Анотація до роботи:

Єфімов В.П. Формування пучків позитронів, поляризованих і неполяризованих електронів для ядерно-фізичних досліджень та модифікації властивостей матеріалів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.04.20. – фізика пучків заряджених частинок. – Національний науковий центр "Харківський фізико-технічний інститут", Харків, 2002.

Дисертація присвячена проблемі створення універсального інжекторного комплексу для прискорювача ЛПЕ-2000 з пучками позитронів, поляризованих і неполяризованих електронів та застосування їх у фізиці високих енергій і радіаційних технологіях.

Утворення нових додаткових пучків в інжекторній частині прискорювача пов’язане зі зміною традиційних технологій формування пучка неполяризованих електронів, розміщенням устаткування джерел та їхніх систем керування.

Досліджено технологічні процеси генерації, формування та прискорення пучків позитронів, розроблено нові методи утворення пучків поляризованих електронів з високою ефективною інтенсивністю. Встановлено, що за технологічними параметрами, часовими та експлуатаційними характеристиками найбільш доцільним є джерело поляризованих електронів (ДПЕ) на основі ударної іонізіції атомів водню з електронною поляризацією. Це джерело має більший струм пучка при ступені поляризації близькій до 100% і не має принципових обмежень на тривалість безперервної роботи. При встановленні допоміжного (дублюючого) ДПЕ на основі фотоемісії із кристалів GaAsP з обмеженим терміном роботи, але з безперервно змінюваним реверсом поляризації, прискорювач може працювати тривалий час з поляризованими частинками, що дозволяє дослідити процеси з малим перетином фотонародження елементарних частинок на циркулярно-поляризованих фотонах.

Проаналізовано технологічні процеси формування пучків поляризованих атомів водню з НВЧ-дисоціацією і створення щільної водневої НВЧ-плазми для синтезу полікристалічних алмазних покриттів напівпровідникових матеріалів.

Досліджено радіаційні процеси аморфно-стимульованої аморфізації в об'ємній монокристалічній кремнієвій матриці для формування інтерфейс структур в Si-фотоперетворювачах сонячного випромінювання в електричну енергію.

У дисертації вирішена задача по створенню методів та обладнання для формування інтенсивних пучків позитронів, поляризованих та неполяризованих електронів в лінійних резонансних прискорювачах електронів і для радіаційно-плазмових технологій.

Проведено теоретичні та експериментальні дослідження по вдосконаленню способів генерації позитронів, одержання поляризованих і неполяризованих електронів для створення багатопучкового інжектора прискорювача ЛПЕ-2000 ННЦ ХФТІ та використання прискорених пучків і радіаційних технологій для вирішення фундаментальних і прикладних задач.

Основні результати та висновки дисертаційної роботи:

1. Створена система одержання інтенсивного пучка позитронів з енергією до 200 МеВ. Створені пристрої для фокусування пучка електронів на конвертор з енергією 150200 МеВ і соленоїдальна магнітна система з напруженістю поля від 12 кГс до 2,5 кГс на довжині ~ 7,63 м, які забезпечують виконання умов для генерації позитронів і трансформації фазового об’єму пучка на вихід позитронного джерела.

2. У результаті розробки фазообертача великої прохідної НВЧ-потужності та установлення його в лінію збудження клістронів переведення прискорювача з електронного в позитронний режим здійснюється практично без втрати пучкового часу.

3. Внаслідок часткової реконструкції позитронної системи створено канал транспортування позитронів на вихід ЛПЕ-2000 і отримано пучок з коефіцієнтом конверсії електронів в позитрони 2^.10^-4 та інтенсивністю 1^.10^-8 А, що задовольняє вимоги фізичних експериментів по дослідженню взаємодії високоенергетичних позитронів з монокристалами.

4. Розроблено метод ударної іонізації поляризованих атомів водню пучком неполяризованих електронів. Теоретично обгрунтована та експериментально перевірена можливість створення джерела поляризованих електронів для прискорювача ЛПЕ-2000 методом витягування поляризованих електронів з плазмового катода, утвореного при іонізації атомів водню з електронною поляризацією. Ступінь поляризації вільних електронів наближається до електронної поляризації атомів водню, одержаних методом Штерна-Герлаха, і може досягати ~ 100%, що дає змогу при їх прискоренні до високих енергій одержати пучок гамма-квантів з циркулярною поляризацією для ядерно-фізичних досліджень.

5. Розроблена технологія створення джерела поляризованих електронів методом ударної іонізації, яка забезпечує одержання струму пучка електронів в сотні міліамперів з поляризацією ~ 100%. Джерело може функціонувати в умовах вакууму ~ 1^.10^-7 Торр, що є недосяжним для джерел з GaAsP-катодами, які використовуються в провідних науково-дослідних центрах. Таким чином, дана технологія дозволяє отримати пучок поляризованих електронів в умовах вакууму ~ 1^.10^-7 Торр, характерного для систем "теплих" прискорювачів.

6. Досліджено процеси дисоціації в суцільнометалевому НВЧ-резонаторі та пригнічення поверхневої рекомбінації атомів водню за рахунок інжекції повільних електронів в електричне поле резонатора. Даний спосіб, що не має аналогів в практиці, дозволяє створювати джерела пучків атомів з високою інтенсивністю та збільшеним ресурсом їхньої роботи.

7. Розроблено датчики потоків атомів водню з максимальною чутливістю ~ 10⁶ атомів за секунду, які базуються на вимірюванні енергії, що виділяється при їхній рекомбінації.

8. Розроблено методи аморфно-кристалічних перетворень і воднево-стимульованої аморфізації в об’ємній монокристалічній матриці на велику глибину з радіаційною обробкою кремнієвих матеріалів електронами з енергією 10 МеВ в воднево-гелієвій плазмі. Ці методи дають змогу сформувати внутрішні електростатичні поля для керування потоками носіїв заряду в об’ємі напівпровідника.

9. Розроблена технологія об’ємного легування кремнієвого напівпровідника за рахунок ядерної трансмутації Si пучком гамма-квантів з енергією ~ 30 МеВ, що дає змогу відновити акцепторну провідність в гідрогенованому кремнієвому напівпровіднику.

10. Досліджені умови формування щільної водневої НВЧ-плазми в резонаторі з Е₀₁₁–типом коливань на частоті 2450 МГц для синтезу алмазних покриттів без вмісту домішок для виробництва напівпровідникових матеріалів.

11. Запропоновані аморфно-кристалічні інтерфейс структури та захисне алмазне покриття в Si-фотоелементах дозволяють забезпечити високу ефективність і довготривалу працездатність фотоелементів сонячних батарей протягом експлуатації в екстремальних умовах Землі й космічного простору.

Публікації автора:

1. Гришаєв І.О., Єфімов В.П., Касілов В.І., Фісун А.М. Вихід позитронів з товстих мішеней // УФЖ. -1968. -Т.13, №11. - С.1926-1928.

2. Гришаев И.А., Ефимов В.П., Касилов В.И., Коваленко Г.Д., Мороховский В.Л. О некоторых особенностях взаимодействия электронов и позитронов высоких энергий с кристаллами // УФЖ. -1971. -Т.16, №9. -С.1548-1550.

3. Гришаєв І.О., Єфімов В.П., Касілов В.І., Нога В.І., Ранюк Ю.М., Сорокін П.В., Фісун А.М. Дезинтеграція важких ядер електронами і позитронами // УФЖ .- 969. - Т.14, №11. - С.1818-1820.

4. Ефимов В.П., Закутин В.В., Шендерович А.М. Некоторые новые возможности получения пучка поляризованных электронов // ЖТФ. -1992. -Т.62, №11. - С.127-137.

5. Агранович В.Л., Гетьман В.А., Ефимов В.П., Карнаухов И.М., Кузьменко В.С., Семисалов И.Л. Спектрометр со скрещенными электрическим и магнитным полями для изменения направления вектора поляризации пучка электронов // ПТЭ. -1983. -№5. -С.13-15.

6. Агранович В.Л., Белоглазов В.И., Ефимов В.П., Кузьменко В.С. Система управления ловушкой источника поляризованных электронов // ПТЭ. -1985. -№3. -С.25-27.

7. Yefimov V.P., Strelnitski V.Ye., Yefimov S.V. Interface Structures, Diamond Coatings and Their Application // Telecommunications and Radio Engineering. -2001. -Vol.55(4). -P.84-93.

8. Довбня А.Н., Ефимов В.П., Ефимов С.В. Применение пучковых технологий в разработке фотоэлементов солнечных батарей космических объектов // ВАНТ. -Сер.: Ядерно-физические исследования (теория и эксперимент). -Харьков. -1997. - Вып.1(28). - С.58-64.

9. Dovbnya A.N., Yefimov V.P., Yefimov S.V. Radiation transformation of photovoltage materials structure // ВАНТ. -Сер.: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. -Харьков. -1999. -Вып.№1(73), 2(74). -С.143-147.

10. Dovbnya A.N., Yefimov V.P., Dyomin V.S. Radiative Process of Amorphization and Hydrogenation in Monocrystalline Silicon // ВАНТ. -Сер.: Ядерно-физические исследования. -Харьков. -2001. - Вып.5(39). -С.214-216.

11. Довбня А.Н., Ефимов В.П., Ефимов С.В., Красноголовец М.А. Формирование структуры монокристаллических Si-гетерофотоэлементов пучковыми технологиями // ВАНТ. -Сер.: Ядерно-физические исследования .-Харьков. -1997. - Вып.4,5(31,32). -С.193-195.

12. Довбня А.Н., Ефимов В.П., Ефимов С.В. Радиационное преобразование структуры фотовольтаических материалов // ВАНТ. -Сер.: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. -Харьков. -1998. -T.2. -Вып.№1(67), 2(68). -С.148-149.

13. Dovbnya A.N., Yefimov V.P., Yefimov S.V., Sleptsov A.N. Photoconverters with Hetero-interface Structure Powerful Electrical Systems // ВАНТ. -Сер.: Ядерно-физические исследования.-Харьков.-1999.-Вып.3(34). -С.113-114.

14. Пат. 15566 Україна, МКВ Н05Н7/00. Пристрій для отримання пучка поляризованих електронів: Пат. 15566 Україна, МКВ Н05Н7/00/ В.П. Єфімов, В.В. Закутін, В.П. Ромасько, О.М. Шендерович (Україна); ННЦ ХФТІ. - 96240271; Заявл. 29.10.93; Опубл. 30.06.97; Бюл.№3. -1с.

15. Способ получения атомарного пучка водорода: А.С. 1688468 СССР, МКИ Н05Н3/00/ В.И. Белоглазов, В.П. Ефимов, Л.Н. Сдобнова, А.М. Шендерович, Б.В. Якимов (СССР).-№4624381/21; Заявл. 26.12.88; Опубл. 30.10.91, Бюл.№40. -1с.

16. Пат. 19793 Україна, МКВ G01N15/02. Пристрій для вимірювання інтенсивності потоку атомів газу у вакуумі: Пат. 19793 Україна, МКВ G01N15/02/ В.П. Єфімов, О.М. Шендерович (Україна); ННЦ ХФТІ. -96240267; Заявл. 29.10.93; Опубл. 25.12.97; Бюл.№6. -1с.

17. Пат. 2069938 Р.Ф., МКИ Н05Н7/00. Устройство для получения пучка поляризованных электронов: Пат. 2069938 Р.Ф., МКИ Н05Н7/00/ В.П. Ефимов, В.В. Закутин, И.А. Ильичев, В.П. Ромасько, А.М. Шендерович (Україна); ННЦ ХФТИ. -4934047/25; Заявл. 06.05.91; Опубл. 27.11.96; Бюл.№33. -1с.

18. Способ получения пучка поляризованных электронов: А.С. 1709559 СССР, МКИ Н05Н6/00/ В.П. Ефимов, В.В. Закутин, В.Ф. Покас, В.П. Ромасько, А.М. Шендерович (СССР). - №4833336/21; Заявлено 01.06.90; Опубл. 30.01.92, Бюл.№4. -1с.

19. Способ получения импульсных пучков поляризованных электронов: А.С. 1564739 СССР, МКИ Н05Н7/00/ В.П. Ефимов, А.М. Шендерович (СССР). - №4275980/24-21; Заявлено 21.07.87; Опубл. 15.05.90, Бюл.№18. -1с.

20. Способ получения импульсных пучков поляризованных электронов: А.С. 1670825 СССР, МКИ Н05Н7/00/ В.П. Ефимов, В.В. Закутин, И.Е. Кулешов, А.М. Шендерович (СССР). - №4458942/21; Заявлено 12.07.88; Опубл. 15.08.91, Бюл.№30. -1с.

21. Способ получения импульсных пучков поляризованных электронов: А.С. 1566520 СССР, МКИ Н05Н6/00/ В.П. Ефимов, В.В. Закутин, А.М. Шендерович (СССР). - №4484526/24-21; Заявлено 20.09.88; Опубл. 23.05.90, Бюл.№19. -1с.

22. Способ получения импульсного пучка поляризованных электронов: А.С. 1624713 СССР, МКИ Н05Н7/02/ В.П. Ефимов, В.В. Закутин, А.М. Шендерович (СССР). - №4699658/21; Заявлено 05.06.89; Опубл. 30.01.91, Бюл.№4. -1с.

23. Ефимов В.П., Закутин В.В., Шендерович А.М. Получение пучка поляризованных электронов с поверхности диэлектрика // ВАНТ. -Сер.: Ядерно-физические исследования (теория и эксперимент). -Харьков. -1991. -Вып.3(21). -С.32-34.

24. Ефимов В.П., Закутин В.В., Покас В.Ф., Ромасько В.П., Шендерович А.М. Эксперименты по получению поляризованных электронов методом рассеяния // Труды XII-го Всесоюзного Совещания по ускорителям заряженных частиц.-Дубна.-1992.-Т.2.-С.76-79.

25. Ефимов В.П., Закутин В.В., Ильичов И.А., Ромасько В.П., Шендерович А.М. Получение пучка поляризованных электронов для линейного ускорителя методом ударной ионизации электронным пучком поляризованного водорода//ВАНТ.-Сер.:Ядерно-физические исследования (теория и эксперимент). -Харьков. -1991. -Вып.3(21). -С.30-31.

26. Ефимов В.П., Закутин В.В., Шендерович А.М., Ефимов С.В. Высокоинтенсивный источник поляризованных электронов // Труды XIV совещания по ускорителям заряженных частиц. -Протвино. - 1994. -Т.3. -С.91-96.

27. Dovbnya A.N., Yefimov V.P., Yefimov S.V. On the problem of creating solar single-crystal Si-heterophotocells by the g-transmutation method with hydrogenated neutralization of defects // First Polish-Ukrainian Symposium "New Photovoltaic Materials for Solar Cells". -E-MRS. -Krakow (Poland). - 1996. - P. 241-248.

28. Dovbnya A.N., Yefimov V.P., Yefimov S.V. The application of beams technologies in creation of photovoltaic materials for solar cells // European Conference on Accelerators in Applied Research and Technology. -Eindhoven (Netherlands). -1997. -P.154.

29. Vasil'ev V.V., Zaleskij D.Yu., Yefimov V.P., Kushnir V.A., Strelnitskij V.E. Investigation of the Gas-Dynamic Characteristics of a Microwave Plasma Torch for Diamond Coatings Synthesis // Proc. of 4-th International Symp. on Diamond Films and Related Materials. -Kharkov. -1999. -P.8-12.