№ 9 (2024)

В НИЦ “Курчатовский институт” — ПИЯФ создают высокоинтенсивный источник ультрахолодных нейтронов на основе сверхтекучего гелия для научных исследований в области фундаментальной физики. Источник ультрахолодных нейтронов спроектирован для установки на самый большой из имеющихся экспериментальных каналов реакторного комплекса ПИК — горизонтальный экспериментальный канал ГЭК-4. Плотность потока тепловых нейтронов на выходе из канала составляет, согласно расчетам, 3 × 10¹⁰ см^–2с^–1. В новом источнике ультрахолодных нейтронов станет возможным достигнуть плотности ультрахолодных нейтронов 3.5 × 10³ см^–3 на выходе из каземата реактора и 200 см^–3 в спектрометре, предназначенном для измерения электрического дипольного момента нейтронов. Разработанная нейтроноводная система ультрахолодных нейтронов сможет поочередно обслуживать пять экспериментальных установок. На начальном этапе источник ультрахолодных нейтронов запланировано оснастить экспериментальными установками: спектрометром электрического дипольного момента нейтронов и двумя установками по измерению времени жизни нейтронов (с гравитационной и магнитной ловушками). Для данного источника ультрахолодных нейтронов был спроектирован и реализован уникальный технологический криогенный комплекс для работы со сверхтекучим гелием в условиях реакторной установки. Комплекс включает в себя оборудование для получения температур вплоть до 1 К и отвод тепла от сверхтекучего гелия в количестве до 60 Вт.

Вакуумное ультрафиолетовое излучение имеет очень короткую длину волны и является составной частью космического излучения. Большой потенциал для защиты от космического излучения имеют композитные материалы на основе полиимида. В работе представлены результаты исследований влияния вакуумного ультрафиолетового излучения на полиимидную пленку, полиимидную трековую мембрану и композитный материал на основе полиимидной трековой мембраны, заполненной нановолокнами диоксида кремния. Исследованы потеря массы, диэлектрические свойства, инфракрасные фурье-спектры и смачиваемость исследуемых образцов до и после воздействия вакуумного ультрафиолетового излучения. Обнаружено, что наименьшие потери массы при облучении происходят в композитном материале на основе полиимидной трековой мембраны, заполненной SiO₂; диэлектрическая проницаемость композитной пленки после облучения увеличилась на 65.8%. Установлено, что воздействие вакуумного ультрафиолетового излучения на исследуемые пленки сопровождается разрушением небольшого количества следующих связей: C=O, C–O, C–C и C–N. Наименьший ущерб вакуумное ультрафиолетовое излучение нанесло разработанному композитному материалу. Анализ краевого угла смачивания исследуемых образцов показал, что поверхности полиимидной пленки, полиимидной трековой мембраны и композитного материала остались гидрофильными после облучения. Изменений в структуре поверхности пленок не обнаружено.

Проведено экспериментальное исследование воздействия сильноточных электронных пучков на образцы из поликристаллического вольфрама и коррозионностойкой ферритно-мартенситной стали ЭК-181, а также численное моделирование процесса взаимодействия пучка с мишенью, в котором энергия электронного пучка поглощается в приповерхностных слоях исследуемых образцов. Эксперименты проводили на сильноточном электронном ускорителе “Кальмар” при средней энергии в импульсе E ≈ 100 ± 20 Дж (длительность импульса на полувысоте 100 нс). В ходе экспериментов образцы облучали от одного до десяти раз. При численном моделировании использовали спектры электронов, рассчитанные на основе данных (тока и напряжения в диодном зазоре), полученных в результате электротехнических измерений. Продемонстрировано отличие в характере разрушения вольфрама и стали. Показано, что вольфрам начинает растрескиваться после трех импульсов воздействия с энергией около 100 Дж, что хорошо коррелирует с испытаниями на установках других типов. На стали же незначительное растрескивание наблюдали лишь после 8–10 импульсов воздействия. На поверхности мишени из стали обнаружили многочисленные следы капель оплавления и переосаждения материала мишени. Для обоих материалов оценена удельная величина энергии, которая поглощается в области взаимодействии пучка электронов с мишенью.

Исследовано влияние высокотемпературного электронного и протонного облучения на характеристики приборов на основе SiC. Для исследования были использованы промышленные 4H-SiC интегральные диоды Шоттки с базой n-типа проводимости с блокирующим напряжением 600, 1200 и 1700 В производства компании CREE. Облучение проводили электронами с энергией 0.9 МэВ и протонами с энергией 15 МэВ. Обнаружено, что радиационная стойкость SiC-диодов Шоттки при высокотемпературном облучении значительно превышает стойкость диодов при облучении при комнатной температуре. Показано, что этот эффект возникает за счет отжига компенсирующих радиационных дефектов при высокотемпературном облучении. Параметры радиационных дефектов определяли методом нестационарной емкостной спектроскопии глубоких уровней. При высокотемпературном (“горячем”) облучении спектр вводимых в SiC радиационных дефектов существенно отличался от спектра дефектов, вводимых при комнатной температуре. Проведено сравнение радиационной стойкости кремния и карбида кремния. Показано, что относительно небольшая разница в скорости удаления носителей в SiC и Si при облучении при комнатной температуре связана с тем, что в SiC, в отличие от Si, отжиг первичных радиационных дефектов в процессе облучения практически отсутствует.

Слои на поверхности алюминия, алюминиевого сплава, титана и тантала формировали в процессе ионно-ассистируемого осаждения металлов. Осаждение металла и перемешивание наносимого слоя с поверхностью подложки ускоренными (U = 20 кВ) ионами того же металла осуществляли в экспериментальной установке соответственно из нейтральной фракции паров металла и ионизированной плазмы импульсного вакуумного (p ~ 10^–2 Па) дугового разряда. Получены многокомпонентные аморфные слои, содержащие атомы осажденного металла, компоненты материала подложки, включая кислород поверхностной оксидной пленки, а также молекулы углеводородов в качестве примесей. Установлено, что при ионно-ассистируемом осаждении на поверхность исследуемых материалов металлов, обладающих геттерными свойствами (Zr, Cr, Er, Dy и др.), из остаточной атмосферы вакуумной рабочей камеры улавливаются значительные количества газов и включаются в состав формируемого слоя. Следует отметить, что содержание атомов материала подложки в слое невелико. При ионно-ассистируемом осаждении металлов, не проявляющих геттерных свойств, содержание примесей в полученных слоях существенно меньше, в их составе содержатся атомы осажденного металла и материала подложки.

Работа посвящена выяснению соотношения атомов и молекул пара теллура при взаимодействии с различными металлическими подложками (медь, никель). Атомам (Те) и молекулам (Те₂), присутствующим в паровой фазе теллура, при измерениях с помощью масс-спектрометрии соответствуют токи ионов мономеров J(Те⁺) и димеров J(Те⁺₂). Работа выполнена на установке для молекулярно-лучевой эпитаксии с контролем потока десорбции методом масс-спектрометрии и состояния поверхности методом дифракции быстрых электронов. Молекулярный пучок теллура был получен при помощи источника кнудсеновского типа. В настоящей работе показано, что доля мономеров в общем потоке десорбции существенно зависит от температуры подложки. Эта зависимость соответствует энергии диссоциации молекул Te₂ порядка 1.18 эВ. При высоких температурах (900 K) доля мономеров Te может достигать ~85%, а при низких (650 K) ~8%. Это обстоятельство надо учитывать, когда состав паровой фазы из источника пучка может влиять на изучаемые процессы. В частности, при исследованиях с помощью масс-спектрометрии взаимодействия паровой фазы с поверхностью твердого тела, например, в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии CdTe.

Предложен метод расчета компонентного состава и толщины измененного в результате длительного (стехиометрического) распыления слоя двухкомпонентных мишеней при облучении легкими ионами. Метод основан на ранее апробированной модели распыления неоднородных двухкомпонентных материалов легкими ионами. В случае стационарного распыления карбидов вольфрама и тантала ионами гелия приведены результаты расчетов компонентного состава и толщины измененного слоя в сравнении с экспериментальными данными.