Details

Цель работы — исследование влияния осаждения и последующей плазменной очистки борсодержащих осаждений на состояние поверхности и отражательные свойства молибденовых первых зеркал. В работе рассмотрены условия эксплуатации первых зеркал в термоядерных установках типа токамак, механизмы деградации их отражающих свойств, а также существующие методы защиты и очистки поверхности. Проведён обзор физических процессов в низкотемпературной плазме высокочастотного ёмкостного разряда и механизмов ионно-плазменной очистки материалов. Во время работ на экспериментальной установке, позволяющей производить магнетронное осаждение материала и зажигать высокочастотный емкостной плазменный разряд выполнено исследование влияния расстояния между мишенью и образцом, давления рабочего газа и мощности разряда на скорость осаждения и равномерность распределения борных плёнок. Определены режимы, обеспечивающие получение плёнок заданной толщины при приемлемой однородности покрытия. Экспериментально исследован процесс удаления борсодержащих осаждений в аргоновом высокочастотном ёмкостном разряде. Установлено, что при давлении аргона 2 Па, мощности разряда 8 Вт и напряжении автосмещения около 350 В обеспечивается эффективная очистка поверхности. Определена скорость удаления борсодержащих плёнок на использованной установке, составившая около 0,75 нм/мин. Проведены исследования влияния плазменной очистки на монокристаллические молибденовые зеркала различных кристаллографических ориентаций. Показано, что многократные циклы осаждения и удаления борных плёнок приводят к развитию поверхностного рельефа, образованию микродефектов и снижению коэффициента отражения. Выполнен анализ возможных механизмов формирования наблюдаемых дефектов, связанных с особенностями нарушенного приповерхностного слоя, возникающего после механической полировки. Полученные результаты позволяют оценить влияние многократной плазменной очистки на долговечность первых зеркал и могут быть использованы при разработке систем поддержания работоспособности оптических диагностик перспективных термоядерных установок.

The aim of this work is to investigate the influence of the deposition and subsequent plasma removal of boron-containing deposits on the surface condition and reflective properties of molybdenum first mirrors. The operating conditions of first mirrors in tokamak-type fusion devices, the mechanisms responsible for the degradation of their reflective properties, and existing methods of surface protection and cleaning are considered. A review of the physical processes occurring in low-temperature plasma of a radio-frequency capacitive discharge and the mechanisms of ion-plasma material cleaning is presented. Experimental studies were carried out using a facility capable of both magnetron deposition of materials and generation of a radio-frequency capacitive plasma discharge. The influence of the target-to-sample distance, working gas pressure, and discharge power on the deposition rate and thickness homogeneity of boron films was investigated. Operating regimes providing films of the required thickness with acceptable coating homogeneity were determined. The removal of boron-containing deposits in an argon radio-frequency capacitive discharge was studied experimentally. It was established that effective surface cleaning is achieved at an argon pressure of 2 Pa, a discharge power of 8 W, and a self-bias voltage of approximately 350 V. The removal rate of boron-containing films under the conditions of the employed experimental setup was determined to be approximately 0.75 nm/min. The effect of plasma cleaning on single-crystal molybdenum mirrors with different crystallographic orientations was investigated. It was shown that repeated cycles of boron film deposition and removal lead to the development of surface relief, the formation of micro defects, and a decrease in the reflection properties. Possible mechanisms responsible for the observed defects were analyzed and related to the characteristics of the disturbed near-surface layer formed during mechanical polishing. The obtained results make it possible to assess the influence of repeated plasma-cleaning cycles on the lifetime of first mirrors and can be used in the development of systems for maintaining the performance of optical diagnostics in future fusion devices.