Главная Вакуумные трубки



расположенных на катоде и разогреваемых вторичными электронами [103].

Уменьшение избирательности сорбции по отношению к остаточным газам достигается также применением комбинированных газопоглотителей [126], т. е. совмещением в одном узле распыляемого и нераспыл я емого газопоглотителей (рис. 43).

7. Технологические свойства нераспыляемых газопоглотителей

Температура, °С

Температура, °С

Газопоглотитель

обезгаживания

рабочая

Газопоглотитель

обезгаживания и

рабочая

и активи-

активиро-

рования

вания

Тантал •

750-2000

Циркониевое по-

Титан •

760-1000

200-700

крытие:

750-850

никеле

800-960

200-600

Цирконий •

800-1100

200-400

»

тантале

800-980

До 950

800-1000

ниобии

- 800-1000

1000

Титановое по-

молибдене

800-1100

1100

крытие:

750-900

Пористые таблет-

на никеле

200-700

» тантале

760-950

До 950

Т1, Tl-Zr.

700-800

20-500

» ниобии

750-950

Tl-Zr

До 800

» молиб-

Tl-Zr

-А1-Та

750-800

20-500

дене

750-1000

До 1000

• Компактный металл.

Примечание. Время активирования титана, титанового покрытия и пористых таблеток 3-5 мин.

Запайка нейтронных трубок. После процесса активаций газопоглотителей нейтронные трубки откачивают до давления 10 Па и отпаивают. Отпайку через стеклянный штенгель выполняют следующим образом. Штенгель разогревают пламенем газовой горелки до размягчения, трубку оттягивают с небольшим вращением вокруг своей оси и образовавшуюся перемычку пережигают. Для удобства отпайки штенгеля НТ обычно делают с перетяжкой: с уменьшением диаметра отверстия и утолщением в этом месте стенок [86].

Стекло штенгеля во время его размягчения выделяет большое количество газов. Для того, чтобы эти газы не ухудшали вакуума в готовой НТ, штенгели перед отпайкой несколько минут обезгаживают газовой горелкой.

Применение металлических (медных) штенгелей, отпаиваемых методом холодной сварки, позволяет избежать натекания воздуха в объем НТ. Процесс холодной сварки заключается в то.м, что медный штенгель пережимается ручными или пневматическими клещами, имеющими губки специальной формы. При давлении 0,9 Па (для меди) металл


3 г

I I

-C<:t..j.!j


Рис. 43. Конструкция комбинированного газопоглотителя:

/ - контейнер (полочка) газопоглотителя: ;2 - распыляемый газопоглотитель; S - нераспыляемый газопоглотитель

стенок штенгеля взаимно диффундирует, исчезает граница раздела и образуется сплошная кристаллическая структура. Вследствие этого в момент пережима металл выдавливается из-под губок и штенгель в этом месте прикусывается. Холодная сварка штенгеля не требует перетяжек, снижающих скорость откачки. Место холодной сварки штенгеля выдерживает нагрев до 400 °С [86].

\Л. ИСПЫТАНИЯ НЕЙТРОННЫХ ТРУБОК

Испытание НТ проводят на нейтронных генераторах. Отечественная промышленность выпускает два типа генераторов. Первый тип - это генераторы НГИ [115, 45], которые используются в установках нейтронно-активаци-онного анализа, а также для контроля различных технологических процессов в электронной промышленности, машиностроении и др. Второй тип - скважинные генераторы нейтронов <ИГМ-4М, ИГН-6М, ГНК-32 и др.), предназначенные для каротажа нефтяных и рудных скважин [109, 26, 41, 78, 111].

В качестве примера рассмотрим генератор типа НГИ [115] с нейтронным выходом 10" нейтр./с. Этот генератор в комплексе с соответствующей аппаратурой используется дяя экспрессного определения кислорода (с концентрацией до 10~-10~ %) в металлах, а также дяя анализа пищевых продуктов, биологических и других образцов органического происхождения. При нейтронном выходе 10 нейтр./с, энергии нейтронов 14 МэВ и частоте следования 20 ими./с потребляемая мощность составляет 1 кВт. Для получения



•потоков нейтронов 3 10»-10" нейтр./с к нейтронной трубке прикладавается ускоряющее напряжение с амплитудой 170-180 кВ и длительностью 1,5 мкс, импульсный ток на мишень достигает 30 А, импульс поджига имеет амплитуду 15 кВ и длительность до 1,5 мкс, каждый из трех вакуумно-дуговых ионных источников потребляет энергию 0,4-0,5 Дж/имп. Для обеспечения рабочего< температурного режима мишени и ионных источников они -охлаждаются. Система охлаждения обеспечивает съем 50 и 150 Вт тепловой мощности соответственно.

Генератор нейтронов состоит из источника нейтронов, •устройств питания, управления и охлаждения, задающего -генератора и штатива. Источник нейтронов содержит следующие блоки: высоковольтный коммутатор-накопитель и нейтронную трубку, которые электрически и механически .связаны между собой. Вакуумно-дуговой ионный источник нейтронной трубки срабатывает от поджигающего импульса, время подачи которого относительно импульса ускоряю-.щего напряжения может задерживаться в пределах от О до 2 мкс. Время задержки 0,3 мкс является оптимальным и •обеспечивает максимальный выход нейтронов. На поток нейтронов сильно влияет изменение напряжения между анодом и катодом ионного источника, оптимальным является напряжение 3 кВ. Измерение потоков нейтронов производителя в соответствии с методикой [32, 74] по активации медной -фольги.

Скважинный генератор нейтронов типа ИГН-4М со--стоит из собственно скважинного прибора и наземной аппаратуры. В наземную аппаратуру входят блок управления, возмещающий функцию управления работой скважинЕЮго прибора и обработки информации, и блок пересчета, обес-лечивающий счет импульсов в каналах анализатора. Сква-"жинный прибор состоит из генератора быстрых нейтронов и устройства для регистрации тепловых нейтронов. Генератором нейтронов в этом скважинном приборе является ускорительная нейтронная трубка типа УНГ. Тепловые шейтроны, возникающие при облучении горных пород, окружающих скважину, потоком быстрых нейтронов регистри .руются в канале регистрации скважинного прибора. Инфор мация из канала регистрации через каротажный кабел передается в наземную аппаратуру, где происходит ее о( работка.

Синхронизация работы каналов временного анали: блока управления осуществляется маркерными импульса! ми, которые следуют с частотой питания скважинного при •бора и жестко связаны с началом генерации быстрых ней

тронов. Для выработки маркерных импульсов служит специальный блок, расположенный в скважинном приборе. Блок генератора нейтронов надежно работает в скважинных условиях при температуре окружающей среды 120-130 °С и гидростатическом давлении до 6 • 10 Па (600 кг/см).

Информация, поступающая по каротажному кабелю от скважинного прибора, обрабатывается в канале интегрального счета и четырех дифференциальных каналах временного анализа. Это позволяет оценивать общее количество тепловых нейтронов, зарегистрированных счетчиками скважинного прибора и исследовать временное распределение плотности тепловых нейтронов в паузах между импульсами быстрых нейтронов (в дифференциальных каналах временного анализа).

Для испытания и эксплуатации лазерных нейтронных трубок (ЛНТ) разработан новый тип генераторов - лазерный генератор нейтронов (ЛГН) [37, 129]. Принцип работы ЛГН состоит в следующем: излучение лазера, работающего в режиме «модулированной добротности», фокусируется через оптический ввод ЛНТ на лазерную мишень (ЛМ), насыщенную дейтерием; на поверхности мишени образуется плазма, содержащая дейтроны; затем на трубку подается импульс ускоряющего напряжения с амплитудой ISO-ISO кВ, причем лазерный импульс сдвинут по отношению к высоковольтному на время задержки Тд, которое зависит от конструкции НТ (для ЛНТ-2 оптимальное Тз л; 0,5 мкс). Дейтроны вытягиваются из анодной плазмы, ускоряются электрическим полем и бомбардируют нейтронообразующую мишень, содержащую дейтерий или тритий, где в результате DD или DT реакций соответственно образуются нейтроны.

Существует две схемы ЛГН, отличающиеся способом синхронизации лазерного и высоковольтного импульсов (см. рис. 26, а, б). В схеме на рис. 30, а для этой цели используется тиратронный блок управления 5, осуществляющий запуск коммутирующего элемента 6 и электрооптического затвора лазера с регулируемой задержкой во времени [46]. В схеме на рис. 30, б используется работающий на просвет разрядник, поджигаемый лазерным лучом [1]. Он содержит два электрода (анод и катод), сориентированные в пространстве таким образом, что электрическое поле между ними перпендикулярно трассе лазерного луча, которая слегка касается катодной поверхности. Энергии излучения, поглощаемой на катоде в области касания луча , достаточно для его нагрева до температуры эффективной термоэлектронной эмиссии, инициирующей пробой межэлек-



тродпого промежутка с малым 50 нс) временем задержки разряда [51]. Последняя схема более проста, однако требует жесткого согласования времени запаздывания разряда с пролетными характеристиками плазмы в ЛНТ. В обеих схемах ЛГН используется устройство, предназначенное для сканирования пятна фокусировки лазерного излучения по поверхности плазмообразующей мищени [ПО]. Это позволяет обеспечить значительный ресурс плазмообразующей мишени О 10* импульсов), предохранить ее от локального перегрева и поддерживать рабочий вакуум в ЛНТ. ЛГН содержит также системы контроля и измерения режимов и параметров ЛНТ (на рис. 30 не показаны). Синхронизацию можно контролировать по осциллографу С8-12, на котором анализируется сигнал с фотоэлемента (ФК-19, "ФК-20), а также импульс ускоряющего напряжения, который снимается с емкостного делителя, расположенного в блоке высоковольтного трансформатора. Импульсы тока , в цепи катода и антидинатронного электрода регистрируются магнитоиндукционными преобразователями на основе тороидального ферромагнитного сердечника.

Нейтронный поток измеряется системой регистрации нейтронов, которая включает «всеволновой» счетчик Хансе- : на - Мак - Киббена [6, 74] и блок регистрации нейтронов методом активации меди [32]. ЛГН с большим нейтронным , потоком (Ф > 10" нейтр./с) предназначен для нейтронно-активационного анализа. Его можно успешно применять в различных областях науки и техники.

Глава 3

ПРИМЕНЕНИЕ НЕЙТРОНОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРИБОРО

3.1. ЯДЕРНОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ КАК СРЕДСТВО УПРАВЛЕНИЯ СВОЙСТВАМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Бурное развитие полупроводниковой техники в начале 70-х годов потребовало создания полупроводниковых материалов с такими свойствами, которые нельзя получить тградиционными технологическими методами [20, 89, 1171. Поэтому стали применять радиационные методы легирования полупроводниковых материалов с помощью ядерных превращений, т. е. облучение у-квантами, нейтронами или заряженными частицами. Эти методы позволяют легировать на большую глубину для у-квантов и нейтронов без микро-флюктуаций и получать однородное легирование по площади для заряженных частиц.


В последние годы широко применяют метод нейтронного трансмутационного легирования (НТЛ) кремния. Изотоп "Si является исходным в ядерной реакции трансмутации и составляет 3 % всех изотопов кремния, т. е. его атомы равномерно распределены в естественной смеси изотопов. При облучении кремния тепловыми нейтрона.ми в результате ядерной реакции Si («, у) *Si образуется фосфор, который является донорной примесью, свойства которой хорошо изучены.

Метод НТЛ дает возможность получать кремний с высокой однородностью распределения в нем легирующей примеси. Требуемое количество легирующей примеси обеспечивается выбором дозы облучения, так как концентрация атомов фосфора

ЛР = Na0, (94)

где N - концентрация атомов Si; а - сечение реакции; Ф - интегральный поток нейтронов.

Для того чтобы получить трансмутационно-легирован-ный кремний с требуемыми свойствами, необходимо выполнить следующие требования.

1. При облучении нейтронами необходимо обеспечить очень высокую однородность потока нейтронов в каждой точке облучаемого кристалла, для этого использовать источники нейтронов, на которых протекают {d, d), (Т, d)-peaK-ции, в результате которых образуются нейтроны с энергией 14 и 2,5 МэВ соответственно. Широко используемым источником нейтронов является атомный реактор, где полупроводниковые материалы облучаются потоком нейтронов с широким энергетическим спектром.

2. Обеспечить условия облучения и отжига. Известно, что одновременно с тепловыми нейтронами при использовании нейтронов реактора кристалл бо.мбардируется быстрыми нейтронами, что вызывает радиационные дефекты в кристалле. Их концентрация на несколько порядков превосходит концентрацию трансмутационного фосфора, причем концентрация и свойства радиационных дефектов (в частности, их термическая устойчивость) зависят от условий облучения (дозы нейтронов, температуры облучения, соотношения концентраций быстрых и тепловых нейтронов) и свойств исходного кремния.

3. Обеспечить высокую однородность удельного сопротивления ТЛ-кремния, которая возможна лишь в том случае, когда концентрация образующегося фосфора в результате бомбардировки нейтронами и отжига кристалла больше Концентрации электрически активных примесей, содержа-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [14] 15 16 17 18 19 20 21 22


0.0127