Созданный 50 лет назад по инициативе и при активном участии профессора С.С. Васильева ускорительный комплекс (УК) тяжелых ионов НИИЯФ МГУ является основной экспериментальной базой проведения ионно-пучковых и ядерных исследований в отделе Физики атомного ядра. За прошедшее время комплекс развивался и совершенствовался, были модернизированы практически все основные ускорители НИИ. Можно утверждать, что в настоящее время УК НИИЯФ МГУ является уникальным, перекрывающим диапазон энергий от сотни эВ до 30 МэВ. Он востребован для решения задач ядерной физики низких и средних энергий, современного материаловедения, в том числе наноэлектроники и спинтроники, задач биологического и фармакологического направлений.
Лаборатория ускорительных установок (ЛУУ), как самостоятельное подразделение НИИЯФ МГУ, обеспечивает с 1995 г. работу четырех ускорителей заряженных частиц - 120-сантиметрового циклотрона Р-7, ускорителей электростатического генератора Ван-де-Граафа ЭГ-8 и AN2500, а также каскадного генератора КГ-500. Эти ускорители активно используются сотрудниками отделов НИИЯФ для проведения научно-исследовательских работ в области фундаментальной физики, в прикладных и смежных областях и при обучении студентов ядерного отделения физического факультета МГУ, др. факультетов МГУ и некоторых ВУЗ'ов.
За последние годы на базе КГ-500 и голландской установки TESA создан комплекс КГ-MEIS для исследования поверхности материалов, приповерхностных слоев и ультратонких многослойных структур. В 2007 г. комплекс КГ500-MEIS введен в действие [см. препринт НИИЯФ]. Как видно на рис. 1 комплекс располагается на трех уровнях, два из которых - на втором и первом этажах, относятся к ускорителю КГ - 500, а третий, в цокольном этаже, - к установке MEIS.
|
|
|
|
Рис. 1. Схема расположения комплекса КГ500-MEIS (а), внешний вид (б) и внутреннее устройство камеры MEIS (в). На фотографии (в) виден вращающийся тороидальный электростатический анализатор (ТЭСА) а) б) |
|
 |
 |
|
Рис. 2. Ионный имплантатор HV500: а) - высоковольтная часть, б) - ионопроводы пучка с экспериментальными камерами.
|
|
 |
 |
|
Рис. 3. Установка магнетронного напыления AJA. На заднем плане видны установки по термохимической обработке материалов. |
Рис. 4. В.С. Черныш рассказывает проректору МГУ, академику РАН А.Р. Хохлову принцип работы установки по ускорению нанокластерных ионов. |
Аббревиатура MEIS (Medium Energy Ions Scattering) обозначает методику анализа приповерхностных слоев материалов на основе спектрометрии рассеянных ионов средних энергий. Для этой методики чаще всего используются протоны, оптимальный диапазон энергий для которых лежит в интервале 100-200 кэВ. При этом спектральный анализ рассеянных протонов проводится с помощью тороидального электростатического анализатора (ТЭСА) радиусом 30 см, который выполняет функцию анализа энергии протонов с разрешением порядка 150 эВ. Регистрация рассеянных протонов осуществляется 2 микроканальными пластинами и двумерным позиционно-чувствительным анодом. Таким образом, помимо спектрального анализа протонов ТЭСА установка позволяет регистрировать угловое распределение частиц. Если использовать методики каналирования и эффекта теней, то можно определить не только атомный состав ближайших к поверхности слоев образца, но и кристаллическую структуру этих слоев.
Комплекс КГ500-MEIS предназначен для исследования поверхности образцов, структурного и композиционного анализа сверхтонких многослойных структур наноэлектроники и спинтроники.
В 2009 г. был введен в действие ионный имплантатор HV500 на энергию 500 кэВ, позволяющий ускорять и имплантировать в материалы ионы любой массы. На рис. 2 показана фотография высоковольтной части (а) и ионопроводы пучка (б) ионного имплантатора. Этот ускоритель позволит проводить работы по формированию, в том числе сугубо неравновесных p-n, переходов в полупроводниковых материалов, нанокластерных объектов с качественно новыми оптическими и электрофизическими свойствами оптоэлектроники и большому числу других важных направлений современных нанотехнологий.