (t )) exp D N (t )dt - доля деканалированных частиц, D – сечение деканалирования, В – сечение рассеяния назад.

Рис.6. Схема формирования выхода обратного рассеянных частиц при каналировании. Кривая 1 – это выход рассеяния на чистом кристалле. Кривая 2 – деканалирование на дефектах (второе слагаемое в уравнении (1)). Кривая 3 – прямое рассеяние назад на дефектах (первое слагаемое в уравнении (1)).

каналировании в нарушенном кристалле. Из эксперимента можно получить профиль дефектов, решая итерациями уравнение (1):

К сожалению сечения В и D зависят от энергии анализирующих ионов, поэтому профиль дефектов N(t) не находится однозначно.

Практически для характеристики дефектности кристалла обычно используются непосредственно энергетические спектры рассеянных ионов (Рис. 7). На рисунке видно, как меняется структура после различных режимов отжига.

Помимо искажения структуры кристалла эффект теней позволяет в ряде случаев исследовать саму структуру дефекта.



Если по какому-либо признаку есть возможность выделить сигнал от примесных атомов на фоне подавляющего числа ионов, рассеянных на матрице кристалла, то по форме теневой лунки можно судить о положении соседних атомов, т.е. о структуре дефекта. Для примера покажем исследование структуры дефекта, образуемого примесным атомом сурьмы в кристалле кремния.

Рис. 8. Спектры от Si с тонким слоем сурьмы имеют большую массу, поэтому энергия отдачи мала, и поверхности) ионов больше, чем рассеянных на кремнии. Спектр ионов, рассеянных на сурьме, состоит из двух пиков. Левый пик соответствует сурьме в имплантированном слое, и правый сурьме, вышедшей на поверхность в результате диффузии.

Рис. 9. Угловая зависимость выхода положении, окружение сурьмы не совпадает с окружением кремния. Известно, что сурьма имеет тенденцию образовывать позволил выбрать один из двух возможных вариантов такого комплекса (рис. 10). Сурьма 5-и валентная, и возможно либо замыкание двух связей друг на друга (слева на рис.10), Рис. 10. Два варианта комплекса.

показанная справа.

Еще более интересной является возможность анализа структуры водородных дефектов. Дело в том, что регистрация сигнала от водородной примеси является чрезвычайно сложной задачей. Обычно структура водородных дефектов исследуется по косвенным признакам. Например, по собственным локальным Рис. 11. Схема эксперимента регистрации ядер отдачи.

каналированием (впервые использован в нашей лаборатории) позволяет измерять непосредственно положение водорода в ячейке кристалла.

На рис. 11 показана схема эксперимента по регистрации ядер отдачи. Ионы гелия выбивают атомы водорода из мишени и поглощаются фольгой, закрывающей детектор. Таким образом, в детектор попадают только атомы водорода. Угловая зависимость (меняется угол бросания ионов гелия) вероятности выбить атом водорода определяется положением водорода в ячейке и рассчитывается заранее (см. рис. 12). При смещении водорода из положения замещения в междоузлие форма угловой зависимости меняется от лунки к пику в направлении кристаллографической плоскости. Измеряя экспериментальные угловые зависимости выхода ядер отдачи водорода (рис. 13) и представляя эти зависимости в виде линейной комбинации расчетных зависимостей (рис. 12), можно определить реальные положения атомов водорода в ячейке кремния. На рис. 13 показаны угловые зависимости выхода ядер отдачи водорода вблизи плоскостных кристаллографических направлений (100), (-110) и (110). Эти Рис.13. Эксп. угловая зависимость выхода ядер отдачи водорода Рис.14. Три возможные конфигурации дефекта Н2*, Кроме описанных выше приложений метода эффекта теней, каналирование ионов используется для отклонения пучка путем пропускания его через изогнутый кристалл. Этот способ отклонения является уникальным, т.к. позволяет отклонять короткоживущие частицы, которые не могут быть отклонены магнитными системами из-за большой их протяженности.

Каналирование электронов широко исследуется с целью создания источников монохроматического жесткого электромагнитного излучения. И конечно, эффект теней позволил измерять ультракороткие времена жизни ядер (см. следующую статью).

Ниже приведено несколько ссылок на оригинальные работы, дополняющие изложенное выше:

ориентационных явлений” // Итоги науки и техники, т.1, с. 3- (1990).

Бурдель К.К., Чеченин Н.Г. “Спектрометрия обратного рассеяния при исследовании поверхности твердых тел” // Итоги науки и техники, т.1, с. 35-93 (1990).

Иферов Г.А., Похил Г.П., Тулинов А.Ф. “Увеличение выхода ядерной реакции при каналировании” // ЖЭТФ, 1967, т.5, вып.8, с.354.

Andersen J.U., Chechenin N.G., Zhang Z.H. “Location of impurities in compounds by assimetry of channeling dips” // Appl.Phys.Lett., 1981, v. 39 (9), p. 758-760.

структуры дельта-слоя сурьмы в кристалле кремния методом каналирования” // Изв.PАН, сер. физ.. 1998, N 7, с.104.

Тулинов А.Ф., Похил Г.П., Попов В.П., Куликаускас В.С., Фридман В.Б. “Исследование методом каналирования структуры слоя кремния пересыщенного водородом” // Поверхность, 2003, №9 с.24-27.

Черных П.Н., Иферов Г.А., Куликаускас В.С., Черныш В.С., Чеченин Н.Г., Чуманов В.Я. “Комплекс КГ-MEIS НИИЯФ МГУ для исследования поверхностных и многослойных структур” // Поверхность, 2008, №9, с.109-112.

ИССЛЕДОВАНИЕ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВРЕМЕН

ПРОТЕКАНИЯ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ С

ПОМОЩЬЮ ЭФФЕКТА ТЕНЕЙ

Д.О. Еременко, Ю.В. Меликов, С.Ю. Платонов, А.Ф. Тулинов, О.В. Фотина, О.А. Юминов Длительность ядерных реакций – важная характеристика, позволяющая получать экспериментальную информацию как о динамике ядерных процессов, так и о структурных особенностях ядер. При этом в ряде случаев подобные сведения не могут быть получены на базе традиционных, интегральных по времени наблюдаемых, таких как сечения, массовые и энергетические спектры, а также угловые распределения продуктов исследуемых реакций и т.п.

К числу наиболее развитых и широко распространенных в настоящее время ядерно-физических методик измерения времени жизни атомных ядер относится метод, основанный на использовании эффекта «теней», предложенный в НИИЯФ МГУ А.Ф. Тулиновым [1]. Метод «теней» – фактически одна из разновидностей время-пролетных методов. Он позволяет измерять расстояние, проходимое возбужденным ядром в ходе всей эволюции ядерной системы, начиная с момента передачи импульса при столкновении частиц пучка с ядром-мишенью и заканчивая моментом образования продуктов реакции.



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 21 |