A channel for ion irradiation of materials at the accelerator “Sokol”
At the accelerator “Sokol” a channel for ion irradiation of materials is constructed. The channel comprising a
 beamline system, a slit device, an electrostatic scanning system with power and control modules, and an irradiation
 chamber is placed behind the analyzing magnet. The main...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2006 |
| Автори: | , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78845 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | A channel for ion irradiation of materials at the accelerator “Sokol” / L.S. Glazunov, A.V. Goncharov, A.V. Zats, S.G. Karpus’. V.V. Kuz’menko, V.V. Levenets,
 V.M. Pistryak, V.I. Sukhostavetz // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 2. — С. 184-186. — Бібліогр.: 1 назв. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860038417284333568 |
|---|---|
| author | Glazunov, L.S. Goncharov, A.V. Zats, A.V. Karpus’, S.G. Kuz’menko, V.V. Levenets, V.V. Pistryak, V.M. Sukhostavetz, V.I. |
| author_facet | Glazunov, L.S. Goncharov, A.V. Zats, A.V. Karpus’, S.G. Kuz’menko, V.V. Levenets, V.V. Pistryak, V.M. Sukhostavetz, V.I. |
| citation_txt | A channel for ion irradiation of materials at the accelerator “Sokol” / L.S. Glazunov, A.V. Goncharov, A.V. Zats, S.G. Karpus’. V.V. Kuz’menko, V.V. Levenets,
 V.M. Pistryak, V.I. Sukhostavetz // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 2. — С. 184-186. — Бібліогр.: 1 назв. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | At the accelerator “Sokol” a channel for ion irradiation of materials is constructed. The channel comprising a
beamline system, a slit device, an electrostatic scanning system with power and control modules, and an irradiation
chamber is placed behind the analyzing magnet. The main technical parameters of the channel are the following:
ions used – H, He, N, Ar; ion energy – 0.2…2 MeV; ion beam current – 2 µA; target zone being irradiated – from 2
×2 mm up to 40×40 mm; target holder temperature – 80…450 K. Irradiation channel tests are performed together
with experiments on polyimide films irradiation with hydrogen ions with an energy of 400 keV.
На ускорителе «Сокол» создан канал ионного облучения материалов. Канал установлен после анализирующего магнита и состоит из ионопровода, щелевого прибора, электростатической сканирующей системы с блоком питания и управления, камеры облучения. Основные технические параметры разработанного устройства следующие: используемые ионы Н, He, N, Ar; энергия ионов 0,2…2 МэВ; ток пучка до 2 мкА; площадь облучения образца ─ от 2×2 мм до 40×40 мм; температура держателя образца ─ от 80 до 450 K. Проведены испытания канала облучения и выполнены эксперименты по облучению полиимидных пленок ионами водорода с энергий 400 кэВ.
На прискорювачі «Сокіл» створений канал іонного опромінювання матеріалів. Канал встановлений після
аналізуючого магніту і складається з іонопроводу, щілинного пристрою, електростатичної скануючої
системи з блоком живлення і управління, камери опромінювання. Основні технічні параметри розробленого
пристрою наступні: іони, що використовуються, ─ Н, He, N, Ar; енергія іонів ─ 0,2...2 МеВ; струм пучка ─
до 2 мкА; площа опромінювання зразка ─ від 2×2 мм до 40×40 мм; температура утримувача зразка ─ від 80
до 450 K. Проведені випробування каналу опромінювання та експерименти по опромінюванню поліімідних
плівок іонами водню з енергією 400 кеВ.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:54:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
A CHANNEL FOR ION IRRADIATION OF MATERIALS
AT THE ACCELERATOR “SOKOL”
L.S. Glazunov, A.V. Goncharov, A.V. Zats, S.G. Karpus’. V.V. Kuz’menko, V.V. Levenets,
V.M. Pistryak, V.I. Sukhostavetz
NSC KIPT, Kharkov, Ukraine
Institute of Solid State Physics, Materials Science and Technologies, Kharkov, Ukraine
E-mail: goncharov@kipt.kharkov.ua
At the accelerator “Sokol” a channel for ion irradiation of materials is constructed. The channel comprising a
beamline system, a slit device, an electrostatic scanning system with power and control modules, and an irradiation
chamber is placed behind the analyzing magnet. The main technical parameters of the channel are the following:
ions used – H, He, N, Ar; ion energy – 0.2…2 MeV; ion beam current – 2 µA; target zone being irradiated – from 2
×2 mm up to 40×40 mm; target holder temperature – 80…450 K. Irradiation channel tests are performed together
with experiments on polyimide films irradiation with hydrogen ions with an energy of 400 keV.
PACS: 29.17.+w
Investigations of changes in the properties of con-
structional materials under irradiation effect are neces-
sary for prediction of the material behaviour under ex-
tremes operating conditions (cosmic space, nuclear
power) in order to obtain materials with given properties
(mechanical, electrical etc.) For this purpose at the ac-
celerator “Sokol” an additional channel for ion irradi-
ation of materials was constructed [1]. Proceeding from
the problems that have been put, for irradiation of ma-
terials one need to obtain the beams of accelerated ions
H+, C+, N+, O+ and the beams of inert gas ions. It is de-
sirable to have a possibility of changing the accelerated
ion energy from several hundreds of keV to 1.8 MeV,
the beam current from 0.01 to 1 µA. The beams of ac-
celerated ions with such parameters can be produced at
the accelerator “Sokol”. The mass-analyzer of the accel-
erator is a distributing magnet and, simultaneously, per-
mits to transport accelerated ion beams via fifth chan-
nels by ±26°, ±45° (relatively to the initial beam direc-
tion) and 0° (direct exit). The first four channel are used
for carrying out of analytical investigations by the dif-
ferent nuclear-physics methods.
Besides, in the case of heavy ion beam bending by
26° or 45° there are limitations for maximum energies
of accelerated ions. Taking into account the above-said
it should be more reasonable to make an irradiation
channel with the use of a direct exit in the mass-analyz-
er.
Under irradiation of specimens with ions of hydro-
gen, carbon, nitrogen and oxygen it is necessary to per-
form resolution of ion beams by the mass, as the accel-
erated beam contains both the atomic and molecular
ions. Therefore, the irradiation channel was disposed at
some angle relatively to the initial beam direction. The
angle of beam bending was chosen considering the geo-
metrical room dimensions and design features of the in-
stallation. A bending angle of 5°40′ was maximally pos-
sible that corresponds to the ion beam bending radius
equal to 2.5 m. Such a bending radius gives a possibility
to transport into the irradiation channel the heavy ions
up to Xe with energy of 2 MeV.
The irradiation channel is shown schematically in
Fig.1. It is constituted from the following basic units:
slit device (1); scanner system (2); irradiation chamber
(3); vacuum pumpdown systems; ion beamline sections;
supports with adjusting systems.
The slit device performs two functions - it serves as
an exit slit of the mass-analyzer and, simultaneously, as
an element of the accelerated ion energy stabilization
system.
An important unit of the irradiation system is the
beam scanning system. The electrostatic scanning sys-
tem, providing an equal beam ion deflection independ-
ently on the mass, was chosen.
Fig.1. Layout the irradiation channel
The basic parameters of the scanning system of the
material irradiation channel are the following:
- ion beam energy range 0.2...2 MeV;
- ion beam current 0.01...5 µA;
- dimension of the target
scanning section (x, y) ±2...±20 mm;
- ion beam diameter ~2 mm;
- frequency of beam scattering
on the «X» axis 260 Hz;
- frequency of beam scattering
on the «Y» axis 4 kHz;
- space between the scanning
device and the target 1800 mm;
- inhomogeneous distribution of
irradiation dose by the «expsure» ~10% (±5%);
- space between the deflecting
plates 10 mm;
- plate length 100 mm;
- plate width 30 mm;
- maximum difference of potentials
between the plates 4 kV.
__________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2006. № 2.
Series: Nuclear Physics Investigations (46), p.184-186.184
mailto:goncharov@kipt.kharkov.ua
The power supply unit of the scanning device con-
sists of three modules: power supply module; module of
high-voltage amplifiers; control module.
The power supply module supplies a stabilized volt-
age ±12 V, +9 V, +5 V and unstabilized +5 kV to all
other modules of the unit.
The module of high-voltage amplifiers consists of
four amplifiers made with 6P13С lamps and has the
amplification of signal by voltage of about 500. The
output signals from the amplifiers are applied to the
plates of the scanning device. The control signals to the
module arrive from the control module.
The control module generates four voltages of a tri-
angular shape controlling the high-voltage amplifiers.
The voltages are phase matched in pairs, their amp-
litudes depend on the ion beam energy and on the size
of the target zone being scanned; and the pulse repeti-
tion rate continues to be constant (260 Hz and 4 Hz for
scanning on «X» and «Y» axes, respectively). The func-
tional circuit of the one channel of the control module
(«X» or «Y»), is given in Fig.2.
Fig.2. Functional circuit of the one channel of the «X»
or «Y» unit. 1 – setting the size of the zone being
scanned; 2 – follower, 3 – invertor; 4...7 – current
switches; 8...9 – integrator; 10...11 – high-voltage amp-
lifiers; 12...15 – threshold unit; 16 – logic unit, 16 - de-
flecting unit; 18 – supplying voltage module
The input signal (Uinput), proportional to the ion beam
energy, arrives from the rotor voltmeter exit. Depending
on the required dimensions of the scanning zone its
amplitude can be decreased by means of the poten-
tiometer 1 and, using the follower 2 and the invertor 3,
from this signal two signals are formed having opposite
signs and an equal amplitude. Via the switch 4 the
formed signal arrives to the entrance of the integrator 8,
at the exit of which formed is a linearly increasing
voltage the rate of which is proportional to the input sig-
nal value. The linearly increasing voltage obtained is
amplified by the high-voltage amplifier 10 and is ap-
plied to one of the plates of the deflecting device 17 de-
flecting the ion beam from the axis. Also, it is applied to
the threshold units 12 and 14. When the voltage reaches
the level deflecting the beam at the given distance on
the target, the threshold unit 14 begins to operate and
the logic unit 16 forms the control signal that cuts off
the switch 4 and opens the switch 5. The reverse integ-
ration begins. Thus, the duration of the direct integration
does not depend on the input signal value. During the
reverse integration the voltage at the high-voltage amp-
lifier entrance linearly decreases and, after reaching 100
V value, the threshold unit 12 begins to operate. Then
the logic unit 16 cuts off the switch 5 and opens switch
6, thus starting the direct integration by the integrator 9
and, consequently, the ion beam deflection in the direc-
tion opposite to the axis. After finishing the reverse in-
tegration by the integrator 9, the logic unit 16 repeats
the cycle.
The curve of voltage changing at the «X» plates is
presented in Fig.3. The shape of the voltage curve at
«Y» plates is similar.
Fig.3. Curve of voltage changing at the «X» plates
The chamber is made on the platform of a vacuum
universal post VUP-4 and permits to use under irradi-
ation its standard equipment (heater, cooler, systems for
specimen fastening etc.) The chamber is equipped with
a new high-efficient pumpdown system on the base of a
turbomolecular pump making it possible to maintain the
residual gas pressure in the chamber during irradiation
at a level of 5×10-4Pa; the temperature monitoring for
the specimen holder is provided in the range from 80K to
450 K. The channel system was adjusted and tested. The
experiments have been carried out on irradiation of the
polyimide film using the energy of 400 keV. Fig.4
presents the polyimide film irradiated with hydrogen
ions.
Fig.4. Polyimide film irradiated with hydrogen ions.
The upper left dark square is for the irradiation dose
of 3×1015ion/cm2; the upper right square – for 4×
1015ion/cm2; the lower left square – for 1×1015ion/cm2;
the upper right square – for 2×1015ion/cm2
So, the channel for irradiation of materials with gas
ions was designed and constructed at the accelerator
“Sokol”.
It is intended to imply the equipment developed for
modification of properties of structural materials, as
__________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2006. № 2.
Series: Nuclear Physics Investigations (46), p.184-186.184
well as, for studies on the processes of irradiation dam-
age of polymeric materials.
REFERENCES
1. V.N. Bondarenko, L.S. Glazunov, A.V. Goncharov et
al. Analytical system for nuclear-physics methods of
analysis // Nauchnyye Vedomosti. Belgorod State
University. Series: Fisika. 2005. №2(15). p.86-92 (in
Russian).
КАНАЛ ИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА УСКОРИТЕЛЕ «СОКОЛ»
Л.С. Глазунов, А.В. Гончаров, А.В. Зац, С.Г. Карпусь, В.В. Кузьменко, В.В. Левенец,
В.М. Пистряк, В.И. Сухоставец
На ускорителе «Сокол» создан канал ионного облучения материалов. Канал установлен после анализиру-
ющего магнита и состоит из ионопровода, щелевого прибора, электростатической сканирующей системы с
блоком питания и управления, камеры облучения. Основные технические параметры разработанного
устройства следующие: используемые ионы Н, He, N, Ar; энергия ионов 0,2…2 МэВ; ток пучка до 2 мкА;
площадь облучения образца ─ от 2×2 мм до 40×40 мм; температура держателя образца ─ от 80 до 450 K.
Проведены испытания канала облучения и выполнены эксперименты по облучению полиимидных пленок
ионами водорода с энергий 400 кэВ.
КАНАЛ ІОННОГО ОПРОМІНЕННЯ МАТЕРІАЛІВ НА ПРИСКОРЮВАЧІ «СОКІЛ»
Л.С. Глазунов, О.В. Гончаров, А.В. Зац, С.Г. Карпусь, В.В. Кузьменко, В.В. Левенець,
В.М. Пістряк, В.І. Сухоставець
На прискорювачі «Сокіл» створений канал іонного опромінювання матеріалів. Канал встановлений після
аналізуючого магніту і складається з іонопроводу, щілинного пристрою, електростатичної скануючої
системи з блоком живлення і управління, камери опромінювання. Основні технічні параметри розробленого
пристрою наступні: іони, що використовуються, ─ Н, He, N, Ar; енергія іонів ─ 0,2...2 МеВ; струм пучка ─
до 2 мкА; площа опромінювання зразка ─ від 2×2 мм до 40×40 мм; температура утримувача зразка ─ від 80
до 450 K. Проведені випробування каналу опромінювання та експерименти по опромінюванню поліімідних
плівок іонами водню з енергією 400 кеВ.
180
Institute of Solid State Physics, Materials Science and Technologies, Kharkov, Ukraine
references
Канал ионного облучения материалов на ускорителе «Сокол»
Канал іонного опромінення матеріалів на прискорювачі «Сокіл»
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78845 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-07T16:54:53Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Glazunov, L.S. Goncharov, A.V. Zats, A.V. Karpus’, S.G. Kuz’menko, V.V. Levenets, V.V. Pistryak, V.M. Sukhostavetz, V.I. 2015-03-22T08:02:41Z 2015-03-22T08:02:41Z 2006 A channel for ion irradiation of materials at the accelerator “Sokol” / L.S. Glazunov, A.V. Goncharov, A.V. Zats, S.G. Karpus’. V.V. Kuz’menko, V.V. Levenets,
 V.M. Pistryak, V.I. Sukhostavetz // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 2. — С. 184-186. — Бібліогр.: 1 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 29.17.+w https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78845 At the accelerator “Sokol” a channel for ion irradiation of materials is constructed. The channel comprising a
 beamline system, a slit device, an electrostatic scanning system with power and control modules, and an irradiation
 chamber is placed behind the analyzing magnet. The main technical parameters of the channel are the following:
 ions used – H, He, N, Ar; ion energy – 0.2…2 MeV; ion beam current – 2 µA; target zone being irradiated – from 2
 ×2 mm up to 40×40 mm; target holder temperature – 80…450 K. Irradiation channel tests are performed together
 with experiments on polyimide films irradiation with hydrogen ions with an energy of 400 keV. На ускорителе «Сокол» создан канал ионного облучения материалов. Канал установлен после анализирующего магнита и состоит из ионопровода, щелевого прибора, электростатической сканирующей системы с блоком питания и управления, камеры облучения. Основные технические параметры разработанного устройства следующие: используемые ионы Н, He, N, Ar; энергия ионов 0,2…2 МэВ; ток пучка до 2 мкА; площадь облучения образца ─ от 2×2 мм до 40×40 мм; температура держателя образца ─ от 80 до 450 K. Проведены испытания канала облучения и выполнены эксперименты по облучению полиимидных пленок ионами водорода с энергий 400 кэВ. На прискорювачі «Сокіл» створений канал іонного опромінювання матеріалів. Канал встановлений після
 аналізуючого магніту і складається з іонопроводу, щілинного пристрою, електростатичної скануючої
 системи з блоком живлення і управління, камери опромінювання. Основні технічні параметри розробленого
 пристрою наступні: іони, що використовуються, ─ Н, He, N, Ar; енергія іонів ─ 0,2...2 МеВ; струм пучка ─
 до 2 мкА; площа опромінювання зразка ─ від 2×2 мм до 40×40 мм; температура утримувача зразка ─ від 80
 до 450 K. Проведені випробування каналу опромінювання та експерименти по опромінюванню поліімідних
 плівок іонами водню з енергією 400 кеВ. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Применение ускорителей в радиационных технологиях A channel for ion irradiation of materials at the accelerator “Sokol” Канал ионного облучения материалов на ускорителе «Сокол» Канал іонного опромінення матеріалів на прискорювачі «Сокіл» Article published earlier |
| spellingShingle | A channel for ion irradiation of materials at the accelerator “Sokol” Glazunov, L.S. Goncharov, A.V. Zats, A.V. Karpus’, S.G. Kuz’menko, V.V. Levenets, V.V. Pistryak, V.M. Sukhostavetz, V.I. Применение ускорителей в радиационных технологиях |
| title | A channel for ion irradiation of materials at the accelerator “Sokol” |
| title_alt | Канал ионного облучения материалов на ускорителе «Сокол» Канал іонного опромінення матеріалів на прискорювачі «Сокіл» |
| title_full | A channel for ion irradiation of materials at the accelerator “Sokol” |
| title_fullStr | A channel for ion irradiation of materials at the accelerator “Sokol” |
| title_full_unstemmed | A channel for ion irradiation of materials at the accelerator “Sokol” |
| title_short | A channel for ion irradiation of materials at the accelerator “Sokol” |
| title_sort | channel for ion irradiation of materials at the accelerator “sokol” |
| topic | Применение ускорителей в радиационных технологиях |
| topic_facet | Применение ускорителей в радиационных технологиях |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78845 |
| work_keys_str_mv | AT glazunovls achannelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT goncharovav achannelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT zatsav achannelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT karpussg achannelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT kuzmenkovv achannelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT levenetsvv achannelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT pistryakvm achannelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT sukhostavetzvi achannelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT glazunovls kanalionnogooblučeniâmaterialovnauskoritelesokol AT goncharovav kanalionnogooblučeniâmaterialovnauskoritelesokol AT zatsav kanalionnogooblučeniâmaterialovnauskoritelesokol AT karpussg kanalionnogooblučeniâmaterialovnauskoritelesokol AT kuzmenkovv kanalionnogooblučeniâmaterialovnauskoritelesokol AT levenetsvv kanalionnogooblučeniâmaterialovnauskoritelesokol AT pistryakvm kanalionnogooblučeniâmaterialovnauskoritelesokol AT sukhostavetzvi kanalionnogooblučeniâmaterialovnauskoritelesokol AT glazunovls kanalíonnogoopromínennâmateríalívnapriskorûvačísokíl AT goncharovav kanalíonnogoopromínennâmateríalívnapriskorûvačísokíl AT zatsav kanalíonnogoopromínennâmateríalívnapriskorûvačísokíl AT karpussg kanalíonnogoopromínennâmateríalívnapriskorûvačísokíl AT kuzmenkovv kanalíonnogoopromínennâmateríalívnapriskorûvačísokíl AT levenetsvv kanalíonnogoopromínennâmateríalívnapriskorûvačísokíl AT pistryakvm kanalíonnogoopromínennâmateríalívnapriskorûvačísokíl AT sukhostavetzvi kanalíonnogoopromínennâmateríalívnapriskorûvačísokíl AT glazunovls channelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT goncharovav channelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT zatsav channelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT karpussg channelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT kuzmenkovv channelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT levenetsvv channelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT pistryakvm channelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol AT sukhostavetzvi channelforionirradiationofmaterialsattheacceleratorsokol |