بررسی اثرات تخریبی تابش یون‌های هلیوم و آرگون تولید شده در دستگاه پلاسمای کانونی بر روی تنگستن

در این تحقیق اثرات تخریبی یون‌های پرانرژی هلیوم و آرگون تولید شده در دستگاه پلاسمای کانونی کم‌انرژی نوع مدر بر روی سطح تنگستن مورد بررسی قرار گرفت. نمونه‌های تنگستن در 20 پالس دستگاه پلاسمای کانونی به‌طور جداگانه با یون‌های آرگون و هلیوم مورد تابش قرار گرفتند. سطح نمونه‌های خام و تابش‌دهی شده تنگستن با میکروسکوپ الکترونی آنالیز شد. میکروگراف‌های sem نشان می‌دهد که تاول‌های متراکم با اندازه تقریبی چند صد نانومتر در سطح تنگستن در اثر تابش یون‌های هلیوم ایجاد شده‌اند ولی در نمونه‌های تابش‌دهی شده با یون‌های پر انرژی آرگون ترک‌های منظم دیده می‌شود که در سطح تنگستن گسترش یافته‌اند. از آنالیز پراش اشعه ایکس برای بررسی تغییرات بلوری ایجاد شده در تنگستن ناشی از تابش استفاده شد. تابش یون‌های پر انرژی هیدروژن و آرگون باعث به‌وجود آمدن تغییراتی در مکان قله‌ها، شدت قله‌ها، پهنای پیک در نصف ارتفاع بیشینه (fwhm) و فاصله صفحات تنگستن شده، که نشان می دهد تابش یون‌های پر انرژی تولید شده در دستگاه پلاسمای کانونی ساختار بلوری تنگستن را نیز تحت تاثیر قرار داده است. با استفاده از کد لی [1] مشخصات باریکه یونی هلیوم و آرگون حاصل از دستگاه پلاسمای کانونی تعیین شد و با استفاده از کد srim [2] مقدار shot/dpa و پروفایل تراکم یون‌های هلیوم و آرگون در عمق‌های مختلف تنگستن محاسبه شد. نتایج کد لی نشان می‌دهد که در هر شات به‌ترتیب ion/cm2 1014 × 7.9 و ion/cm2 1014 × 0.25 یون هلیوم و آرگون تولید می‌شود. نتایج کد srim نشان می‌دهد که بیشترین تخریب ایجاد شده در تنگستن ناشی از یون‌های آرگون و هلیوم به‌ترتیب در عمق‌های 7 و 30 نانومتری و به اندازه dpa/shot 1.7 و 0.17 می‌باشد. هم‌چنین بیشترین تراکم یون‌های آرگون و هلیوم به‌ترتیب در عمق‌های 20 و 40 نانومتری رخ می‌دهد.

Damage studies on irradiated tungsten by helium and argon ions in a plasma focus device

Damage of tungsten due to helium and argon ions of a PF device was studied. Tungsten samples were irradiated by 20 shots of the plasma focus device with argon and helium as working gases, separately. The tungsten surface was analyzed by SEM, before and after irradiation. SEM revealed dense blisters with diameters of a few hundred nanometers, on the samples which were irradiated by helium ions, while on the samples irradiated by argon, cracks were developed on the surface. XRD analysis was used for crystallography of tungsten, before and after irradiation. Irradiation by helium and argon affects peak location, peak intensity, FWHM, and spacing of planes, which shows that the crystalline structure of tungsten is affected by irradiation.Characteristics of ion beam of the plasma focus device were calculated by the Lee code. The depth profiles of dpa/shot and ion concentration were calculated using the SRIM code. Using the Lee code, the average fluencies of helium and argon ion beams of the PF device were calculated about 7.9 ×1014 cm2 and 0.25 ×1014 cm2 per shot, respectively. SRIM revealed that the maximum DPA was about 1.7 and 0.17 and occur in the depth of 7 nm and 30 nm for argon and helium, respectively. Also, the maximum concentration occurs in the depth of 20 nm and 40 nm for argon and helium, respectively.