Averaged capture cross sections and radiative strength functions in pf-shell nuclei

The paper presents experimental results from proton capture reactions by nuclei ⁴⁵Sc, ⁴⁸,⁵⁰Ti, ⁶⁰,⁶¹,⁶²,⁶⁴Ni, ⁶³,⁶⁵Cu, ⁵⁶,⁵⁸Fe, ⁶⁶,⁶⁸Zn, ⁶⁹Ga, ⁷²,⁷⁴Ge, and ⁷⁶,⁷⁸Br, namely, partial cross sections and radiative strength functions (RSF) simulated in the framework of a statistical model and new phenomenological approaches to the description of the RSF developed by Kadmensky, Sirotkin, and Plujko. Data for the reactions ⁶³,⁶⁵Cu(р,g) ⁶⁴,⁶⁶Zn are original. The measurements were performed in NSC KIPT using a Van de Graaf accelerator for 4.5 MeV. The RSFs were determined so as to achieve the best agreement between the measured and the calculated cross sections for fixed global parameters of the statistical model. The measured RSF values are model-dependent. As was found, the RSF is influenced by the excitation energy and final state properties of nuclei, contrary to Brink’s hypothesis that denies the relationship between the RSF and the nuclear structure. These results can be extended to all pf-shell nuclei.Представлено результати експериментальних досліджень реакції захоплення протонів ядрами ⁴⁵Sc, ⁴⁸,⁵⁰Ti, ⁶⁰,⁶¹,⁶²,⁶⁴Ni, ⁶³,⁶⁵Cu, ⁵⁶,⁵⁸Fe, ⁶⁶,⁶⁸Zn, ⁶⁹Ga, ⁷²,⁷⁴Ge, and ⁷⁶,⁷⁸Br-парціальні перерізи і радіаційні силові функції (РСФ),та їх моделювання в рамках статистичної теорії і нових феноменологічних підходів, які були развинуті в роботах Кадменського, Сироткіна, Плюйко. Дані для реакцій ⁶³,⁶⁵Cu(р,g) ⁶⁴,⁶⁶Zn оригінальні. Вимірювання проводились на мішенях товщиною ~1...2 мкм в інтервалі енергій протонів від 1,3 до 3,2 МеВ. РСФ визначені як такі, що дозволяють описати спостережені перерізи захоплення при фіксованих (глобальних) параметрах статистичної моделі. Отримані таким чином РСФ є модельно залежними. Спостерігається залежність силових функцій від характеристик кінцевих станів ядер, а також від енергії збудження, що є прямим порушенням гіпотези Брінка. Наслідки можуть бути розповсюджені на всі ядра pf-оболонки.Представлены результаты экспериментальных исследований реакции захвата протонов ядрами ⁴⁵Sc, ⁴⁸,⁵⁰Ti, ⁶⁰,⁶¹,⁶²,⁶⁴Ni, ⁶³,⁶⁵Cu, ⁵⁶,⁵⁸Fe, ⁶⁶,⁶⁸Zn, ⁶⁹Ga, ⁷²,⁷⁴Ge, and ⁷⁶,⁷⁸Br -парциальные сечения и радиационные силовые функции (РСФ), и их моделирование в рамках статистической теории и новых феноменологических подходов, развитых в работах Кадменского, Сироткина, Плюйко. Данные для реакции ⁶³,⁶⁵Cu(р,g) ⁶⁴,⁶⁶Zn являются оригинальными. Измерения проводились на мишенях толщиной ~1...2 мкм в интервале энергий протонов от 1,3 до 3,2 МэВ. РСФ определены как такие, которые позволяют описать наблюдаемые сечения захвата при фиксированных (глобальных) параметрах статистической модели. Полученные РСФ являются модельно зависимыми. Наблюдается зависимость силовых функций от свойств конечных состояний ядер, а также от энергии возбуждения, что является прямым нарушением гипотезы Бринка. Выводы могут быть распространены на все ядра pf-оболочки

New Ion elastic scattering Beam Line of analytical complex at Iар NAS Ukraine

The paper presents a description of new Ion Backscattering Beam Line. Small-size electrostatic accelerator “Sokol” with a beam energy range of 0.2…2.0 MeV is used as an ion source. A detail of the Beam Line is using of magnetic spectrometer which allows to carry out precise (several nm) quantitative layer-by-layer non-destructive element analysis of solid composition and structure using Ion Elastic Scattering technique. Design of Backscattering Chamber allows realizing a full set of Ion Beam Analysis techniques. Proton and helium ion backscattering spectra are presented from the thin film samples. Simulated spectra fit well the experimental ones together. The last shows the analytical efficiency of Backscattering Beam Line.Описано новий канал зворотного розсіювання іонів. Джерелом іонів служить малогабаритний електростатичний прискорювач «Сокіл» з енергією пучка 0,2…2,0 МеВ. Особливістю каналу є використання магнітного спектрометра, який дозволяє проводити кількісний прецизійний (декілька нм) пошаровий неруйнівний елементний аналіз складу та структури твердих тіл методом пружного розсіювання іонів. Конструкція камер зворотного розсіювання дозволяє реалізовувати повний набір іонно-пучкових методів елементного аналізу. Представлені спектри зворотного розсіювання протонів та іонів гелію від тонкоплівкових зразків. Добре узгодження експериментального та розрахункового спектрів від імплантованого зразка корунду свідчить про дієздатність каналу зворотного розсіювання як аналітичного інструмента.Описан новый канал обратного рассеяния ионов. Источником ионов служит малогабаритный электростатический ускоритель «Сокол» с энергией пучка диапазоне 0,2…2,0 МэВ. Особенностью канала является использование магнитного спектрометра, позволяющего проводить количественный прецизионный (несколько нм) послойный неразрушающий элементный анализ состава и структуры твёрдых тел методом упругого рассеяния ионов. Канал состоит из: камеры обратного рассеяния общего назначения и камеры магнитного спектрометра с ионопроводом. Конструкция камер обратного рассеяния позволяет реализовать полный набор ионно-пучковых методов элементного анализа. Представлены спектры обратного рассеяния протонов и ионов гелия от тонкопленочных образцов. Хорошее согласие экспериментального и расчетного спектров от имплантированного образца корунда свидетельствует о работоспособности канала обратного рассеяния как аналитического инструмента

Axial energy spread measurements of a 27.12 MHz multicusp ion source

A 4.7 cm diameter and 8 cm long 27.12 MHz radio-frequency (RF) inductively coupled multicusp ion source has been designed for ion beam applications. Ion energy distribution functions (IED) of the extracted helium and argon ion beams were measured by use of a retarding field energy analyzer. Influence of the RF power, gas pressure and the extraction voltage on the ion energy spread of the beam is described. The ion energy spread is found to be 7 eV for helium beam at 200 W RF power and gas pressure of 5 mTorr.Розроблено 27,12 МГц мультикаспове ВЧ- іонне джерело діаметром 4,7 см і завдовжки 8 см для іонно- пучкових застосувань. Обмірювано функції розподілу іонів з енергії (ФРІЕ) витягнутого гелієвого та аргонового пучків за допомогою енергоаналізатора із затримуючим полем. Розглянуто вплив ВЧ- потужності, тиску газу та витягаючої напруги на енергетичний розкид іонів пучка. Мінімальний енергетичний розкид іонів гелієвого пучка дорівнює 7 еВ при 200 Вт ВЧ- потужності та 5 мТорр тиску газу.Разработан 27,12 МГц- мультикасповый ВЧ- ионный источник диаметром 4,7 см и длиной 8 см для ионно- пучковых приложений. Измерены функции распределения ионов по энергии (ФРИЭ) извлеченного гелиевого и аргонового пучков с помощью энергоанализатора с задерживающим полем. Рассмотрено влияние ВЧ- мощности, давления газа и вытягивающего напряжения на энергетический разброс ионов пучка. Минимальный энергетический разброс ионов гелиевого пучка равен 7 эВ при 200 Вт ВЧ- мощности и 5 мТорр давления газа

Possibilities of improving paraxial brightness in rf ion sources

The paraxial brightness in rf ion sources can be improved by redistributing the beam phase density, increasing the beam current density and using beam extraction systems with low aberrations. Experimental data are presented for the central region of a hydrogen or helium ion beam extracted from a helicon rf ion source with permanent magnets. A high-voltage (~6 kV) extraction structure of the rf ion source was investigated with imposed external magnetic field. The evolution of phase sets in the extraction structure with emission hole size approaching Debye radius was calculated for the helium plasma density of ~10¹² cm⁻³ with imposed nonuniform external magnetic field. The calculations were performed involving data on ion energy spread (~25 eV) of the helicon rf ion source with permanent magnets.Розглянуто можливості підвищення осьової яскравості ВЧ-джерела іонів за рахунок перерозподілу фазової щільності пучка, підвищення щільності струму пучка, застосування систем екстракції з низькими абераціями. Приведено експериментальні дані по дослідженню характеристик привісьової області пучка іонів водню, гелію, аргону, що витягається з геліконового ВЧ джерела іонів із системою постійних магнітів. Приведено результати дослідження високовольтної (~6 кВ) системи екстракції ВЧ-джерела іонів при накладенні зовнішнього магнітного поля. Проведено розрахунок еволюції фазових множин у системі екстракції з емісійним отвором порядку радіуса Дебая для щільності гелієвої плазми (~10¹² см⁻³) при накладенні зовнішнього неоднорідного магнітного поля. У розрахунках використані дані про енергетичний розкид іонів (~25 еВ) геліконового ВЧ-джерела іонів із системою постійних магнітів.Рассмотрены возможности повышения осевой яркости ВЧ-источника ионов за счет перераспределения фазовой плотности пучка, повышения плотности тока пучка, применения систем экстракции с низкими аберрациями. Приведены экспериментальные данные по исследованию характеристик приосевой области пучка ионов водорода, гелия, аргона, извлекаемого из геликонового ВЧ-источника ионов с системой постоянных магнитов. Приведены результаты исследования высоковольтной (~6 кВ) системы экстракции ВЧ-источника ионов при наложении внешнего магнитного поля. Проведен расчет эволюции фазовых множеств в системе экстракции с эмиссионным отверстием порядка радиуса Дебая для плотности гелиевой плазмы (~10¹² см⁻³) при наложении внешнего неоднородного магнитного поля. В расчетах использованы данные об энергетическом разбросе ионов (~25 эВ) геликонового ВЧ-источника ионов с системой постоянных магнитов

A conceptual design of a MeV-energy ion microprobe with an immersion probe-forming system

The authors propose a new design for a MeV-energy ion microprobe based on the immersion probe-forming system that employs the accelerating tube at an early stage of beam focusing. The final probing beam formation on the target is provided by a separated Russian quadruplet of magnetic quadrupole lenses. As follows from the calculations, the length of this setup along the beamline (from the ion source to the target) does not exceed 4 m, but the resolution may be higher than that of most operating facilities of conventional design

Nuclear-analytical and mineralogical principles and techniques for prediction and investigation of the native-pure rare isotope occurrence

Combining nuclear microanalytical, mineralogical, crystallochemical and geochemical approaches, the authors analyze a possibility of natural occurrence of enriched or even pure and superpure rare isotopes that can be extracted from ores. Methods of and results from the investigations of these isotope anomalies are presented.На основі поєднання ядерно-фізичних, мінералогічних, кристалохімічних і геохімічних підходів проаналізовано можливість накопичення в природі в суттєво збагаченому і навіть в чистому та надчистому стані деяких звичайно рідкісних ізотопів, що можуть бути відокремлені з руд. Розглянуто методи і результати вивчення таких ізотопних аномалій.Путём сочетания ядерно-физических, минералогических, кристаллохимических и геохимических подхо- дов проанализирована возможность накопления в природе в существенно обогащённом или даже в чистом и сверхчистом виде некоторых обычно редких изотопов, которые могут быть выделены из руд. Рассмотрены методы и результаты исследования подобных изотопных аномалий

IAP triple-beam facility for simulation studies of radiation damage of materials

The project of ion irradiation facility for in-situ studies of radiation damage being developed in IAP NAS of Ukraine is presented. The platform comprises 300 kV heavy ion implanter, 50 kV collinear dual-beam light ion im-planter and 200 kV electron microscope. The optimal energies of heavy and light ion beams have been estimated. The results of computer simulation of ion transmission in the light ion implanter are presented.Представлено проект іонно-променевої платформи для in-situ досліджень радіаційних пошкоджень, що розробляється в ІПФ НАН України. Платформа містить у собі імплантер важких іонів на 300 кВ, колінеарний двохпучковий імплантер легких іонів на 50 кВ та електронний мікроскоп на 200 кВ. Оцінено оптимальні енергії пучків важких і легких іонів. Наведено результати комп’ютерного моделювання проходження іонів у імплантері легких іонів.Представлен проект ионно-лучевой платформы для in-situ исследований радиационных повреждений, который разрабатывается в ИПФ НАН Украины. Платформа включает в себя имплантер тяжелых ионов на 300 кВ, коллинеарный двухпучковый имплантер легких ионов на 50 кВ и электронный микроскоп на 200 кВ. Оценены оптимальные энергии пучков тяжелых и легких ионов. Приведены результаты компьютерного моделирования прохождения ионов в имплантере легких ионов

Plasma density measurement of RF ion source

For a radiofrequency (27.12 MHz) inductively coupled ion source (3 cm diameter, 7 cm long, without external magnetic field, working gas-hydrogen, helium, argon), measurements of the average plasma density were made using an 8 mm microwave interferometer. The range of neutral gas pressure is 2-30 mTorr and RF-power is in the range 20-400 W. It is found that the plasma density increases with increased gas pressure and RF-power. A global discharge model is applied to relate the electron densities and the electron temperature in an argon plasma to the pressure and input power ranges of interest. The model calculations are compared to measured plasma density, showing fair agreement.Для високочастотного (27.12 МГц) індуктивного джерела іонів (3 см у діаметрі і довжиною 7 см, без зовнішнього магнітного поля, робочий газ - водень, гелій, аргон) були виконані виміри середньої щільності плазми за допомогою 8-ми міліметрового інтерферометра. Тиск робочого газу змінювався в діапазоні 2-30 мТорр, ВЧ-потужність - в діапазоні 20-400 Вт. Встановлено, що щільність плазми росте зі збільшенням робочого тиску і вхідної ВЧ-потужності. Щоб розрахувати електронну щільність і електронну температуру аргонової плазми в цікавлячому нас діапазоні тисків і ВЧ-потужності, була застосована глобальна модель плазменного розряду. Обчислена по глобальній моделі щільність плазми знаходиться у гарний згоді з експериментально обмірюваною величиною.Для высокочастотного (27.12 МГц) индуктивного источника ионов (3 см в диаметре и длиной 7 см, без внешнего магнитного поля, рабочий газ - водород, гелий, аргон) были выполнены измерения средней плотности плазмы с помощью 8-ми миллиметрового интерферометра. Давление рабочего газа изменялось в диапазоне 2-30 мТорр, ВЧ-мощность - в диапазоне 20-400 Ватт. Установлено, что плотность плазмы растет с увеличением рабочего давления и входной ВЧ-мощности. Чтобы рассчитать электронную плотность и электронную температуру аргоновой плазмы в интересующем нас диапазоне давлений и ВЧ-мощности, была применена глобальная модель плазменного разряда. Вычисленная по глобальной модели плотность плазмы находится в хорошем согласии с экспериментально измеренной величиной

To the memory of Petr Ivanovich Fomin

Petr Ivanovich Fomin, Doctor of Sciences, Professor in theoretical physics, Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Ukraine, Head of the Theoretical Physics Department at the Institute of Applied Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine (Sumy), and leading researcher of the Bogolyubov Institute for Theoretical Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine (Kyiv) had passed away on the 5th of October, 2011

A new approach for explanation of specimen rupture under high electric field

Failure of needle shaped specimens under the action of high eJectric fields is one of the most serious problems in rnany field ionization devices and methods. It was shown that the length of what was removed during discharge part of specimens in most of the cases was several orders greater than that of an initial radius of the specimen apex. Experimental results obtained in this work indicate that electrical breakdown in field ion microscopes is initiated by the impact of nanoparticles detached from a point anode in a high eleetric field. A new approach for explanation of an observed specimen failure in a high eleetric field was proposed, where the formation and expansion of the cathode plasma play the key roje in the mechanical rupture and melting of field ion tips. The expanding plasma behaves as a dynamic capacitor plate characterized bya high velocity and increasing field strength at the specimen tip. The field rise rate at a constant voltage in a dynamic plasma to tip capacitor is of the order of gt; 1020 V m s. The present experimental data along with the ecton model of the vacuum breakdown allow the results to be discussed as a mechanical sampie failure under the action of the superhigh positive field pulse induCl;d by the cathode plasma expansio