Az ECR program,

Átírás

1 Az ECR program, Biri Sándor Atomki, Részecskegyorsító Centrum

2 Tényleg 20 évesek vagyunk? Beszélgetések, tervek: már a 80-as évek végétől Előadások, tanulmányok: Első plazma Első nyaláb Első nagytöltésű nyaláb Első mérés Első cikk DE: a Szerződés: 1992 november!

3 Tényleg 20 évesek vagyunk? Beszélgetések, tervek: már a 80-as évek végétől Előadások, tanulmányok: Első plazma Első nyaláb Első nagytöltésű nyaláb Első mérés Első cikk DE: a Szerződés: 1992 november!

4

5 20 év = 4*5 év : tervezés, gyártás, vásárlás, megépítés, plazma : nyalábfejlesztés, kutatások elindulnak : kutatások: elsősorban plazmadiagnosztika : kutatások nyalábbal, tudomány népszerűsítés, gyorsítóközpont Elsősorban a laborban elért eredményekről lesz szó A nemzetközi együttműködésekben, de máshol elért eredményekre nincs idő Jellemző publikációk bemutatása

6 Az első 5 év ( ) AZ ECR IONFORRÁS: NAGYTÖLTÉSŰ IONOK ELŐÁLLÍTÁSÁRA SZOLGÁLÓ BERENDEZÉS. A PERIÓDUSOS RENDSZER ELEMEINEK TÖBBSÉGÉBŐL KÉPES TETSZŐLEGESEN IONIZÁLT PLAZMÁT ÉS IONNYALÁBOT ELŐÁLLÍTANI. MIND A PLAZMA, MIND A NYALÁB SZÉLES KÖRBEN ALKALMAZHATÓK KUTATÁSI ÉS GYAKORLATI CÉLOKRA. 1. A BEJUTTATOTT ATOMOKBÓL MIKROHULLÁMMAL FELGYORSÍTOTT ELEKTRONOK IONOKAT HOZNAK LÉTRE. 2. A MÁGNESES TÉRBEN AZ IONOK ÉS ELEKTRONOK CSAPDÁBA ESNEK. A CSAPDÁZOTT IONOK ÉS ELEKTRONOK EGYMÁSSAL ÜTKÖZNEK EGYRE NAGYOBB TÖLTÉSŰ IONOKAT LÉTREHOZVA, MELYEKET KIVONHATUNK ÉS CÉLTÁRGYRA VEZETHETÜNK.

7 Alapegyenletek: f = e m B Q log B Q log f 3 Q P 1/3 I Q f 2 E = Q U f: frekvencia, e: elektron töltés, m: elektron tömeg, B: mágneses térerősség, I: ionáram, Q: lefosztás mértéke, P: mikrohullám teljesítménye, E: nyalábenergia, U: kivonófeszültség

8 f = e m B Q log B Q log f 3 Q P 1/3 I Q f 2 E = Q U f: frekvencia, e: elektron töltés, m: elektron tömeg, B: mágneses térerősség, I: ionáram, q: lefosztás mértéke, P: mikrohullám teljesítménye, E: nyalábenergia, U: kivonófeszültség A tervezés logikája: Pénz Mikrohullám forrás (f, P) Plazmakamra mérete D 2 = λ = c f Mágnesek belső mérete Pénz Mágnesek anyaga, külső mérete, tápegységei (B) Q: lefosztás (plazma) Pénz Kivonó rendszer, nagyfeszültség (U) Nyalábenergia (E)

9 Az első 5 év ( )

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19 Néhány közlemény az első 5 évből A legelső: Biri S., Pálinkás J., Valek A.: Heavy ion facility in ATOMKI. Proc. 13th International Conference, Vancouver, Cyclotrons and Their Applications. Biri S., Vámosi J., Valek A., Kormány Z., Takács E., Pálinkás J. : The new ECR ion source of the ATOMKI: A tool to generate highly charged heavy ion plasma and beam. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 124 (1997)

20 20 év = 4*5 év : tervezés, gyártás, vásárlás, megépítés, plazma : nyalábfejlesztés, kutatások elindulnak : kutatások: elsősorban plazmadiagnosztika : kutatások nyalábbal, tudomány népszerűsítés, gyorsítóközpont

21 A második 5 év ( ) A nyalábfejlesztés évei Célok: Nyalábintenzitás növelése A lefosztottság növelése Az ionválaszték kiszélesítése PC-vezérlés (Windows-95, P1 alaplap)

22

23

24 Egy érdekes téma: kutatások fullerénekkel (C 60 ) Célok: Plazma előállítás ebből az egzotikus anyagból Fullerén ionnyalábok (nn=60, Q=1, 2, 3, ) Felületmódosítás fullerénekkel Endohedrális fullerének (X@C 60 ), X=N, Ar, Xe, H 2, Fe, : Atomki-BME együttműködés (N@C 60 ) : Atomki-DE (Fizika, Fogpótlástan), Ti+C : folytatás Japánban (Fe@C 60 )

25 Eredmények Atomki-ECRIS = fullerén-ionforrás is Világrekord C60 nyalábáram (600 na) 2005-ben Második hely 2008-ban (japán együttműködés) Titán implantátumok bevonása: biztató első eredmények

26 Szénketrecbe zárt atomok Atomki, 2001: előállítás plazmában és szilárd anyagban Toyo University, 2012: ECR20_PJ60, 2012 bizonyítékok szeptember 10.

27 Jellemző közlemények a második 5 évből ( ) Biri S., Vámosi J., Kormány Z., Pálinkás J. : The first multiply charged heavy ion beams from the new 14.5 GHz ATOMKI-ECRIS. Proc. 13th International Workshop on ECRIS. College Station, TX, USA, Febr.,1997. Biri S., Valek A., Kenéz L., Jánossy A., Kitagawa A. : Production of multiply charged fullerene and carbon cluster beams by a 14.5 GHz ECR ion source. Review of Scientific Instruments 73 (2002)2:

28 20 év = 4*5 év : tervezés, gyártás, vásárlás, megépítés, plazma : nyalábfejlesztés, kutatások elindulnak : kutatások: elsősorban plazmadiagnosztika : kutatások nyalábbal, tudomány népszerűsítés, gyorsítóközpont

29 Az ECR-plazma vizsgálata különböző módszerekkel Electrosztatikus (Langmuir) szondák Normál, dupla, emissziós típusok, stb. Plasmasűrűség, plazmapotenciál Technikai nehézségek Helyi információt ad. Az elektromágneses sugárzás tanulmányozása Tartományok: infravörös, látható, ultraibolya, röntgen Kép-technikák (fotók) Spektrum analízis Integrált axiális információt ad Számítógépes szimuláció Különböző módszerek Látványos grafikus eredmények A kezdeti feltételek problémája Értékelés: összehasonlítás a kísérletekkel Kenéz Lajos: Az ECR-plazma vizsgálata elektrosztatikus szondákkal Takács Endre: ECR röntgendiagnosztika TrapCAD

30

31

32 TrapCAD: felhő elektronból

33 Jellemző közlemények a harmadik 5 évből Kenéz L., Biri S., Karácsony J., Valek A. : Langmuir probe data analysis including the multi-component multiply charged nature of electron cyclotron resonance ion source plasma. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 187 (2002) Biri S., Valek A., Suta T., Takács E., Szabó Cs. I., Hudson L. T., Radics B., Imrek J., Juhász B., Pálinkás J. : Imaging of ECR plasmas with a pinhole x-ray camera. Review of Scientific Instruments 75 (2004)5:

34 20 év = 4*5 év : tervezés, gyártás, vásárlás, megépítés, plazma : nyalábfejlesztés, kutatások elindulnak : kutatások: elsősorban plazmadiagnosztika : kutatások nyalábbal, tudomány népszerűsítés, gyorsítóközpont

35 2008 október

36 2008 november

37 2008 december

38 Vendégek, látogatók

39

40

41 Nyitás a tudományos ismeretterjesztés felé Delta, 2009 Elemi álom, 2010 Élő fizika, 2011 Természet Világa különszám, 2012

42

43

44

45 Egy különleges téma: Plazmafotók tanulmányozása Ezek a fotók: szépek nemcsak szépek, de érdekesek is nemcsak érdekesek, de még tudományos információt is rejtenek! Publikálás nagyon különböző helyeken: Delta, Elemi álom Természet Világa Review of Scientific Instruments Plasma Sources Science and Technology Részletek: Rácz Richárd előadása

46

47 Atomfizika nagytöltésű ionokkal Az ECR ionforrás most: részecskegyorsító Kihívások: nagyon alacsony energiák (1-10 kev) nagyon vékony nyaláb (D=0.5 mm) transzportálása

48

49 Juhász Zoltán előadása

50 Alkalmazások: anyagok felületének (belsejének) módosítása ionokkal Az ECR Ionforrás itt is: részecskegyorsító Besugárzás ionokkal: félvezetők, szigetelők, implantátum alapanyagok) Kökényesi Sándor előadása A besugárzások egy része rutin művelet (neon, argon, xenon nyalábok) Kihívás: különleges ionok is kellenek: Fullerén Arany Kalcium Vas Szilícium Szilárd anyagokból plazma, majd nyaláb: új technikák bevezetése vált szükségessé (párologtatás, kemence, porlasztás, )

51

52 2009-től : Részecskegyorsító Centrum 2010 : SKI (Stratégiai Kutatási Infrastruktúra) 2013? : MERIL (Mapping of the European Research Infrastructure Landscape)

53 Új vezérlő rendszer (2012-) Régi vezérlő rendszer ( )

54 Néhány közlemény a negyedik 5 évből Pálinkás J., Takács E., Kökényesi S., Biri S., Szitási G., Iván I., Fekete É., Hudson L. T.: Heavy ion plasmas and highly charged beams. Acta Physica Debrecina 41 (2007)71-83 Juhász Z., Sulik B., Rácz R., Biri S., Bereczky R. J., Tôkési K., Kövér Á., Pálinkás J., Stolterfoht N. : Ion guiding accompanied by formation of neutrals in polyethylene terephthalate polymer nanocapillaries: Further insight into a self-organizing process. Physical Review A 82 (2010)6:2903(7) Rácz R., Biri S., Pálinkás J. : ECR plasma photographs as a plasma diagnostic. Plasma Sources Science and Technology 20 (2011)2:5002(7) Biri S., Rácz R., Pálinkás J. : Status and special features of the Atomki ECR ion source. Review of Scientific Instruments 83 (2012)02:341(3)

55 Magyar társszerzők az ECR Laboratóriumból publikált tudományos közleményekben Berényi Dénes Pálinkás József Biri Sándor Vámosi János Valek Aladár Kormány Zoltán Szűcs István Takács Endre Koncz Csaba Suta Tibor Veibel Erika Szegedi Sándor Raics Péter Ditrói Ferenc Kenéz Lajos Szabó Csilla Jánossy András Karácsony János Demeter Mátyás Radics Bálint Imrek József Juhász Bertalan Kökényesi Sándor Iván István Fekete Éva Mátéfi-Tempfli István Mátéfi-Tempfli Mária Juhász Zoltán Gáll Ferenc Sulik Béla Víkor György Gál István Derzsi Aranka Takáts Viktor Szabó István Szitási Géza Tőkési Károly Hegedűs Csaba Jenei Attila Bereczky Réka Kövér Ákos Lécz Zsolt Rácz Richárd Kovács Sándor Herczku Péter Rajta István Gál Gabriella Szilasi Szabolcs

56 Belföldi és külföldi együttműködő intézetek, közös publikációval Debreceni Egyetem Budapesti Műszaki Egyetem Frankfurt University (Germany) Univ. Cath. Louvain (Belgium) NIRS (Japan) RIKEN (Japan) University of Jyvaskyla (Finland) PSI (Switzerland) CEA-Grenoble (France) NIST (USA) Babes-Bolyai University (Romania) GANIL (France) KVI (The Netherland) Toyo University (Japan) Helmholtz-Zentrum Berlin (Germany)

57 Köszönöm a figyelmet és