Введение
ГЛАВА 1. Основные физические процессы и проблемы использования материалов в термоядерных установках 14
1. Введение. О выборе материалов для проекта ИТЭР и опасные факторы 14
1.1. О проекте ИТЭР и JT-60SA .14
1.2. Проблемы накопления трития в различных материалах и в пыли 17
1.3. Основные процессы взаимодействия плазмы с поверхностью 19
1.4. Основные физические проблемы при использовании вольфрама в ИТЭР 23
1.5. О положительном опыте работы токамака JT-60U с углеродными материалами для проекта ИТЭР 28
1.6. Переход к исследованиям углеводородных пленок CDx на токамаке Т-10 30
1.7. Об исследованиях гладких пленок из Т-10, предшествующих данной работе 31
1.8. Экспериментальные методы исследования пленок 37
1.9. Электронная структура пленок a-C:H(D) как модельных систем 39
1.9.1. Введение 39
1.9.2.Орбитали sp3 – sp2 – sp1 40
1.9.3. Кластерная модель пленок a-C:H .42
1.9.4. Дефектные и внутризонные состояния 45
1.9.5. О механизме образования пленок a-C:H .49
1.9.6. Разупорядоченная углеродная сетка. Практическое использование пленок a-C:H .50
ГЛАВА 2. Исследования поверхностных и объемных свойств пленок CDX с помощью фотолюминесценции, колебательной спектроскопии и ЭПР 52
2.1. Образцы углеродных пленок и термоядерные установки для их получения. 52
2.2. Исследование электронной структуры толстых пленок CDx с помощью фотолюминесцентной спектроскопии
2.2.1. Введение 56
2.2.2. Измерение фотолюминесценции пленок CDx 57
2.2.3. Оценка размера sp2- кластера из спектра возбуждения фотолюминесценции 65
2.2.4. Исследование спектров возбуждения люминесценции с использованием СИ .67
2.2.5. Основные выводы по фотолюминесценции толстых пленок CDx 69
2.3. ИК- спектроскопия углеводородных пленок 70
2.3.1. Введение 70
2.3.2. Колебательные моды толстых гладких пленок CDx 71
2.3.3. К вопросу о присутствии H2 (D2) и микропор в углеродных пленках 78
2.3.4. О возможности контроля за десорбцией дейтерия по растягивающим модам CD2,3 80
2.4. ИК-спектроскопия тонких пленок CDx на зеркалах 81
2.4.1. Введение. Исследуемые зеркала 81
2.4.2. Методика измерения. Образцы 83
2.4.3. Результаты измерения тонких пленок на зеркалах. Обсуждение 84
2.4.4. Различие ИК спектров обеих сторон толстой пленки CDx и связь с процессом формирования пленок в токамаке 89
2.4.5. Сравнение ИК спектров золотистых и темных пленок CDx 93
2.4.6. Проявление изотоп-эффекта в системах CH и СD .95
2.5. Спектры комбинационного рассеяния толстых пленок CDx 97
2.5.1. Введение .97
2.5.2. Спектры КР толстых темных пленок CDx и пленок a-C:H:D на зеркалах .100
2.5.3. Основные выводы по ИК- и КР- спектроскопии пленок из токамака и пленок a-C:H:D на зеркалах 104
2.6. ЭПР исследования толстых пленок CDx. 108
2.6.1. Введение. Получаемая информация из спектров ЭПР 108
2.6.2. Параметры ЭПР спектров .109
2.6.3. О проведении ЭПР измерений .111
2.6.4. Спектры ЭПР 100 Гс пленок CDx 113
2.6.5. Связь спектров ЭПР 100 Гc со структурой и оптическими свойствами пленок .114
3.9.1. Сравнение спектров ЭПР 100 Гс пленок CDx и пленок a-C:H .117
2.6.1. Спектры ЭПР 6000 Гс пленок CDx при комнатной температуре .118
2.6.2. О влиянии других парамагнитных примесей на спектр широкой линии .121
2.6.3. Спектры ЭПР 6000 Гс пленок CDx при 77 К .1 2.6.10. Спектры ЭПР 6000 Гс после прогрева до 370 оС. Суперпарамагнетизм 123
2.6.11. Основные выводы по спектрам ЭПР и корреляция с результатами по фотолюминесценции и рентгенофлуоресценции пленок .126
ГЛАВА 3. Исследование электронной структуры углеродных пленок из токамака т-10 и кспу с помощью рентгеновских методов и вольт-амперных характеристик 129
3.1. Введение. Микропримеси d-металлов 129
3.2. Рентгено-флуоресцентный анализ пленок CDx 129
3.3. О методах EXAFS и NEXAFS 130
3.4. Спектры EXAFS для Fe-K края микропримеси железа 132
3.5. Сравнение спектров EXAFS пленок CDx с литературой 134
3.6. Спектры NEXAFS C1s пленок CDx 136
3.7. Исследование дефектных состояний с помощью вольт-амперных характеристик (ВАХ) обеих сторон толстой пленки CDx
3.7.1. Измерение ВАХ 141
3.7.2. Распад зарядовых состояний для обеих сторон пленки
3.8. Основные выводы по исследованиям толстых пленок CDx с помощью рентгеновских методов РФА-СИ, EXAFS, NEXAFS и вольт-амперных характеристик .147
3.9. Обсуждение возможных причин эрозии стенок токамака по измерениям с помощью РФА-СИ, EXAFS и ВАХ 149
3.10. Исследование электронной структуры толстых пленок CDx с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии 151
3.10.1. Введение. Образцы и методика .151
3.10.2. Результаты измерений обзорных спектров РФЭС и обсуждение 153
3.10.3. О влиянии чистящего разряда низкотемпературной плазмы 156
3.10.4. Результаты измерений валентной зоны и оценка отношения H/C 158
3.10.5. Результаты измерений линий С1s, O1s и оценка sp2/sp3 .160
3.10.6. Выводы по РФЭС толстых пленок CDx. Возможная причина различия свойств обеих сторон толстой пленки CDx .164
3.11. РФЭС исследование электронной структуры тонких пленок, полученных в контролируемых плазменных условиях токамака Т-10 и на ускорителе КСПУ 165
3.11.1. Исследуемые образцы 165
3.11.2. Обзорные РФЭ спектры пленок и элементный состав 166
3.11.3. Исследование валентной зоны тонких пленок из токамака 168
3.11.4. Исследование валентной зоны пленок из КСПУ .170
3.11.5. Результаты рентгеновской оже- спектроскопии тонких пленок 171
3.11.6. Сравнение полученных величин Eg и sp2/sp3 с литературой по пленкам a-C:H 173
3.11.7. О состоянии углерода в тонких пленках по спектрам C1s 174
3.11.8. Состояние кислорода в тонких пленках из токамака по спектрам O1s .178
3.11.9. Обнаружение лития в тонких пленках из рабочих разрядов .179
3.11.10. Состояние кислорода в тонких пленках из ускорителя КСПУ 181
3.12. Основные выводы по РФЭС исследованиям тонких пленок из Т-10 и КСПУ 182
3.12.1. Основные отличия между тонкими гладкими пленками из токамака Т-10, полученными из рабочих и чистящих разрядов 182
3.12.2. Основные отличия между тонкими пленками Т-10 из рабочих разрядов со срывом и без срыва плазмы 184
3.12.3. Основные отличия электронной структуры тонких пленок из КСПУ .184
3.12.4. Общие выводы по электронной структуре тонких пленок 185
ГЛАВА 4. Исследование структуры толстых пленок CDX и адсорбционных состояний водорода 186
4.1. Введение .186
4.2. Рентгеноструктурный анализ толстых пленок CDx. 186
4.3. Малоугловое (SAXS) и высокоугловое (WAXS) рентгеновское рассеяние с использованием СИ .190
4.3.1. Анализ наклона кривой рассеяния 190
4.3.2. SAXS: Анализ кривой рассеяния с помощью графика q3I(q) и графика Кратки 194
4.3.3. SAXS: Моделирование кривой рассеяния с помощью универсальной функции рассеяния 198
4.3.4. Исследование толстых пленок CDx с помощью высокоуглового рентгеновского рассеяния и нейтронной дифракции 200
4.3.5. О причине отсутствия пика q = 9,55 нм–1 на кривой нейтронной дифракции 203
4.3.6. Cтруктурная модель толстой пленки CDx по полученным экспериментальным данным и модельным расчетам 204
4.3.7. Выводы по исследованию структуры толстых пленок CDx с помощью методов рентгеновской дифракции, упругого рентгеновского и нейтронного рассеяния 208
4.4. Исследование адсорбционных состояний изотопов водорода 211
4.4.1. Методика термодесорбционной Кнудсеновской масс-спектроскопии 211
4.4.2. Термогравиметрический анализ (ТГА) толстых пленок CDx 212
4.4.3. Измеренные спектры ТД изотопов водорода и обсуждение .214
4.4.4. Результаты ТДС и модели двух адсорбционных состояния для атомов H.(D)... 217
4.4.5. Модель резонансной термодесорбции для узкого пика 970 К 217
4.4.6. Модель прыжковой диффузии H(D) для широкой области около 750 К 219
4.4.7. Спектры ТД и условия формирования пленок CDх в токамаке Т-10 222
4.4.8. О возможном проявлении железного катализа в ТДС толстых пленок CDx 223
4.4.9. Наблюдение ТД углеводородов c M/z=1–50 при Т 450 К и 680 K
4.4.10. Обсуждение вопроса термодесорбции групп CxHy 228
4.4.11. Основные выводы по ТДС и ТГА толстых пленок CDx .229
Заключение 232
Литература .
