Особенности одновременного анализа водорода и гелия методом ядер отдачи тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РГ6 од 2 9 МАИ 1995

На правах рукописи

ЧЕРДАНЦЕВ Юрий Петрович

ОСОБЕННОСТИ ОДНОВРЕМЕННОГО АНАЛИЗА ВОДОРОДА И ГЕЛИЯ МЕТОДОМ ЯДЕР ОТДАЧИ

Специальность 01.04.16 - физика ядра и элементарных частиц

>

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ТОМСК - 1895

Работа выполнена в НИИ ядерной физики Томского политехнического университета'-

Научный руководитель - д.ф.-м.н., профессор ЧЕРНОВ И.П.

Официальные оппоненты- д.ф.-м.н. Потьшшда А.П.

д.ф.-м.н. Рудаков В.П.

Ведущая организация - НИИ ядерной физики МГУ

Защита состоится "2.С "<хи?./ ^ 1995 р. в 15 час. на заседании диссертационного Совета 0.063.80.06 в Томском политехническом университете по адресу: 634004, г.Томск, пр.Ленина, 30, ТПУ,

С'диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТПУ.

Автореферат разослан 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета"^^? -—КОНОНОВ В.К.

г з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы.В последнее время проявляется значитель-$ интерес к развитию методов контроля за поведением газообразу-цих примесей,Это обусловлено тем.что эти примеси оказывают силь-зе влияние на свойства материалов, а исключить кх проникновение э удается из^за большого содержания в атмосфера,а также по техни-эским условиям использования материалов.Особое место в этом ряд}' эинадлежит водороду и гелию в связи с появлением большого числа аучных и технических задач, при решении которых необходимо иметь ведения о миграции и влиянии этих примесей на физические свойства атеряалов. В первую очередь это связано с энергетической пробле-ой, заключающейся в поисках новых, по возможности, экологически езопасных источников энергии.Так при изучении радиационной стой-ости конструкционных материалов термоядерного реактора(ТЯР)необ-одимо понять процессы, происходящие при взаимодействии плазмы с ервой стенкой реактора .Это поможет найти способы подавления де-труктивного влияния изотопов Н и Не, создать материал* стойкие к едиационной эрозии и охрупчиванив. Одной из важнейших задач э той области в плане применения методов анализа Н и Не является «здание динамической картины накопления изотопов Н и Не при ком-лексном воздействии термоядерной плазмы и продуктов ядерного син-■еза. При решении э'гсй задачи ряд явлений объясняется только при ■чете взаимного влияния примесей Н и Не.В первую очередь, это от-юсктся к скнергетическкы эффектам имплантации,когда интегральное юздействие при одновременном облучении Н и Не отличается от простой арифметической суммы воздействий этих компонент. Измерять одновременно содержание Н и Не с необходимой чувствительностью поз-юляет метод ядер отдачи(ЯО), который, начиная с 80-х годов,полу-мл широкое развитие для анализа водорода, гелия и других легких элементов.Вместе с тем,за весь этот период не встречались работы, з которых в широком плане рассматриваются вопросы создания методик одновременного анализа Н и Не. Имеющиеся работы, посвяшенные исследованию взаимного влияния Н и Не, ввиду отсутствия метода одновременного анализа, представляют сведения о распределении одной кэ примесей, оценивая данные о концентрации другой расчетным путем, или используют экспериментальные результаты других групп. В гом и другом случав возможны большие ошибки при объяснении полученных результатов.Поэтому проведение работ по развитию метода ЯО для одновременного анализа примесей Н и Не представляет значительный интерес.

Цель работы. Разработка методики одновременного анализа водорода и гелия, основанная на методе ядер отдачи. Демонстрация возможностей разработанной методики на примере исследования доведения примесей Н и Не в конструкционных материалах ТЯР.

Научная новизна работы. - Разработана методика одновременного анализа Н и Не в поверхностных слоях материалов.

- Измерены сечения-вылета ядер отдач;! в упругом рассеянии'^с/^Ы, |60 на ядрах ' Н к Не в диапазоне энергий взаимодействия налетаицих. ионса 1,3^0,35 МэВ/нуклсн и углов вылета КО от 10 до 30°.

- На основе исследования профилей распределений Н и Не определены параметры гелиевого блкстерихгг.

- Исследовано поведение и взаимное влияния приуесей Н и Не при им-гслантедки в конструкционные материалы ТЯР. Изучено влияние темпе— ре тури на ьахват Н и Не в сплаве !П-й1-У. Определены коэффициенты захвата Н и Не при одновременной и последовательной имплантации в сталь 12X169101. Изучено влияние гаша-облученкя на поведение Н в стали 12Х18Н10Г и 05Х1ЖШ.

Практическая ценность работы заклачается в том, что разработанная методика анализа позволяет получить количественную информацию с распределении примесей Еодорода и гелхя, измерить коэффициенты захвата и реэмиссии Н и Не в различных условиях внедрения.получить дшшыа об их всаклгом влиянии. Предложенный способ определения параметров блкстеринга позволяет получать данные о глубине разрушенного слоя, критической дозе образования блистеров,необходимые при оценке асзуоаности использования данного материала в условиях ионного облучения. Полученные данные о сечениях упругого рассеяния расширяют и углубляют знания о характере рассеяния и могут использоваться для дальнейших разработок б области ядерного анализа материалов и определения параметров ядерного взаимодействия.

Полоаения выносимые на зациту:

1. Методика одновременного анализа примесей водорода и гелия, основанная на регистрации идер примеси,выбиваемых из исследуемого ' слоя материале в результате упругого соударения с тяжелыми ионами.

2. Результаты расчета аналитических характеристик метода ЯО для одновременного анализа Н и Не и оптимальные параметры эксперимента. ,,

„ „ . /г /V '6

3. Саченкя вылета ядер отдачи в упругом рассеянии С, N. О

на ядрах *Н и у Не измеренные в диапазоне энергий взаимодействия налетало« ионов 1,3^0,35 МэЗ/нуклон для углов вылета БО- 10^-30°.

4. Способ определения параметров гелиевого блистеринга путем одновременного Измерения профилей Н и Не.

5. Результаты экспериментальных исследований поведения примесей водорода и гелия при одновременной и последовательной имплантации в конструкционные материалы. ~ЯР. Результаты исследований поведения Н и Не в конструкционных материала« в условиях гелиевого блисте-ринга.Результаты исследования влияния гамма-облучения на поведение Н и Не в неряавещей стали.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались ка X- XVIII (1930-1939) и ХХ1УС1934) Всесоюзных совещаниях по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами;8-ой(1967)и 9-ой (1989) Всесоюзных конференциях по взаимодействию атомных частиц с твердым телом; 29(1979),30(1989), 32(1982), 35(1984)и Зе-ом(1985) . Совещании по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра; 3. -еЯ Всесоюзной конференции -по разработке конструкционных матерка-лов ТЯРСЛенинград,1984)¡Всесоюзной конференции "Радиационное воздействие на материалы ТЯР1' (Ленинград, 1990); Всесоюзном совещании по физике плазмы и ее приложениям (Звенигород, 1986); Международной сессии "Управление примесями в ИГЭРе"(Гартунг, ЗРГ, 1989);

10-ом Всесоюзном ,сове5цании по ускорителям заряженых частиц(Дубна, 1987) ; 5-ой Всесоюзной конференции "Ыетоды определения газов в металлах"(Москва, 1988); Международной конференции по системам металл-водсрод(Тохио.Япония,1994);

Публикации. По материалам работы опубликована 21 статья, 2 тезиса докладов. Получено 3 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и обьем диссертации.Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы (101 наименование). Обьем диссертации - 131.страница (включая 43 рисунка).

СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность теш, сформулирована цель работы, кратко излоаено содержание диссертации и приведены защищаемые автором положения.

В первой глава проведен анализ существующих ядерно-физических методов анализа примесей Н к Не и оценены возможности для их одновременного профилирования. Оказалось, что для одновременного

определения Н и Не необходимым требованиям (низкий уровень фока, возможность проводить анализ в "толстых" образцах и контролироват перераспределение исследуемой примеси в процессе измерения) удовлетворяет только метод ЯО. Метод осноЕан на регистрации ядер примеси, выбиваемых из анализируемого слоя образца в результате упругого соударения с налетающими ионами. При энергии налетающих ионо ниже кулоновского барьера, основным взаимодействием между ионом и атомом примеси является упругое рассеяние.При этом источником фон будут рассеянные на матрице ионы анализирующего пучка. Наиболее благоприятные (бесфоновые) условия анализа реализуются, когда для анализа используются тяжелые ионы. Фон от упруго рассеянных на да pax матрицы ионов легко дискриминируется поглотителем, расположен ным перед детектором. Ядра отдачи Н и Не проходят через поглотитель оставляя в нем только малую часть своей энергии. Энергия яде отдачи Н и Не, вылетающих с фиксированной глубины и регистрируемь под определенным углом Q к оси пучка, будет разной. На таком разделении энергетического диапазона регистрации ЯО основывается методика одновременного анализа. Использование пучков hohob'2C,/vN, /60 с энергией около 1 МэВ/нуклон является предпочтительным, по-скольху они не оказывают столь сильного радиационного действия кг ионы55С1 илиуГАг и,-в то же время, обеспечивают необходимое массовое разрешение. В главе рассмотрены физические основы метода Ж проведен выбор геометрии эксперимента. "Скользящая" геометрии выгодно отличается от "прострельной", поскольку позволяет получить лучшее разрешение и дает возможность проводить анализ Н и Не на поверхности образцов толщиной значительно больших пробега ионов j ЯО. Оценки разрешения метода ЯО показали (рис.1), что при малых глубинах анализа основной вклад в энергетическое разрешение внос: геометрия эксперимента,на больших глубинах-многократное рассеяни При одновременном анализе проявляется взаимное влияние примесей аналитические характеристики метода: глубина анализа Не определя ется положением поверностного пика Н, а на предел обнаружения пр меси водорода влияет концентрация Не, присутствующего на глубине превышающей его максимальную глубину анализа. В таблице 1, в качестве примера, представлены аналитические характеристики метода ЯО при одновременном анализе Н и Не в алюминии пучками ионов с энергией 1 МэВ/нуклон. Угол наклона мишени к пучку(V)равен 20 , угол регистрации ЯО(0 )- 30'.

7-

Таблица 1.

Аналитические' ' характеристики метода ЯО.

Анализирующие ионы - ,6о

Разрешение, мкм ^ Н о;об4 0,055 0,044

ЧНе 0,072 0,062 0,054

Глубина анализа, 'н 2,0 '1,8 1,7

мкм 4 Не 1,5 1,2 1.1

Предел обнаружения, V /г 5,9-10 3,6 ю'2 2,8 Ю'2

ат/см 2 чНе 1,3 ю'5 1,0 10 0,8 10/3

Во второй главе приведены основные соотношения, позволяющие Провести расчет энергетического спектра (ЭС) ядер отдачи Н и Не для идеального случая (без учета энергетического разрешения). ЗС в случае одновременного анализа представляет суперпозицию "водородного" и "гелиевого" спектров ЯО, для каядого из которых, в соответствии с кинематикой упругого рассеяния и энергетическими потерями, шкала энергий однозначно связана с глубиной залегания ЛримесиС!),а число"частиц в соответствующем канале анализатора -с концентрацией примеси на этой глубине (п). Если пренебречь энергетическим разбросом частиц, идеализированный ЭС ЯО можно представить как:

пСО <5(^,0) дЕ 34г(МВд) 1. (1)

Н------—— ,

Где Ыв- число ионов упавших на мишень; дБ- тарина канала анализатора; ассг-телесный угол детектора; 6 (Е*. 6 )- дифференциальное Течение рассеяния ЯО; к- кинематический фактор; е ,3£г- тормозные способности атомов образца для ионов и Ш.

ф1пУ Ь/зЫе-У)

Ех- Е0-Е2-кЕ^-Гв^сЛ. (2)

1огда энергию регистрируемых в ЭС ядер отдачи можно записать й виде: ^

Е3 « Ел-Гз^Ж. (3)

Здесь: тормозная способность поглотителя для ЯО; толщина Поглотителя.

Решая уравнения (1-3)относительно I и п, получаем распределение

примеси по глубине образца. Поскольку экспериментально измеренные ЭС имеют отличия от идеализированных ,для получения профилей распределения Н и Не использовался метод машинного моделирования ЭС. Используемые программы позволяли получать как распределения примесей, тая и функции возбуждения ионов на ядрах Н и Не. Для этого, в первом случае,расчет проводили с известной функцией возбуждения во-втсром, с известкой концентрацией примеси в образце (эталоне В работе показано, что используя относительный способ измерений, можно получить результат с наименьшими погрешностями. Проведен выбор эталонов,используемых для определения содераанкя примесей Н и Не и измерения сечений.При анализе водорода в качестве эталона использовали лавсан, при анализе Не- эталон, изготовленный путем нанесения металла на подложку в условиях газового разряда.

Исследования показали, что наблюдается перераспределение примеси Н под действием анализирующего пучка. Разрыв связей и выход водорода из образца в процессе анализа происходит за счет возбуждения электронной подсистемы металла и термического нагрева повер хнссти в месте падения ионного пучка. Этот процесс сопровождается генерацией радиационных дефектов. Предложена методика учета влияния анализирующего пучка на распределение Н, заключающаяся в последовательном измерении парциальных ЭС за короткие промежутки времени и установлении зависимости интегрального содеряания примеси на определенной глубине от дозы (рис.3). Использованиея методика позволяет восстановить начальную концентрацию Н и дает возможност: получить информацию о характеристиках внешнего воздействия на поведение примеси.

В третьей главе приведены результаты оптимизации параметров эк сперимента при одновременном анализе Н и Не. На основании анализа методик,используемых для расширения аналитических возможностей метода ЯО,делается вывод о том, что наиболее эффективным средство: является улучшение его характеристик путем оптимизации параметров эксперимента. В качестве количественного критерия оптимизации при одновременном анализе выбрано отношение глубины анализа к величин разрешения метода то глубине Ц0/ ¿4).Оказалось, что соотношение углов 0 и У при которых достигается максимальное значение 1С/^1 для Н и Ке практически одинаково. Кроме того, эти углы близки к тем, при которых достигается максимальная глубина аналируемого слоя для гелия.

Методом ЯО изуерэны сечения вылета ядер отдачи в упругом рассе

12. ¡4 1С I у

тнии С, N. 0 на ядрах Н и Не при начальной энергии налетающих

тяжелых ионоз около ГМзВ/нуютон на углах, Еыбракных на основании

жтимизации параметров эксперимента.

В функциях возбувденияаС-'н рассеяния наблюдается широкий резонанс при ЕС= 4,7 МэВ на углах© = 13; 25; 30°. Эксперименты показали, что величина сечений и форма функции возбуждения практически постоянна в широком диапазоне изменения углов.

Измерены функции возбуждения 14 N - 'н рассеяния при энергии Е*' =10,5 и 17,5 МэЗ на углах0 -15,5; 20 и 25°. Во всем измеренном энергетическом диапазоне величина сечения превышает резерфор-довсксе сечение рассеяния (см. рис.3; на рисунке, для удобства сравнения с данными других работ, сечения показаны для инверсной реакции; углы и сечения на них докы в с.ц.м.). Наблюдается резонанс при энергии протоновЕр « 1 МэВ.

Сечения О-'Н рассеяния измеренные при Е^ =1' МзВ на углах @ = 10; 17,5; 20; 25 ке отличаются от резерфордопстаго сечения.

Функции возбуждения упругого 11 С- 4 Не рассеяния измерены при ЕСа =14 МэЗ (б> 15°) и Е ^ =16 МзВ, б- 7; 15; 20 и 27,5°'.

Широкий диапазон энергий взаимодействия '4 N - ' Не рассеяния (от В к о 16 МзВ) был охвачен при измерении сечений при ~ 12 и 18 МэВ на углах.27,5 и 20 (рис.4).Измеренные методом ЯО сечения, в перерывающихся диапазонах энергий.хорсио совпадают с данными других работ,, где эти сечения измерялись для инверсных реакций. На основании имеющихся в литературе и измеренных методом ЯО данных выбраны удобные для одновременного анализа диапазоны' энергий возбуждения. Для ионов углерода этот диапазон составляет 6*8 МэВ, для ионов азота - 10г14 МэВ, длп исноэ кислорода - 10*16 МзВ.

В четвертой главе описан экспериментальный исследовательский комплекс,на котором было проведено исследование аналитических характеристик предложенного метода, измерены сечения упругого рассеяния ионов на ядрах Н и Ке, а также изучено поведение Н и Не в конструкционных материалах ТЯР. В комплекс, кроме циклотрона, являющегося базовой установкой стенда, входят два низкоэнергетических ускорителя иснов К(М и Не. Если стенд используется а качестве имитатора воздействия высокотемпературной плазмы и продуктов термоядерного синтеза,то пучки тяжелых ионов циклотрона выполняют две функции. С одной сторона они имитируют нейтронные потоки, с другой, тяжелые ионы являются анализирующими частицами о методе ядер отдачи и методе резер5ордоэского обратного рассеяния.

Установка позволяет: производить облучение образцов ыоноэнерге-тическим пучком ионов Н (D) с энергией 50 кэВ плотностью тока до 10 мкк/сиг к без нарушения вакуума методом ЯО определять интегральное содержание и распределение этой примеси; производить облучение поверхности образцов конами Не с энергией 1-? 50 кэВ и исследовать его накопление и распределение;-производить одновременное или последовательное облучение поверхности материала Н и Не и производить одновременный анализ этих прчмесей; проводить : имплантационные эксперименты для температур мишеней от - 100 до +600 С ; методом резерфордовского обратного рассеяния(POP) в процессе облучения или других воздействий исследовать профиль концентрации основных элементов матрицы; исследовать миграцию легких примесей под действием ионов водорода, гелия, азота, углерода, кислорода с энергией 1- 4 МэВ/нуклон; исследовать процессы распыления поверхности пучками ионов Н и Не (методом POP); в кристаллических образцах определять местоположение внедренной примеси и динамику накопления дефектов.

В пятой главе в качестве примеров, демонстрирующих возможности разработанной методики анализа, приведены следующие.результаты: Изучено поведение Н и Не в сплаве Ti- А1- V, являющегося каядидат-ным материалом первой стенки ТЯР. Измерены распределения Н и Не и определены коэффициенты.захвата Не в образцах имплантированных Не при различных температурах. Изучено поведение Н и Не в образцах подвергнутых термическому отжигу и облучению ионами Аг.Наблюдается увеличение захвата имплантированного Не в приповерхностной области с ростом температуры внедрения. Исследовано поведение Н и Не в стали 12Х18Н10Т в широком диапазоне температур (от 20 до 600 С) и доз внедрения (от 1016до 6-10 <g он~г ).Обнаружено,увеличение концентрации Н вблизи поверхности материала с ростом внедренной дозы • Не. Как и для сплава титана наблюдается увеличение коэффициента захвата гелия с ростом температуры (для всех доз внедрения <10' ® см"2 ). Исследовано взаимное влияние Н и Не при различной последовательности их внедрения в сталь 12X1SH10T. При имплантации в любой последовательности в распределении Н наблюдали пик водорода, захваченного гелиевыми дефектами. Захват Н при имплантации в последовательности Не - Н значительно вьте, чем для случая Н - Не. Последовательность внедрения не влияла на"распределение и захват имплантированного гелия. Изучено поведение Н и Не при их одновременном внедрении. При одновременной имплантации также происходит

- и -

«хват Н гелиевыми дефектами. Коэффициент захвата Не ниже,чем при шедренни одного гелия. Приведены результаты исследований миграции I и Не в неркавеющих сталях при облучении гамма-квантами. Содержа-ше Н вблизи поверхности после гамма-облучения возрастает. Это )бьясняется освобождением Н из ловушек в обьеме металла,миграцией с поверхности и захватом предварительно внесенными имплантацией Не з;ефектами. Предлоиена к рассмотрении (еноменологическея. модель, збьяснящая ускоренное накопление Не и низкое значение критической дезы образования блистеров при повышенных температурах внедрения.

В главе представлены результаты исследования,влияния разрушения юверхности в результате гелиевого блхетеринга на форму ЭС ядер л дачи Н и Не'. Отмечается, что эффекты эрозии поверхности проявлялся в деформации и раздвоении гелиевого пика и появлении пика в »определении Н на глубине,, равной средней толщине оболочек блис-:еров(рис.5), На основании этих данных предложен способ определе-шя параметров радиационного блистеринга.По полуширине и амплитуде пика водорода, декорирующего гелиевые'дефекты,можно определить :тепень эрозии поверхности материала. Положение максимума Н пика юзволяет определить толщину оболочек блистеров, а раздвоение Не шка и появление Н пика показывают начало образования блистеров [критическая доза образования блистеров) и факт нарушения целост-шсти их оболочек.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТ РАБОТЫ

1. Разработана методика одновременного анализа примесей водо-х)да и гелия, основанная на регистрации примесных атомов выбиваете в результате упругого взаимодействия с тяжелыми ионами. Пред-киенная методика позволяет проводить анализ в"толстых" образцах

I контролировать перераспределение примеси в процессе измерения. Ьилучшие условия анализа реализуется при использовании ускорен-шх ионов 'г С.'^М, /60 с энергией около 1 МэВ/нуклон.

2. Проведен расчет аналитических, характеристик "метода ЯО для }дновременного анализа Н и Не, найдены оптимальные параметры эксперимента. Показано,что разрешение по глубине находится на уров-_ ю 0,044- 0,05 мкм(А1), глубина анализа-1т-2 мкм,предел обнаружения достигает 3-Ш12 Н/см2 и 10'5 Не/см2. Наилучшие условия анализа (остигаются при следующих параметрах:, расстояние между мишень» и ;етекторон 12Ск-150мм;размеры коллиматора детектора(0,5г0,7)*(4т-5) м2 ; размеры ионного пучка (0,5г-1,0)»(4*5)ммг; угол регистрации дер отдаем Н и .Не - 274-30 : угол наклона микели - 20^-22 . Еремя гроведения анализа составляет 10г80 мин при токе гггиа тяжелых

ионов на «ткни 0,01 г 0,1 мкА.

3. Методом ЯО измерены сечения вылета ядер отдаем в упругом рассеянии 'гС,,'чЫ, 1б0 на ядрах'Н иЧНе при энергиях налетающих ионов около 1 МэВ/нуклон.ч ^

Исследован резонанс Е = 4,7 МзВ в С- Н рассеянии, наблюдающийся на углах 6 = 16, 25 и 30 при начальной энергии налетающего иона углерода Е^ = 8,7 КэВ. Показано, что величина сечения и форма функции возбуждения |2сА} рассеяния практически постоянна б широком диапазоне изменения углов .

Измерены функции возбуждения Н- Н рассеяния пр" энергии Ео' =10,5 и 17,5 МэВ на углах 15,5; 20 и 25°. Во всем измеренном энергетическом диапазоне величина сечения превышает резерфордов-ское сечение рассеяния.

Сечения'60-УН рассеяния.измерение при Ес =11 МэБ на углах 0=10; 7,5; 20; 5%>°не отличаются от резерфордовского сечения.

Функции возбуждения упругого 12 С- Не рассеяния измерены при е£ =14 МэЗ С В =15°) и Е<-=18 МэВ, 0=7; 15; 20 и 27,5.°

/ V V

Широкий диапазон энергий взаимодействия N - Не рассеяния (от 8 до 16 МэЗ) был охвачен при измерении сечений для Е'^ = 12 и 16 МэВ на углах 27,5 и 20°.

На основании этих и имеющихся в литературе данных о сечениях упругого раис-еяния определены удобные для одновременного анализа Н и Не диапазоны с Сергий ионов.

4. В качестве примеров,демонстрирующих возможности разработанной методики анализа, приведены следующие результаты исследований;

- Изучено поведен-е водорода и г алия в сплаве И- А1- V, явля-ицегося кандидатным материален первой стенки ТЯР. Наблюдается увеличение захвата имплантированного Не в приповерхностной области с ростоа температуры внедрения.

- Исследовано поведение Н и Не в стали 12Х18Н10Т в широком диапазоне температур (от 20 до 600 С) и доз внедрения (от 10 до 6-ю'2 см""2). Обнарунено увеличение концентрации Н вблизи поверхности материала с ростом внедренной дозы Не.

- Исследовано взаимное влияние Н и Не при различной последовательности их внедрения в сталь 12Х16Н10Т. При любой последовательности имплантации в распределении Н наблюдали пик водорода, захваченного гелиевыми дефектами.

- Изучено поведение Н и Не при их одновременном внедрении.

- Приведены результаты исследований миграции Н и Не в нержавеющих сталях-при облучении, геодла-квактами. Содержание Н вблизи поверхности после гамма-облучения возрастает. Это объясняется освобождением Н из ловугеек э объеме металла, миграцией к поверхности и захватом предварительно внесенными имплантацией Не дефектами.

- Предложена феноменологическая иодвль, обьясняшая ускоренное накопление Не и низксе значение критической дозы образования

" блистеров при повышенных температурах.

5. Исследовано влияние разрушения поверхности в результате гелиевого блистеринга на форму ЭС ядер отдачи Н и Не. Предложен способ определения параметров радиационного блистеринга (толщины оболочек блистеров, критической дозы блистерообразования,степени эрозии по-верхности)путем анализа распределений Н и Неизмеренных методом ЯО.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гусева М.И., Мартыненко D.B., Челноков О.И., Чернов И.П., Шадрин В.Н., Черданцез В.П., Сулема В.Н. Влияние температуры на поведение имплантируемого гелия в сплаве Ti- Ai- V,// Атомная энергия. 1982. Т.52. Вып.З. С.185- ISV.

2. Матусевич В.А., Чернов И.П., Черданцев Ю.П,.Шадрин В.Н. Метод определения содержания водорода в поверхностных слоях материалов. //Использование ускорителей в элементном анализе.Ташкент.: ФАН, 1930. С.182-185.

3. Chernov I.P..Shadrin V.N.,Cherdantsev Ju.P., Hydrogen determination in silicon nitride films by the nuciear method.//Thin Solid Films. 1982. V.88. P.49-54.

4. Сулеуа B.H., Полонский B.B., Черданцез Ю.П., Шадрин В.Н. Ядерно-физический способ определения водорода. АС 12Ш393,1986.

5. Шадрин В.Н., Еелянин О.П., Сулема В.Н..Черданцез В.П. Ядерно-физический способ определения гелия. АС 1180823. 1Э85.

6. Чернов И.П., Черданцев Ю.П., Шадрин В.Н. Ядерно-физический метод анализа водорода в приповерхностных слоях материалов.//MX. 1980. Т.54. N.11. С.2831-2835.

7. Чернов И.П., Шадрин В.Н., Черданцев С.П..Сулема З.Н. Ядерно-физический метод определения гелия в поверхностных слоях материалов.//ШАХ. 1984. Т.34. Вып.З. С.442-447.

8. Белянки О.П., Сулема В.Н., Чернов И.П., Черданцев Ю.П.и др. Изучение поведения имплантированного водорода и гелия в титане и титановых сплавах. Известия ВУЗов.Сер.Физика.Деп.ВИНИТИ.Per. N1574-84.1984. 32 с.

- 14 -

8. Чернов И.П., Шадрин В.Н..Черданцев Ю.П..Сулема В.Н.-Опре-деление содержания гелия в поверхностных слоях материалов.// Труды 11 Всесоюзного совещания по физике взаимодействия заряженн частиц с кристаллами^, :ШУ, 1962.0.489-491.

10. Белякга О.П., Сулема В.Н., Черданцев С.П. и др. Использование лавсана в качестве эталона при определении содержания водорода методом ядер отдачи.//Материалы Всесоюзного совещания-семинара "Диагностика поверхности ионными пучками". Ужгород,188

11. Черданцез Ю.П., Шадрин В.Н., Сулема В.Н., Белянин О.П. Способ изготовления эталонных образцов для контроля за содержанием гелия в конструкционных материалах термоядерного реактора. АС 13704Б9. 1987.

12. Шадрин В.Н., Черданцев Ю.П. Извлечение количественной информации из энергетических спектров ядер отдачи методом ыоделиро вания.//Груды 13 Всесоюзного совещания по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами.И.:МГУ, 1984.С.170-173.

13. Шадрин В.Н., Белянин 0.П., Сулема В.Н., Черданцев D.n. Измерение функции возбуждения упругого рассеяния протонов на лег ких ядрах методом ядер отдачи .Изв .ВУЗов. 1585.N10.Деп .ВИНИТИ. . N4089-85, 8с. :

14. Чернов И.П., Мамонтов А.П., Тюрин D.H., Черданцев D.n. Миграция водорода в стали и сплавах, стимулированная йонизирующи получением.//Известия ВУЗов.1994. N11. С.72-79.

15. Белянин О.П., Сулема В.Н. .Чернов И.П., Черданцев D.n. Шад рин В.Н. Измерение энаргетичесгает зависимостей сечения вылета пр тонов отдачи при упругом рассеянии тяжелых ионов.//Тезисы доклад 39 совещания "Ядерная спектроскопия и структура атомного ядра". Ташкент, 1988, с.368. - •• ■

16. Белянин О.П., Сулема В.Н., Чернов И.П., Черданцев С.П.,Ша рин В.Н. Упругое рассеяние ядер 4Не ионами'2С, /VN,,f О при низких энергиях. Там же. с.360. ■ .

17. Белянин О.П., Сулема В.Н..Чернов И.П., Черданцев D.n., Ша рин В.Н. Исследование захвата гелия в сплаве титана.//Атомная энергия. 1967. Т.62. Вып.1. С.49-50.

18. Гусева М.И., Сулема В.Н., Чернов И.П., Челноков О.И., Чер данцев ß.П.,Шадрин В.Н.Цриыенение метода ядер отдачи для изучени распределения Бодорода в титане и сплаве.// Атомная энергия. 196 Т. 51. Вып.2. С.126-129. .

19. Белянин О.П., Гусева.М.И., Сулема В.Н., Мартыненко Е.В.,

Чернов И.П., Черданцев Ю.П., Шадрин В.Н. Исследование взаимного влияния водорода и гелия при имплантации в нержавеющую сталь.// Известия ВУЗов.Физика.1986.Деп.ВИНИТИ. N 2969-БЭ8 от 22.04.88.27с.

20. Гусева М.И., Столярова В.Г., Горбатов Е.А., Белянин О.П., Сулема В.Н., Черданцев D.n..Чернов И.П., Шадрин В.Н. Влиянии бомбардировки ионами гелия на поведешь водорода в неряшеищей стали.//Атомная энергия. 1987. Т.63. Вьш.1. С.17-20.

21. Белянин О.П., Гусева М.И., Сулема В.Н., Черданцев Ю.П. Чернов И.П., Шадрин В.Н. Использование метода ядер отдачи для исследования поведения примесей водорода и гелия при последовательной имплантации.//Материалы 15 Всесоюзного совещания по фишке взаимодействия заряженных частиц с кристаллами.Н.:ЫГУ,1988.

-С. 150-152.

22. Белянин О.П., Сулема В.Н., Чернов И.П., Черданцев Г.П. Шадрин В.Н. Поведение гелия и водорода в нержавеющей стали при последовательной имплантации.//Известия ВУЗов.Физима.1985. Дел. ВШИ1И. N 7415-85Деп от 3.07.85.19 с.

23. Белянин О.П., Сулема В.Н., Чернов И.П., Черданцев Ю.П., Шадрин В.Н. Поведение водорода и гелия в нержавеющей стали при одновременной имплантации.//Поверхность. 1984. N.6. С.138-140.

24. Белянин О.П., Гусева И.И., Сулема В.Н., Столярова В.Г., Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Черданцев Й.П., Шадрин В.Н. Миграция водорода в нержавеющей стали при облучении гамма-квантами.// Атомная энергия. 1989. Т.67. Вып.5. С.331-335.

25. Белянин О.П., Гусева М.И., Сулема В.Н., Столярова B.i'., Чернов И.П., Черданцев О.П., Шадрин В.Н. Использование метода ядер отдачи для изучения влияния гамма-облучения на поведение H в нержавеющей стали.//Изв. ВУЗов. Сер.Физика. 1987. Деп.ВИНИТИ. N7864-В87 от 10.11.87, 17 с:

Ой TI/-.»-»■>»гит«г» П П Побило И П ПТотгтт Д Р и тт Ятти<гиио

примеси водорода в металлах на захват и распределение имплантированного гелия.//Материалы 9-ой всесоюзной конференции"Взаимодей-ствие атомных частиц с твердым телом". М. 1989. Т.2. С.245-247.

£ ,мкн

РисЛ.Зсьисимость энергетического разреиения(ЭР) метода ЯО от г бины анализируемого слоя А1 при одновременном анализе Н(а> и Не пучком ионов'^ с энергией 16 МэВ. ©=30; ^=20°.Здесь:5Ен?^^сум.^ ное ЭР;вклады в 3? за счет: ¿Её-"конечной" геометрия эхсперимел ¿Ей-ЭР спектрометра;5ЕЬ-энергетического разброса ионов пучка; 5 -многократного рассеяния ионов и ЯО в образце;5 Ета-многократнс рассеяния ЯО в поглотителе; £Ез|Ч,<5Е э-энергетического страггли _Я0 в образце и поглотителе; ¿ЕзЫ - страгглинга пучка в образце

а)

-Мч—к

Мне

ч

| зоо

■ч 200

2 УОО

10

^не

-А

-н

Рис.2.Схема формирования доэовой висимости содержания Н и Не (а).! висимость содержания Н и Не в стг ОШЗМГ от дозы пучка ионов'4Щб]

0,05; а 12=0,05* 0,25; А13=0,2&- 0,4; а^-О* О.Змкм. 12 МэВ. 0=27,5; У»20в. Образец был имплантирован иона) 10|?Не/см2 и ю'*Н/смг с эяерги; Еце=30 кэВ, Е^ =10 кэВ.

«1о'*«г2

_ j7~

Ep, И>В

Рас.3.Функции возбуждения'упругого рассеяния '"'Kip, р) .измененные методом ЯО(покззанн точками) при МзВ.Сплошной лк-меЙ показаны данные работы * и рэзерфордоеское сечечие рассеяния.

•V\ i

J

_1_i_и

■ ' _i—i

1^0,6° (С. и. tlJ.

' V

3,0

Рис.4. Функций возоуядмив упругого рассеяния JKcf.oT) ^измеренные методом ЯО при E^=i2(*) и 1б(*-)МэВ. Точками показаны сечения взятые из работы**.

*Washkin S.,Carlson R.R..Douglas R.A //Phis.Rev.t95S.V.114.P.1552.

**Herrir.g D.F..Chiba R.,Gasten B.R.Richards H.T.// rhis.Rev.195S. V.112.N.4.P.1210-1216.

Риз.5. Этапы разрушения поверхности образцов под действием гелиевого блистеринга и соответствующие им профили концентрации Н к Не: а) начальный этап накопления Не; б) доза имплантации Не превысила критическую дозу образования блистероа(Ьне(б)>1>Н4.крит.). На глубине,равной толщине оболочек 'блистеров, в распределении водорода появляется "внутренний"(2) пик; в) вскрытие оболочек блистеров. Происходит раздвоение "гелиевого" пика и рост содержания Н во "внутреннем" пике; г) срыв части оболочек блистеров.Происходит значительное снижение содержания гелия и расширение "внутреннего" Н лика. DHe(a)< D(6)< D(b)< D(r).

С

С

С

Подписало к печати 12.05.95.

Заказ !.? 6"2. Тирад 100 экз.

Ротапринт ОТ.63^3^, Томск, пр.Леакна,30