Способ определения потока атомарного водорода

 

Изобретение относится к физической электронике, физике плазмы и физической химии и может быть использовано при исследованиях процессов взаимодействия атомов водорода с поверхностью материалов. Цель изобретения - повышение точности-достигается за счет снижения систематических ошибок, связанных с захватом приемной пластиной и отражением от нее атомов водорода. Поток атомов водорода направляют на приемную пластину, окруженную рефлектором, пластина и рефлектор изготовлены из металла с положительной энергией водорода и нагреты до 500...1300 К. Методом регистрации парциального давления в режиме динамической откачки вакуумной камеры измеряют поток J десорбирующихся молекул водорода в течение времени T, оцениваемом соотношением T≥DA(√1-*98H+√Α*98H)<SP POS="POST">2</SP>/(φКJδ<SP POS="POST">2</SP>), где D и K - зависящие от температуры коэффициенты диффузии водорода в материале пластины и рефлектора и рекомбинации атомов водорода в молекулы на их поверхности, A - сечение входящего пучка атомов, ν - коэффициент отражения первичного потока атомов от приемной пластины, α - отношение площади рефлектора, на которую падают кинетически отраженные от пластины атомы к сечению A, δ<SB POS="POST">о</SB> - заданная погрешность. При использовании никеля при 500 К при плотности потока атомов 10<SP POS="POST">14</SP> см<SP POS="POST">-2</SP> с<SP POS="POST">-1</SP> время измерений 13...130 с. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 05 Н 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4606313/21 (22) 14.10.88 (46) 15.12.90. Бюл. № 46 (71) Московский инженерно-физический институт (72) А. А. Писарев и В. Н. Цыплаков (53) 621.384 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 388236, 1975.

Авторское свидетельство СССР № 638033, 1978. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТОКА

АТОМАРНОГО ВОДОРОДА (57) Изобретение относится к физической электронике, физике плазмы и физической химии и может быть использовано при исследованиях процессов взаимодействия атомов водорода с поверхностью материалов.

Цель изобретения — повышение точности— достигается за счет снижения систематических ошибок, связанных с захватом приемной пластиной и отражением от нее атомов водорода. 1!оток атомов водорода направИзобретение относится к физической электронике, физике плазмы и физической химии и может быть использовано для определения потоков атомарного водорода в области энергий от тепловых и выше при исследованиях процессов взаимодействия атомов водорода с поверхностью материалов.

Цель изобретения — повышение точности путем учета долей адсорбированного, абсорбированного и отраженного пластиной потока водорода.

На чертеже приведена схема устройства для реализации предложенного способа.

В откачиваемой камере 1, сообщающейся с масс-спектрометром 2, расположена приемная пластина 3, окруженная рефлектором 4.,.Я0„„1614142 А 1

2 ляют на приемную пластину, окруженную рефлектором, пластина и рефлектор изготовлены из металла с положительной энергией водорода и нагреты до 500 — 1300 К.

Методом регистрации парциального давления в режиме динамической откачки вакуумной камеры измеряют поток J десорбирующихся молекул водорода в течение вр ени / оцениваемом соотношением t)DA(/1 — v+

+ nv) /(лКИ, ), где D и К вЂ” зависящие от температуры коэффициенты диффузии водорода в материале пластины и рефлектора и рекомбинации атомов водорода в молекулы на их поверхности; Л вЂ” сечение входящего пучка атомов; v — коэффициент отражения первичного потока атомов от приемной пластины; а — отношение площадч рефлектора, на которую падают кинетически отраженные от пластины атомы,к сечению А;

6p — заданная погрешность. При использовании никеля при 500 К при плотности потока атомов 10" см с время измерений

13 — 130 с. 1 ил.

Способ основан на регистрации скорости газовыделения молекул водорода при падении атомарного пучка водорода 5 на приемную пластину 3. Пластину 3 и рефлектор 4, изготовленные из металла с положительной энергией растворения водорода, нагревают до 400 — 1300 К. Часть падающего на пластину пучка атомарного водорода молизуется (переводится в газовую фазу), часть внедряется, а часть отражается. Отраженная часть атомов попадает на рефлектор 4 и молизуется. Через определенный интервал времени внедренные атомы десорбируются из материалов пластины и рефлектора в виде молекул водорода в вакуум, где в газовой фазе регистрируются с помощью масс-спектрометра 2. При этом поток обратного из

1614142 Формула изобретения (=!(1 — б) 3 материалов газовыделения (растет во времени и достигает значений, близких к падающему потоку 1 через время t, определяемое из соотношения:

t=DA(1 — к. + nv /(иК(бо)» где D,Ê вЂ” зависящие от температуры коэффициенты диффузии водорода в материале пластины и рефлектора и рекомбинации атомов водорода в молекулы на их поверхности;

А — сечение входящего пучка атомов

v — коэффициент отражения первичного потока атомов от приемной пластины; а — отношение площади рефлектора, на которую падают кинетически отраженные от приемной пластины атомы, к сечению А;

20 бо — погрешность измерения.

Соотношение для необходимого времени регистрации газовыделения t получено из условия примерного равенства потоков прямого и обратного газовыделения 25

Уровень температур выбран из условия, что при температурах ниже 400 К время выхода газовыделения на уровень (=( (время регистрации) становится недопустимо большим, а при температурах выше 1300К значительная часть газа десорбируется не в виде молекул, а в виде атомов.

Для измерения газового потока используется метод регистрации парциального давления в режиме динамической откачки ! вакуумной камеры, при этом величина газового потока пропорциональна изменению парциального давления водорода в камере.

Градуировку используемого измерителя парциального давления водорода производят, бомбардируя приемную пластину ионами водорода, условия газовыделения которых идентичны, а падающий поток частиц легко измеряют по электрическому току на приемную пластину.

При нагреве приемной пластины и рефлектора из никеля до 500 К значения коэффициентовйм10 6см2/с,К=10 9см4/с. При заданной погрешности измерения 5Я (б=

=0,05) ипотокеатомовплотностью10 4см с время измерения газовыделения составляет !

3 с при v=0 и 130 с при v=1,0, что согласуется с экспериментальными данными.

Повышение точности достигается за счет учета атомов водорода, захваченных приемной пластиной и отраженных от нее.

Способ определения потока атомарного водорода, включающий направление потока атомов водорода на приемную пластину, измерение потока десорбирующихся молекул и оценку потока атомарного водорода, отличаюи4ийся тем, что, с целью повышения точности, приемную пластину окружают рефлектором, в качестве материалов рефлектора и приемной пластины используют металл с положительной энергией растворения водорода, пластину и рефлектор нагревают до 400 — 1300К и измеряют поток десорбирующихся молекул водорода в течение времени (, которое выбирают из выражения

1) ВА() — v + -i/а )2/(лК(бц), где .0 — коэффициент диффузии водорода в материале пластины и рефлектора при температуре пластины, см/с;

А — площадь сечения потока атомов водорода, см ;

v — коэффициент отражения от пластины потока атомов водорода. а — отношение площади рефлектора, на которую могут попасть упругоотраженные от приемной пластины атомы водорода, к площади сечения потока атомов;

К вЂ” коэффициент рекомбинации растворенных атомов водорода в молекулу на поверхности пластины, см4/с (— поток десорбирующихся молекул водорода, см бр — относительная погрешность измерения.

1614142

Составитель В. Синявский

Редактор Л. Пчолинская Техред А. Кравчук Корректор Э. Лончакова

Заказ 3899 Тираж 662 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент» . Ужгород, ул. Гагарина, 101