大強度パルス重イオンビーム照射により材料表面の汚染層を剥離して除去する技術の開発

开发利用高强度脉冲重离子束照射剥离去除材料表面污染层的技术

基本信息

批准号：
18656270
负责人：
小栗慶之
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は,まず昨年度に建設したレーザーイオン源と誘導線型加速器からなる大強度パルスイオンビーム発生装置からビームを取り出し,ビーム電流測定及びビーム集束試験を行った.ポリエチレンターゲットをレーザーで照射して陽子ビームの発生を試みたが,炭素イオンが混合して陽子ビームの純度が低下することが分った.またポリエチレンは低融点のためレーザーの照射により表面に凹凸が生じ,短時間でビーム出力が著しく低下することが分った.そこで,レーザー照射に対して耐久性があり,長時間安定にビームを発生できる黒鉛ターゲットを用い,炭素イオンビームを照射することにした.イメージングプレート及び感熱紙を照射してビーム径の測定を行い,同心球状電極のほぼ中心でビームが集束することを確認した.レーザーの照射強度を調整し,焦点でビーム電流密度約1A/cm2を得た.次に表面を鏡面研磨したオーステナイト系ステンレス鋼試料にビームを照射し,表面層の剥離除去実験を行った.積算照射量の増加とともに表面の黒化が見られた.結局,固溶限を超える濃度の炭素原子を注入することに成功した.しかし表面の剥離は観察できなかった.照射後試料に10MeVの35Clビームを入射角30度で照射し,弾性反跳検出分析(ERDA)法により打ち込まれた炭素原子の深さプロファイル測定を試みた.一次イオンビーム,試料標的及び荷電粒子検出器等の配置に基づく運動学的計算との比較を行った結果,深さ60nmをピークとして炭素イオンが注入されていることが明らかになった.絶対濃度もビーム照射量からの計算結果と10%程度の誤差範囲内で一致した.ピークの深さ60nmはモンテカルロ計算コードTRIMによる計算結果の半分程度であり,この差は試料表面の粗さに起因することが分った.

今年，我们首先从高强度脉冲离子束发电机中提取了光束，该发电机由激光离子源和去年构建的诱导线性加速器组成，并进行了光束电流测量和光束聚焦测试。我们试图通过用激光照射聚乙烯靶来产生质子束，但发现碳离子混合在一起并降低了质子束的纯度。此外，由于聚乙烯具有低熔点，因此发现表面是由于激光照射不均匀的，导致短时间内束输出显着降低。因此，我们决定使用针对激光照射耐用的石墨靶标，并且可以长时间稳定地产生光束，并用碳离子束辐照。我们通过照射成像板和热纸来测量梁直径，并确认光束几乎聚焦在同心球形电极的中心。我们调整了激光照射强度，并在焦点上获得了约1A/CM2的束电流密度。接下来，我们将表面应用于表面。将梁照射到抛光的奥氏体不锈钢试样上，并进行剥离的去除实验。表面随着辐射量增加而变黑。最后，浓度超过溶解度极限的碳原子成功植入。但是，未观察到表面剥离。辐照后，以30度的入射角将10 MeV 35Cl梁照射到样品上，并尝试尝试通过弹性后坐力检测分析（ERDA）植入的碳原子的深度曲线。基于原代离子束，样品靶标和带电的颗粒探测器的排列的运动学计算比较表明，碳离子在60 nm的峰值下植入。绝对浓度还与在误差范围内的梁照射量大约10％的计算结果相吻合。 60 nm的峰值深度约为使用Monte Carlo计算代码装饰的计算结果的一半，发现这种差异是由于样品表面的粗糙度所致。