Пучки ионов

Ускорители пучка ионов применяются в двух широких областях: методы анализа для определения элементного и изотопного состава и определения структурного состояния материалов и модификация их свойств.

Некоторые аналитические методы с помощью ионных пучков основаны на стимуляции испускания излучения из образца/пробы, например, метод МПРИ (индуцированное протонами рентгеновское излучение) и МЯР (анализ методом ядерных реакций), которые с высокой чувствительностью определяют химический и изотопный состав материалов. В других методах применяется рассеяние и отдача ионов от образца/пробы для характеризации химического и структурного состава материалов для получения профилей концентрации элементов по глубине.

Методы анализа могут использоваться для:

• определения происхождения загрязнителей, таких, как мелкодисперсные аэрозоли в воздухе и частицы отложений, переносимые водой;
• определения характеристик загрязнителей в пище;
• визуализации отдельных биологических клеток;
• определения распределения микроэлементов в тканях и механизмов заболеваний.

Методы ионных пучков могут также использоваться для анализа предметов культурного наследия неразрушающим способом. Изучение состава чернильных тушей, красок и глазури на керамических изделиях и стекле помогает определить страну происхождения предметов искусства или археологических артефактов. Этот метод также позволяет отличить подлинные предметы от подделок; были ли они каким-либо образом изменены в прошлом; какие механизмы коррозии и деградации повлияли на предметы; и как их можно сохранить.

В области модификации свойств материалов ионные пучки могут применяться в:

• нанотехнологии, например, для создания структур, полученных с помощью нанопроизводства;
• полупроводниковых и электронных устройствах, например, путем ионной имплантации;
• модификации ДНК, например, в мутагенной селекции растений.

Они также полезны для проведения фундаментальных исследований в области взаимодействия излучения и материалов. Во многих концептуальных проектах усовершенствованных реакторов предусматривается образование мощных потоков нейтронов с энергиями гораздо выше энергий в нынешнем поколении реакторов. Эти потоки быстрых нейтронов наносят огромный ущерб из-за сильного повреждения внутриреакторных материалов, таких, как оболочки твэлов. Газы, образующиеся в результате ядерных реакций, могут усиливать распухание оболочек твэлов. Энергетические ионные пучки могут использоваться для ускорения темпов повреждения таких материалов до скоростей, значительно превосходящих те, которые достижимы в испытательных материаловедческих реакторах. А при одновременном наведении еще двух пучков ионов в материале могут образовываться газообразные водород и гелий. Поэтому все основные вызывающие повреждения процессы, которые происходят в реакторе, можно имитировать с помощью ионных пучков, обеспечивая тем самым экспресс-скрининг при выборе возможных подходящих материалов.

С перечнем существующих в мире ускорителей пучка ионов можно ознакомиться на сайте МАГАТЭ Портал знаний об ускорителях.