Determination of the accelerated heavy ions registration threshold in multilayered polymeric films

As detectors high-energy ions polymeric films from polyethyleneterephthalate (PETF) were used. Films were irradiated on the Kharkov heavy ions linear accelerator MILAC with the accelerated ions of nitrogen and argon with energy of 1 MeV/u. Multilayered samples consisted of polymeric films of a various thickness contacting with each other (3,6,10 μm) from which various combinations of thickness of contacting films were made. For revealing of tracks after irradiation samples were handled in an alkali solution. Methods of optical microscopy investigated surfaces of films and formation of tracks by the accelerated ions of argon and nitrogen was compared. Researches are carried out and thresholds of registration of the accelerated ions of an argon and nitrogen in multilayered PETF films are spotted depending on energy losses.В качестве детекторов высокоэнергетичных ионов использовались полимерные плёнки из полиэтилентерефталата (ПЭТФ). Пленки облучались на Харьковском линейном ускорителе тяжелых ионов ЛУМЗИ ускоренными ионами азота и аргона с энергией 1 МэВ/нукл. Многослойные образцы состояли из контактирующих друг с другом полимерных пленок различной толщины (3,6,10 мкм) из которых составлялись различные комбинации толщин контактирующих пленок. Для выявления треков после облучения образцы обрабатывались в растворе щелочи. Методами оптической микроскопии исследовались поверхности пленок и проводилось сравнение формирования треков ускоренными ионами аргона и азота. Проведены исследования и, в зависимости от энергетических потерь, определены пороги регистрации ускоренных ионов аргона и азота в многослойных ПЭТФ плёнках.Як детектори високоенергетичних іонів використовувалися полімерні плівки з поліетилентерефталату (ПЕТФ). Плівки опромінювалися на Харківському лінійному прискорювачі важких іонів ЛУМЗІ прискореними іонами азоту і аргону з енергією 1 МеВ/нукл. Багатошарові зразки складалися з контактуючих одна з одною полімерних плівок різної товщини (3,6,10 мкм). Для виявлення треків після опромінення зразки оброблялися в розчині лугу. Методами оптичної мікроскопії досліджувалися поверхні плівок і проводилося порівняння формування треків прискореними іонами аргону та азоту. Проведено дослідження методами оптичної мікроскопії і залежно від енергетичних втрат визначені пороги реєстрації прискорених іонів аргону і азоту в багатошарових ПЕТФ плівках

High-current relativistic electron beam focusing in plasma

The analysis of the envelope equation for high-current relativistic electron beam propagation in plasma in an external uniform magnetic field is presented. The envelope equation is obtained in a Hamiltonian form with an effective potential, which depends from electron beam and plasma parameters, and external magnetic field. Hamiltonian aproach allows fully analyze the behavior of the beam envelope as a function of the beam current, beam energy, plasma density and conductivity, as well as on the external magnetic field and the initial beam angular momentum.Представлено аналіз рівняння обвідної для потужнострумового релятивистского електронного пучка в плазмі в зовнішньому однорідному магнітному полі. Рівняння обвідної отримано в гамільтоновій формі з ефективним потенціалом, який залежить від параметрів електронного пучка і плазми, а також від зовнішнього магнітного поля. Гамільтонів підхід дозволяє повністю проаналізувати поведінку обвідного пучка в залежності від його струму, енергії, густини та провідності плазми, а також від зовнішнього магнітного поля і початкового кутового моменту пучка.Представлен анализ уравнения огибающей для сильноточного релятивистского электронного пучка в плазме во внешнем однородном магнитном поле. Уравнение огибающей получено в гамильтоновой форме с эффективным потенциалом, который зависит от параметров электронного пучка и плазмы, а также от внешнего магнитного поля. Гамильтонов подход позволяет полностью проанализировать поведение огибающей пучка в зависимости от его тока и энергии, плотности и проводимости плазмы, а также от внешнего магнитного поля и начального углового момента пучка

Optimization parameters of a part of accelerating structure with drift tubes prestripping section the MILAC heavy ion linear accelerator

Investigations on optimization of parameters of a part of accelerating structure with drift tubes prestripping section PSS-20 for acceleration of heavy ions with the relation of their mass to charge A/q≤20 are prolonged. On the second part of acceleration of ions from 150 keV/ nucl. up to 1 MeV/ nucl. the highest rate of acceleration is created interdigital-H (IH) accelerating structure with drift tubes. Radially-phase stability of the accelerated bunch of ions is provided with a combination of alternative phase focusing with updating of high-frequency focusing.Продолжены исследования по оптимизации параметров участка ускоряющей структуры с трубками дрейфа предобдирочной секции ПОС-20 для ускорения тяжёлых ионов с отношением их массы к заряду A/q≤20. На втором участке ускорения ионов от 150 кэВ/нукл. до 1 МэВ/нукл. наиболее высокий темп ускорения создаёт встречно-штыревая ускоряющая Н-структура с трубками дрейфа. Радиально-фазовая устойчивость ускоренного пучка ионов обеспечивается комбинацией переменно-фазовой фокусировки с модификацией высокочастотной фокусировки.Продовжені дослідження з оптимізації параметрів ділянки прискорюючої структури із трубками дрейфу передобдиркової секції ПОС-20 для прискорення важких іонів з відношенням їх маси до заряду A/q≤20. На другій ділянці прискорення іонів від 150 кеВ/нукл. до 1 МеВ/нукл. найбільш високий темп прискорення створює зустрічно-штирьова прискорююча Н-структура із трубками дрейфу. Радіально-фазова стійкість прискореного пучка іонів забезпечується комбінацією перемінно-фазового фокусування з модифікацією високочастотного фокусування

Modernization of the helium ion accelerator microwave power supply system

The high-voltage rectifier modernization, which is part of helium accelerator (PSS-4) high-frequency system, is described. The rectifier supplies the pulse modulator with direct current energy. The valves of the modulator used are mercury thyratrons. Modernization involves replacing thyratrons with semiconductor diodes. In the article, a comparative analysis of the parameters of thyratrons and diodes, which are supposed to be replaced by thyratrons, is carried out, and the expediency of such a replacement is substantiated.Описано модернізацію високовольтного випрямляча, що входить до складу високочастотної системи прискорювача гелію (ПОС-4). Випрямляч живить імпульсний модулятор енергією постійного струму. Вентилями модулятора використовуються ртутні тиратрони. Модернізація передбачає заміну тиратронів на напівпровідникові діоди. Проведено порівняльний аналіз параметрів тиратронів і діодів, що передбачає заміну тиратронів, та обґрунтовано доцільність такої заміни

Engineering of the low-energy beam transport line in the He⁺ ions linac

The design of a low-energy beam transport line in the helium ions linear accelerator is proposed. For experiments with the low-energy helium ions the vacuum chamber in a transport line is in addition included for an irradiation of investigated materials. The mathematical modeling method investigates coordination variants of an injector beam output emittance with an accelerating structure acceptance with use of electromagnetic quadrupole lenses, electrostatic lenses and the focusing solenoid. It is shown that the optimal variant, ad hoc, is the focusing solenoid application. The calculated value of a current of the helium accelerated ions makes 4.5 mА.Запропоновано схему лінії транспортування низькоенергетичного пучка в лінійному прискорювачі іонів гелію. Для експериментів із низькоенергетичними іонами гелію в лінію транспортування додатково включена вакуумна камера для опромінення досліджуваних матеріалів. Методом математичного моделювання досліджено варіанти узгодження вихідного емітанса пучка інжектора з аксептансом прискорювальної структури з використанням електромагнітних квадрупольних лінз, електростатичних лінз і фокусуючого соленоїда. Показано, що найбільш оптимальним для даного випадку є варіант із застосуванням фокусуючого соленоїда. Розрахункове значення струму прискорених іонів гелію становить 4,5 мА.Предложена схема линии транспортировки низкоэнергетического пучка в линейном ускорителе ионов гелия. Для экспериментов с низкоэнергетическими ионами гелия в линию транспортировки дополнительно включена вакуумная камера для облучения исследуемых материалов. Методом математического моделирования исследованы варианты согласования выходного эмиттанса пучка инжектора с аксептансом ускоряющей структуры с использованием электромагнитных квадрупольных линз, электростатических линз и фокусирующего соленоида. Показано, что наиболее оптимальным для данного случая является вариант с применением фокусирующего соленоида. Расчетное значение тока ускоренных ионов гелия составляет 4,5 мА

Coupling of parts accelerating structures RFQ and DTL in one resonator prestripping section the heavy ion linear accelerator MILAC

New pre-stripping section (PSS-20) consists of two parts with diverse accelerating structures. On an initial part of acceleration of ions from 6 up to 150 keV/nucl. high capture in process of acceleration of the injected ions is provided interdigital (IH) accelerating structure with Radio-Frequency Quadrupole (RFQ) focusing. On the second part of acceleration of ions from 150 keV/nucl. up to 1 MeV/nucl. the highest rate of acceleration is created interdigital (IH) accelerating structure DTL. The problem of diverse accelerating structures combination in one resonator is set.Новая предобдирочная секция ПОС-20 состоит из двух участков с разнородными ускоряющими структурами. На начальном участке ускорения ионов от 6 до 150 кэВ/нукл. высокий захват в процесс ускорения обеспечивает встречно-штыревая ускоряющая структура с RFQ. На втором участке ускорения ионов от 150 кэВ/нукл. до 1 МэВ/нукл. высокий темп ускорения создаёт встречно-штыревая ускоряющая структура DTL. Поставлена задача совмещения таких разнородных ускоряющих структур в одном резонаторе.Нова передобдиркова секція ПОС-20 складається із двох ділянок з різнорідними прискорюючими струк-турами. На початковій ділянці прискорення іонів від 6 до 150 кеВ/нукл. високе захоплення в процес прискорення забезпечує зустрічно-штирьова прискорююча структура з RFQ. На другій ділянці прискорення іонів від 150 кеВ/нукл. до 1 МеВ/нукл. високий темп прискорення створює зустрічно-штирьова прискорююча структура DTL. Поставлено завдання суміщення таких різнорідних прискорюючих структур в одному резонаторі

Tribological characteristics of 'steel-ceramics-irradiated-by-helium-ions' pair

Facility for the tribological characteristics studying of a metal – ceramics pair and parameters of ceramic samples irradiation on the helium ions linear accelerator with energies 0.12 and 4 MeV are resulted. Profiles of damageability and occurrence of target atoms along of helium ions range are calculated for the irradiated TiO₂ and Al₂O₃. Sputtering ratios and dependence of the sputtered atoms quantity on samples thickness are received. Calculations on density change of the irradiated samples are made. Experimental results of a sliding friction factor measurement depending on cycle’s quantity, temperature and irradiation doses are presented. On the basis of microscopic researches and calculation data conclusions are drawn about irradiation influence on interacting pair’s tribological characteristics.Наведено установку для вивчення трибологічних характеристик пари метал – кераміка та параметри опромінення керамічних зразків на лінійному прискорювачі іонів гелію з енергіями 0,12 і 4 МеВ. Для опромінених TiO₂ й Al₂O₃ розраховано профілі пошкоджуваності та залягання атомів мішені вздовж пробігу іонів гелію. Отримано коефіцієнти розпилення й залежності кількості розпилених атомів по товщині зразків. Зроблено розрахунки щодо змінення щільності опромінених зразків. Подано експериментальні результати вимірювання коефіцієнта тертя ковзання залежно від кількості циклів, температури й дози опромінення. На основі мікроскопічних досліджень і розрахункових даних зроблено висновки щодо впливу опромінення на трибологічні характеристики пар, що взаємодіють.Приведены установка для изучения трибологических характеристик пары металл – керамика и параметры облучения керамических образцов на линейном ускорителе ионов гелия с энергиями 0,12 и 4 МэВ. Для облученных TiO₂ и Al₂O₃ рассчитаны профили повреждаемости и залегания атомов мишени вдоль пробега ионов гелия. Получены коэффициенты распыления и зависимости количества распыленных атомов по толщине образцов. Произведены расчеты по изменению плотности облученных образцов. Представлены экспериментальные результаты измерения коэффициента трения скольжения в зависимости от количества циклов, температуры и дозы облучения. На основе микроскопических исследований и расчетных данных сделаны выводы о влиянии облучения на трибологические характеристики взаимодействующих пар

Facility and researches results of the frictional characteristics of metal – irradiated - ceramics pair

The technique and facility for studying of frictional characteristics of metal – ceramics pair are presented. Parameters of samples irradiation on the helium ions linear accelerator with 0.12 and 4 MeV energies are resulted. Samples from TiO₂ and Al₂O₃ at 0.12 MeV beam energy are irradiated. Damageability and occurrence profiles of target atoms along of helium ions range as sputtering ratios are calculated for the irradiated materials. Dependences of the sputtered atoms quantity on samples depth are resulted. Using this data, calculations on change of samples “superficial” density along of ions range are made. Experimental results of a sliding friction factor measurement depending on cycle’s quantity, temperature and irradiation dose are presented. On the basis of microscopic researches conclusions on influence of an irradiation on frictional characteristics of a metal – ceramics pair are drawn.Представлено методику та установку для вивчення фрикційних характеристик пари метал – кераміка. Наведено параметри опромінення зразків на лінійному прискорювачі іонів гелію з енергіями 0,12 і 4 МеВ та опромінені зразки з TiO₂ і Al₂O₃ при енергії пучка 0,12 МеВ. Для опромінених матеріалів розраховано профілі пошкоджуваності й залягання атомів мішені вздовж пробігу іонів гелію, a також коефіцієнти розпилення. Наведено залежності кількості розпилених атомів від глибини зразків. Використовуючи ці дані, зроблено розрахунки щодо змінення «поверхневої» щільності зразків уздовж пробігу іонів. Представлено експериментальні результати вимірювання коефіцієнта тертя ковзання залежно від кількості циклів, температури й дози опромінення. На основі мікроскопічних досліджень зроблено висновки щодо впливу опромінення на фрикційні характеристики пари метал – кераміка.Представлены методика и установка для изучения фрикционных характеристик пары металл – керамика. Приведены параметры облучения образцов на линейном ускорителе ионов гелия с энергиями 0,12 и 4 МэВ и облучены образцы из TiO₂ и Al₂O₃ при энергии пучка 0,12 МэВ. Для облученных материалов рассчитаны профили повреждаемости и залегания атомов мишени вдоль пробега ионов гелия, a также коэффициенты распыления. Приведены зависимости количества распыленных атомов от глубины образцов. Используя эти данные, произведены расчеты по изменению «поверхностной» плотности образцов вдоль пробега ионов. Представлены экспериментальные результаты измерения коэффициента трения скольжения в зависимости от количества циклов, температуры и дозы облучения. На основе микроскопических исследований сделаны выводы о влиянии облучения на фрикционные характеристики пары металл – керамика

Changes of the radiation characteristics of surface of tungsten as a result of influence of helium ion beams

The change in the radiation characteristics of the surface of tungsten was studied. Helium ions beams with energies of 0.12 and 4 MeV were used. Curves of ionization and damage are got on length of free run of ions of helium. The change the radiation characteristics of the surface of tungsten was studied. In the case of treatment with a beam of helium ions with energies of 0.12 MeV an increase in the hardness of the tungsten surface was found. Bubbles development has been studied. The appearance of tungsten tendrils around the bubbles, the formation of hills and valleys was considered.Досліджувалася зміна радіаційних характеристик поверхні вольфраму. Застосовувалися пучки іонів гелію з енергіями 0,12 і 4 MеВ. Отримані криві іонізації і пошкоджень по довжині вільного пробігу іонів гелію. Знайдено збільшення твердості поверхні вольфрамової мішені в разі обробки пучком іонів гелію з енергією 0,12 MеВ. Вивчався розвиток бульбашок. Розглядалися поява вольфрамових вусиків, утворення горбів і долин.Исследовалось изменение радиационных характеристик поверхности вольфрама. Применялись пучки ионов гелия с энергиями 0,12 и 4 MэВ. Получены кривые ионизации и повреждений по длине свободного пробега ионов гелия. Найдено увеличение твердости поверхности вольфрамовой мишени в случае обработки пучком ионов гелия с энергией 0,12 MэВ. Изучалось развитие пузырьков. Рассматривались появление вольфрамовых усиков, образование холмов и долин