Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 1. Струя ртути, в которой видна излучающая плазма
Эксимерная лазерная система позволяет получать энергию 800 мДж/импульс при частоте 200 Гц в 20 не импульсах при длине волны 248 нм (5 эВ). Такие 10-20 мм лазерные импульсы подаются в камеру мишени (см. фотографию вверху) с использованием поворачивающего зеркала. Затем с помощью сборки из двух линз с фокусным расстоянием 30 мм
эти импульсы фокусируются на мишени, при этом размер пятна составляет 50 мкм. Такая система позволяет получать плотность мощности около 1,6 • IO12 Вт/см2 и температуры в мишени порядка 100000 К. Этой плотности мощности достаточно для образования плазмы в мишени.
Система камеры мишени состоит из струи ртути высокого давления, показанной на рис. 1, вакуумной камеры, холодной ловушки для ртути, турбонасоса и оптических устройств на основе фторида магния (MgF2) для ввода и вывода лазерного излучения (для части луча, не поглощенного струей ртути). Создаваемая в мишени плазма приводит к образованию фотонов с характеристическими линиями, а также широкополосного спектра, охватывающего энергии от 25 до 140 эВ (всю ультрафиолетовую область), которые используются в ЛПИ. Мишень из ртути не оказывает существенного отрицательного влияния на входное (лазерное) излучение и коллективную оптику (ультрафиолетовое излучение) и обеспечивает неограниченную подачу плазмы (материала источника) с использованием системы откачки в замкнутом цикле.
Спектр плазмы (указанный черной линией на рис. 2) монохроматизируется с помощью сферического монохроматора с двумя дифракционными решетками (номинально 450 и 900 линий на миллиметр), имеющего степень разрешения 1000 при
188
Los Alamos Science Number 26 2000
Фотоэлектронная спектроскопия а- и 6-плутония
E
азоочисі
тители
Разообраз-Г ный фтор
100 эВ. У нас используется собирающая оптика с родиевым покрытием для обеспечения высокой отражательной способности в ультрафиолетовом диапазоне, которая инертна по отношению к ртути. Отсек монохроматора ЛПИ (см. рис. 2) состоит из вакуумных камер и насосов, в которых имеется входная щель (размер которой в настоящее время фиксирован и составляет 75 мкм), собирающего плазму зеркала, дифракционных решеток, выходной щели переменной ширины (35-400 мкм) и дополнительно фокусирующего зеркала.
Плутониевый участок системы (изображенный синим цветом на рис. 2) состоит из измерительной камеры, подготовительной камеры, магнитных механизмов передачи и загрузочных затворов, а также блока перчаточной камеры. Образцы транспортируются с JIoc-Аламосского плутониевого объекта к ЛПИ на магнитном коромысле из нержавеющей стали, прикрепленном болтами к подготовительной камере. Образец помещают за вакуумным затвором и всегда содержат в вакууме. После откачки области загрузочного затвора образцы плутония перемещают в подготовительную камеру с помощью магнитного транспортного
устройства. Подготовительная камера находится в перчаточной камере.
В подготовительной камере производится первичная очистка образцов для снижения до минимума загрязнения измерительной системы. Очистка производится лазерной абляцией, ионным распылением и скалыванием. При лазерной абляции - наилучшем методе очистки поверхностей трансурановых элементов -лазерное излучение с помощью зеркал направляют на образец плутония через кварцевое окно (красная пунктирная линия на рис. 2). Плотность мощности регулируется изменением апертуры, а степень фокусировки и нагрева образца - изменением частоты лазерных импульсов.
Затем очищенный образец перемещают в измерительную камеру с помощью трех дополнительных магнитных коромысел. В измерительной камере образец прикрепляют к низкотемпературному криостату, который позволяет менять температуру образца от комнатной до 20 К. Многие из интересных свойств трансурановых материалов наблюдаются лишь при криогенных температурах. Очистка поверхности таких материалов на месте при криогенных температурах имеет большое значение для опреде-
ления их фундаментальных свойств, и с ней во многом связан успех использования ЛПИ. Очищенный охлажденный образец помещают в месте пересечения фокуса монохроматора и фокуса анализатора электронов. Пучок монохроматических фотонов (зеленая линия, идущая к измерительной камере) направляют на образец, и при этом вылетают фотоэлектроны. Измерения фотоэлектронов (белая пунктирная линия) осуществляют с помощью электростатического анализатора в форме полушария, средний радиус которого равен 100 мм.
Для обнаружения электронов с использованием многоканальных средств мы модифицировали имеющийся анализатор, открыв выходную плоскость отклоняющих полушарий до 10 х 50 мм и установив двойные микроканальные пластины и фосфорный экран за выходной плоскостью. Фосфорный экран обнаруживается камерой прибора с зарядовой связью (ПЗС). Канальная пластина, фосфорный экран и камера ПЗС в сборе используются для измерения энергии фотоэлектронов, проходящих через анализатор.
Последние достижения в области лазерной технологии (расширение возможностей передачи лазерных фотонов с повышенной плотностью в вещество мишени) теперь позволяют увеличивать поток фотонов ультрафиолетового диапазона на порядок и более. В настоящее время стоимость промышленных твердотельных лазеров (NdiYAG) ниже стоимости больших фторокриптоновых лазеров, при этом они позволяют получать мощность, составляющую 900 мДж/импульс, за 2,5 не при длине волны 1064 нм; эту мощность можно сфокусировать на 25 мкм, благодаря чему плотности мощности увеличиваются примерно до 6 • IO13 Вт/см2. He менее значимые достижения в плазменной технологии, в частности каналирование фотонов инертными газами, являются перспективными для увеличения потоков фотонов в плазме еще на порядок. На самом деле, представляется возможным, что благодаря таким технологическим достижениям лабораторные источники излучения станут сравнимы с лучшими синхротрон-ными установками. ¦
