MIC - Mikroanalitski center

Dejavnosti

Na ionskem pospeševalniku »Tandetron« potekajo raziskave s pospešenimi ionskimi žarki, ki zajemajo analizne metode (angl. Ion Beam Analysis, IBA) in metode za preoblikovanje materialov z visokoenergijskimi ionskimi žarki.

Analizne metode, ki jih z razpoložljivo opremo izvajamo na Mikroanalitskem centru:

  • Delčno vzbujena emisija rentgenskih žarkov (Particle Induced X-ray Emmission,PIXE),
  • Rutherfordova spektroskopija povratno sipanih ionov (angl. Rutherford Backscattering Spectroscopy, RBS),
  • Analiza z jedrskimi reakcijami (angl. Nuclear Reaction Analysis, NRA)
  • Spektroskopija elastično odrinjenih ionov (Elastic Recoil Detection Analysis, ERDA),
  • Masna spektroskopija sekundarnih ionov z MeV primarnim ionskim žarkom (Secondary Ion Mass Spectroscopy with MeV primary ions, MeV-SIMS),
  • Ionska Transmisivna Mikroskopija (Scanning Transmission Ion Microscopy, STIM),
  • Visokoločljivostna rentgenska spektroskopija z Johanssonovim spektrometrom z valovnodolžinsko disperzijo (High Energy Resolution X-ray Spectrometry with Wavelength dispersion).
  • Protonsko vzbujena emisija žarkov gama (Proton-induced Gamma Emmission, PIGE).

Aplikacije:             

  • Na žarkovnih linijah lahko izvajamo ionsko implantacijo visokoenergijskih ionov v izbrane materiale. Ker niz treh ionskih virov omogoča tvorbo poljubnega iona iz periodnega sistema elementov, lahko uporabnikom implantiramo širok spekter ionov in energij med 100 keV in 12 MeV.     

Ionski izvori

Zmogljivost tandemskega pospeševalnika v veliki meri določajo ionski izvori, v katerih oblikujemo nizkoenergijski žarek negativnih ionov in ga usmerimo v pospeševalno cev. Ljubljanski Tandetron je v primerjavi s podobnimi instalacijami v Evropi še posebej zmogljiv, saj poleg dveh standardnih ionskih izvorov (odprševalni izvor  in duoplazmatron) uporablja še izredno svetel vir negativnih vodikovih ionov z mednarodno uveljavljenim imenom multicusp. Tako v odprševalnem izvoru oblikujemo žarke ionov iz celega periodnega sistema elementov, v duoplazmatronu žarke ionov ³He in ⁴He, v izvoru multicusp pa zelo svetle in močne žarke negativnih vodikovih ionov. V tandemskem pospeševalniku negativne ione pospešimo in z njih “olupimo“ elektrone, tako da na izhodu izdelamo žarke pozitivno nabitih ionov z energijami v območju MeV (megaelektron voltov).

Na sliki spodaj: izvor multicusp (levo), odprševalni izvor in duoplazmatron (v skupnem ohišju v sredini)

MIC_izvori_vsi

Na sliki spodaj: duplazmatron, za žarke ³He /⁴He

Mic_izvor_skupna

Ionski izvor multicusp omogoča oblikovanje ionskega žarka negativnih vodikovih ionov z zelo veliko svetlostjo. Visoka svetlost žarka je odločilna pri oblikovanju visokoenergijskega fokusiranega protonskega žarka, s katerim izvajamo spektroskopijo mikro-PIXE. Z instalacijo ionskega izvira “multicusp” je na Ljubljanskem tandemskem pospeševalniku pričel obratovati visokoenergijski fokusiran protonski žarek z največjo svetlostjo na svetu.

Spodaj nekaj fotografij multicusp izvora med servisiranjem ter v obratovanju (kliknite za povečavo)

MIC_izvor_3 MIC_izvor_4 MIC_izvor_5 MIC_izvor_6 MIC_izvor_7

 

 

Žarkovne linije

Na žarkovni liniji z zunanjim žarkom izvajamo meritve z metodo PIXE v zraku na objektih, ki jih ni mogoče vstaviti v vakuum, npr. umetniška platna iz Narodne galerije, pri katerih pred postopki restavriranja določimo tipe originalnih pigmentov.

_DSC6338_exe

Na ionskem mikrožarku izvajamo metode PIXE, RBS, NRA, STIM in MeV-SIMS s fokusiranim žarkom, ki ga v obliki rastra premikamo po izbranem delu vzorca. Žarek s kvadrupolnimi lečami zberemo v premer 700 nanometrov, in s tako lateralno ločljivostjo izmerimo elementne ali molekularne porazdelitve v vzorcu. Po obsegu meritev zelo izstopajo meritve na bioloških in medicinskih vzorcih.

_DSC6450_exe

Na žarkovni liniji ERDA/RBS, ki nosi tudi naziv INSIBA (angl. In situ Ion Beam Analysis) merimo statične in dinamične lastnosti materialov, npr. vsebnost ali dinamiko difuzije devterija v kovinah z metodo NRA, pri kateri vzorec obstreljujemo z ionskimi žarki ³He. Raziskave so zelo pomembne za področje fuzije, zato organizacija EUROFUSION sofinancira nabavo zelo dragega plina ³He.

_DSC6393_exe

Na merilni postaji PIXE jedrski astrofiziki preučujejo jedrske reakcije, ki so bile ključne v procesu nukleosinteze po velikem poku, in jedrske reakcije, ki potekajo v notranjosti zvezd. Pri tem uporabljajo kombinacijo lahkih primarnih ionov (¹H, ³He , ⁴He, ⁶Li, ⁷Li...) iz ionskega pospeševalnika, in lahkih tarčnih jeder.

_DSC6389_exe

Na žarkovni liniji z visokoločljivostno rentgensko spektrometrijo je mogoče določati kemijska stanja elementov s pomočjo meritve rentgenske emisije z visoko energijsko ločljivostjo. S to metodo med drugim preučujemo kemijske procese med obratovanjem baterij in situ v sodelovanju s Kemijskim institutom, in izpopolnjujemo baze ionizacijskih presekov za spektrometer APXS na roverju »Curiosity« na Marsu v sodelovanju z Univerzo v Guelphu, Kanada.

_DSC6408_exe

Urnik pospeševalnika

Tandemski ionski pospeševalnik “Tandetron“ je srce Infrastrukturnega raziskovalnega centra “Mikroanalitski center“ (MIC), ki deluje v okviru Infrastrukturnega programa Instituta Jožef Stefan.

Tandetron je edini raziskovalni pospeševalnik v državi. Pospeševanje ionov poteka elektrostatsko v istosmernem električnem polju, za katerega poskrbi usmernik z napetostjo do 2 MV (dva miljona voltov). Pospeševalnik sodi med tehnološko najbolj dognane elektrostatske pospeševalnike, saj visoko napetost ustvarjamo v usmerniku brez mehansko premikajočih se delov s polprevodniškimi diodami. Usmernik je zelo stabilen, saj je pri izhodni napetosti 2 miljona voltov napetostna nestabilnost le približno 100 V.

MIC Sicris

tandetron_tloris

Grafika zgoraj: Tlorisni prikaz ionskega pospeševalnika Instituta "Jožef Stefan" s tremi ionskimi izvori (duoplazmatron, odpraševalni izvor in najsodobnejši ionski izvor multicusp) in štirimi žarkovnimi linijami.

 

_DSC6440_exe