DE2951376A1 - Verfahren zur erzeugung der kernspuren oder aus kernspuren hervorgehender mikroloescher eines einzelnen iones - Google Patents
Verfahren zur erzeugung der kernspuren oder aus kernspuren hervorgehender mikroloescher eines einzelnen ionesInfo
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Description
GESELLSCHAFT FÜR SCHWERIONEN- Darmstadt, den 7.Dezember 1979
FORSCHUNG MBH, DARMSTADT PIA 7966 Sdt/str
Verfahren zur Erzeugung der Kernspuren
oder aus Kernspuren hervorgehender Mikrolöcher eines einzelnen Iones
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130027/0227
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung der Kernspuren oder aus Kernspuren hervorgehender Mikrolöcher
eines einzelnen oder einer abzählbaren Zahl von Ionen eines Beschleunigers, z.B. von schweren Ionen eines Schwerionenbeschleunigers
in Festkörpern unter Auffächern oder Abschwächen des Strahles mit Ausblenden der nicht benötigten
Teilchen.
Das hier vorgeschlagene Verfahren befaßt sich mit der Herstellung von feinsten Einzellöchern in organischen Folien,
Gläsern sowie dünnen dielektrischen Kristallen. Für bestimmte Zwecke sollen bisher unerreicht feine Löcher, bis herab zu
o,öl μχα Lochdurchmesser in reproduzierbarer Weise hergestellt
werden. Wünschenswert ist weiterhin ein Verhältnis zwischen Lochdurchmesser und Lochlänge von bis zu ltlooo.
Einzellöcher in Folien lassen sich durch mechanische Verfahren mit Laser, mit Elektronenstrahl, durch Foto- bzw. Röntgenlithographie
sowie mit Hilfe von Faserverbundtechniken herstellen. Bekannt ist die Herstellung einer Einlochmembran
aus unbestrahlten Glimmerfolien. Hierbei nutzt man die Tatsache aus, daß natürlicher Glimmer einige latente Kernspuren
durch das in ihm in geringer Konzentration enthaltene spontanspaltende Uran enthält. Nach der Ätzung der Glimmerfolien
wird eine geeignete Kernspur ausgewählt. Die nicht benötigten Kernspuren müssen jedoch anschließend abgedichtet werden.
Sieht man von den übrigen Verfahren ab, deren Lochdurchmesser- zu Längenverhältnis minimal l:loo beträgt, so gestattet
lediglich die Kernspurtechnik die Herstellung von Löchern
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kleiner als ο, 1 Jim bei einem Lochdurchmesser zu Längenverhältnis
von bis herab zu l:looo. Die Nachteile bei der Abdichtung aller übrigen Kernspurlöcher nach Heraussuchen bzw.
Auswählen eines einzigen geeignet plazierten Kernspurlochs sind folgende:
1. Die Lochgröße muß zur Sichtbarmachung ausreichen.
2. Es ist sehr schwierig, einzeln liegende Löcher kleiner als 1 ^im licht- oder elektronenmikroskopisch zu lokalisieren.
3. Es wird eine Mikromanipulation zur Abdichtung der verbleibenden
Löcher z.B. mit Klebstoff benötigt.
4. Beschränkt man sich auf sehr dünn bestrahlte Folien, auf deren gesamte Oberfläche im statistischen Mittelwert nur
ein Loch enthält, so entsteht aufgrund der statistischen Streuung die Notwendigkeit, jede einzelne Folie einer
Qualitätskontrolle zu unterziehen, um festzustellen, ob o,1 oder 2 oder 3 Löcher auf der jeweiligen Folie vorliegen.
5. Das Loch kann nicht gezielt auf die Mitte der Folie, bzw. an den geeignetsten Ort der Folie gesetzt werden.
6. Es können nicht gleichzeitig mehrere Einzellochfolien hergestellt
werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr ausgehend von diesem Stande der Technik ein Verfahren anzugeben, welches
es ermöglicht, in einem Festkörper ein oder mehrere abzählbare Kernspuren gezielt zu erzeugen, ohne aus einer Vielzahl
von Spuren eine Auswahl treffen zu müssen. Darüberhinaus sollen die Kernspuren an definiertem Stelle eingebracht
werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfindung bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art vor,
daß das Auftreffen eines einzelnen Teilchens nach oder vor Durchtritt durch den Festkörper unmittelbar festgestellt wird
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und im gleichen Moment nach Maßgabe dieser Feststellung evtl.
weitere, durch die Blende durchtretende Teilchen am Durchtritt gehindert werden. Der Festkörper wird nach der Bestrahlung in
an sich bekannter Weise einem Ätzprozeß unterzogen. In vorteilhafter Weise schlägt die vorliegende Erfindung weiterhin vor,
daß das, das Auftreffen der Teilchen anzeigende Signal eines
dem Target nach- oder vorgeschalteten Detektors zum Nachweis einzelner Teilchen zur Auslösung des Abschaltvorganges herangezogen
wird, wobei ein besonders vorteilhaftes Merkmal darin besteht, daß das Abschalten durch erstes Betätigen eines schnellen
im weichen Teil des Strahlenganges angeordneten Strahlabschalters für den Gesamtstrahl eingeleitet wird, daß anschliessend
ein langsamerer, jedoch standfähigerer Schalter für den jeweils zur Bestrahlung benötigten Teilstrahl in den Strahlengang
hinter dem ersten Schalter betätigt und anschließend der erste Schalter wieder geöffnet wird.
Die vorliegende Erfindung gibt weiterhin eine zur Durchführung des neuen Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung an, die
bei einem Schwerionenbeschleuniger, dessen Strahl durch eine Vorblende auf den Festkörper auftrifft darin besteht, daß nach
Maßgabe der Dicke des Festkörpers vor oder hinter demselben ein Detektor für einzelne Teilchen angebracht ist, durch dessen Signal
ein, als erster schneller Schalter wirkender elektrostatische oder elektromagnetische Blende im vorderen Teil des Strahlenganges
und gleichzeitig oder in definiertem Zeitabstand ein zweiter, langsamerer Schalter im hinteren, abgeleiteten Teil
des Strahlenganges, z.B. ein gekühlter Faraday-Becher betätigt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung schlägt die Erfindung weiterhin vor, daß der erste Schalter nach Maßgabe des zweiten
Schalters wieder lösbar ist, und daß in besonders vorteilhafter
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Weise die Vorblende eine bereits fertiggestellte Einlochmembran mit einem MJkroloch ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nun die besonders vorteilhafte serienmäßige Herstellung von Einlochmembranen
z.B. in einem nicht experimentell genutzen Zweitstrahl bzw. im nicht genutzen Abfallstrahl hinter anderen kernphysikalischen
Experimenten. Weiterhin werden die eingangs erwähnten Nachteile bzw. Probleme umgangen.
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden
im folgenden und anhand der Figur erläutert:
Die Figur zeigt schematisch und vereinfacht den Strahlengang 1 eines Schwerionen-Beschleunigers, der in Richtung 4 verläuft
und mittels welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. In den Strahlengang 1 sind neben anderen, für die
Erfindung nicht wesentlichen und auch nicht näher erläuterten Elementen im weichen, d.h. vorderen Teil 2 desselben zunächst
ein schneller, d.h. vorzugsweise elektrostatischer oder elektromagnetischer Verschluß 3 eingeschaltet, der jedoch nur relativ
gering belastbarist. Im hinteren, schnelleren Teil 5 des Strahles 1 nach mehreren Beschleunigungsstrecken, Umlenkungen und
Ausblendungen, ist ein weiterer, langsamer Verschluß 6 eingeschaltet, vorzugsweise ein gekühlter Faraday-Becher, der wesentlich
höher belastbar ist und der den Strahl 1 über einen längeren Zeitraum absorbieren kann. Hinter diesem Verschluß 6
ist, wieder in Richtung 4 gesehen,eine Vorblende 7 geschaltet, welcher sich die zu bestrahlende Probe 8 anschließt. Letztlich
ist unmittelbar hinter der Probe ein Teilchendetektor 9 zum Nachweis einzelner Teilchen eingeschaltet, der jedoch auch umgekehrt
direkt vor der Probe angeordnet werden kann.
Das mit der beschriebenen Beschleunigervorrichtung durchführbare Verfahren funktioniert nun folgendermaßen und wird* in
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mehreren Schritten anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert:
1. Fünf etwa 2o pm dicke Folien werden kreisförmig ausgestanzt
und in eine entsprechende Vertiefung eines Probenhalters 8 eingelegt und damit auch gleichzeitig zentriert.
Eine kreisförmige Vorblende 7 von etwa o,3 mm Durchmesser definiert den durchstrahlbaren, zentralliegenden Bereich
der Folie. Sie und die Folie werden mit einem einrastenden Spannring gleichzeitig fest und unverrückbar mit dem
Probenhalter verbunden.
2. Der hochenergetische Ionenstrahl 1 z.B. hier 7,5 MeV/u
Uran eines Schwerionenbeschleunigers van Typ UNILAC wird
unter gleichzeitiger Kontrolle durch einen Fluorestenzschirm mit nachgeschalteter Bildverstärker-Fernsehkamera
durch Defokussieren von magnetischen Linsen aufgeweitet und dadurch gleichzeitig auch abgeschwächt, solange bis
Fluktuationen mit dem Auge beobachtbar sind.
3. Der Ionenstrahl 1 wird abgeschaltet. Der Probenhalter 8 wird über eine nicht dargestellte Einschleusvorrichtung
in den Strahlengang 1 gebracht und der Fluoreszenzschirm wird durch einen hinter der Folie angebrachten Halbleiter-Teilchendetektor
9 ersetzt.
4. Der Ionenstrahl 1 wird wieder eingeschaltet und solange gewartet, bis ein einzelnes oder eine abzählbare Zahl
von Ionen durch die Vorblende 7 und die fünf Folien 8 den Detektor 9 zum Nachweis einzelner Ionen trifft und damit
den Abschaltvorgang über Vorverstärker, Hauptverstärker, Einkanaldiskriminator und Steuerelektronik für elektrostatischen
Verschluß 3 einleitet.
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5. Da der schnelle elektrostatische Verschluß 3 den Strahl 1 zwar sofort abschaltet, jedoch die volle Strahlleistung
nur sehr kurze Zeit absorbieren kann und darüberhinaus den gesamten Hauptstrahl abschaltet, wird sofort nach
Schließen der im Nebengang, d.h. im schnellen Teil des Strahles 1 liegende langsame Schalter 6 betätigt, der
durch seine Kühlung, z.B. bei einem gekühlten Faraday-Becher, die Strahlleistung aufnehmen kann. Danach kann
. der Hauptstrahl am schnellen Verschluß 3 wieder durch öffnen eingeschaltet werden.
6. Der Spannring mit der Probe 8 wird aus dem Strahlengang wieder ausgeschleust und die Probe bzw. Folie ihm entnommen
.
7. Die Folien bzw. Festkörper mit den nunmehr aufgebrachten einzelnen Kernspuren werden mit entsprechendem Ätzmittel
geätzt, bis das oder die Mikrolöcher den gewünschteiDurchmesser
erreicht haben.
Der Ionenstrahler 1 kann nun um so intensiver sein, je schneller
der "Belichtungsverschluß" d.h. das Zusammenwirken der beiden Schalter 3 und 6 arbeitet. Der Belichtungsverschluß
besteht, wie bereits beschrieben, aus einem langsamen, direkt vor der zu bestrahlenden Folie befindlichen mechanischen
Verschluß 6, der zur Unterdrückung von stets in schwacher Intensität ankommenden Streuteilchen dient und einem
schnellen, im Injektorbereich des Beschleunigers direkt hinter den Ionenquellen befindlichen, elektrostatischen oder
elektromagnetischen Verschluß 3. Dieser elektrostatische Verschluß kommt an diesem Ort noch mit relativ kleinen Spannungen
von wenigen kV aus, da die Ionen dort noch sehr langsam sind und kann daher ein sehr rasch ansteigendes bzw.
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abfallendes Spannungsprofil aufweisen. Durch geeignet gephasten Zusammenspiel beider Abschwächer werden sehr kurze
Bestrahlungszeiten von z.B. wenigen msec bis zu wenigen ^isec möglich und dies, ohne die übrigen Arbeiten am Beschleuniger
wesentlich zu behindern, da der Strahl 1 durch das gephaste Zusammenspiel beider Verschlüsse 3,6 nur während der
Schaltzeit des relativ langsamen Verschlusses 6 durch den elektrostatischen Verschluß vollständig, d.h. für alle übrigen
Experimente am Beschleuniger abgeschaltet werden muß. Der mechanische Verschluß 6 ist in vorteilhafter Weise ein Faraday-Becher
mit einer Schaltzeit von ca. o,5 see und kann durch einen mit diesem zusammenspielenden elektromechanischen Fotoverschluß
mit einer Schaltzeit von kleiner als o,ol see ergänzt
werden.
Zusammengefaßt besteht das wesentlich Neue des vorgeschlagenen Verfahrens nun in folgenden Punkten:
1. Ein oder mehrere Folien bzw. Festkörper können je nach Energie und Teilchenart der verwendeten Ionen gleichzeitig an
einem durch die Vorblende gegebenen Ort durchschlagen werden ·
2. Das Verfahren läßt sich durch Verwendung eines zwischen Vorblende und Folie eingeschobenen durchstrahlbaren Detektors
auch auf dicke, undurchstrahlbare Proben übertragen und damit wesentlich erweitern.
3. Das Verfahren ermöglicht die genaue Vorwahl des durchstrahlenden
bzw. zu bestrahlenden Orts durch eine Vorblende 7 .
4. Durch Verwendung einer fertig hergestellten Einlochmembran als Vorblende kann der Durchstoßpunkt bei weiteren
Serienbestrahlungen sehr genau festgelegt und damit weit-
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gehend identisch repliziert werden.
5. Durch Verwendung eines zweifachen Verschlussystems lassen sich sehr zuverlässig Einzellochbestrahlungen ohne wesentliche
Behinderung des übrigen Beschleunigersbetriebes durchführen.
6. Das Verfahren ermöglicht die zuverlässigen, serienmäßige Herstellung von Einlochstrukturen bzw. von Mehrlochstrukturen
genau vorhersagbarer Lochanzahl dadurch, daß es nunmehr möglich ist, ein oder mehrere einzelne Teilchen zur
Erzeugung eines Effektes heranzuziehen.
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Leerseite
Claims (7)
1. Verfahren zur Erzeugung der Kernspuren oder aus Kernspuren hervorgehender Mikrolöcher eines einzelnen oder einer abzählbaren
Zahl von Ionen eines Beschleunigers, z.B. von
schweren Ionen eines Schwerionenbeschleunigers in Festkörpern unter Auffächern oder Abschwächen des Strahles mit Ausblenden der nicht benötigten Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftreffen eines einzelnen Teilchens nach oder vor Durchtritt durch den Festkörper unmittelbar festgestellt
wird und im gleichen Moment nach Maßgabe dieser Feststellung evtl. weitere, durch die Blende durchtretende Teilchen am Durchtritt gehindert werden.
schweren Ionen eines Schwerionenbeschleunigers in Festkörpern unter Auffächern oder Abschwächen des Strahles mit Ausblenden der nicht benötigten Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftreffen eines einzelnen Teilchens nach oder vor Durchtritt durch den Festkörper unmittelbar festgestellt
wird und im gleichen Moment nach Maßgabe dieser Feststellung evtl. weitere, durch die Blende durchtretende Teilchen am Durchtritt gehindert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper nach der Bestrahlung in an sich bekannter Weise
einem Ätzprozeß unterzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das, das Auftreffen der Teilchen anzeigende Signal eines dem
Target bzw. Festkörper nach- oder vorgeschalteten Detektors zum Nachweis einzelner Teilchen zur Auslösung des Abschaltvorganges herangezogen wird.
Target bzw. Festkörper nach- oder vorgeschalteten Detektors zum Nachweis einzelner Teilchen zur Auslösung des Abschaltvorganges herangezogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das . Abschalten durch erstes Betätigen eines schnellen, im weichen
Teil des Strahlenganges angeordneten Strahlabschalters für den Gesamtstrahl eingeleitet wird, daß anschließend
daran ein langsamerer, jedoch standfähigerer Schalter für den jeweils zur Bestrahlung benötigten Teilstrahl in dem
daran ein langsamerer, jedoch standfähigerer Schalter für den jeweils zur Bestrahlung benötigten Teilstrahl in dem
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ORIGINAL INSPECTED
Strahlengang hinter dem ersten Schalter betätigt wird und anschließend der erste Schalter wieder geöffnet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen
1 bis 4 mit einem Schwerionenbeschleuniger, dessen Strahl durch eine Vorblende auf den Festkörper auftrifft,
dadurch gekennzeichnet, daß nach Maßgabe der Dicke des Festkörpers vor oder hinter demselben ein Detektor für einzelne
Teilchen angebracht ist, durch dessen Signal eine, als erster schneller Schalter wirkende elektrostatische oder elektromagnetische
Blende im vorderen Teil des Strahlenganges und gleichzeitig oder in definiertem Zeitabschnitt danach
ein zweiter langsamer Schalter im hinteren, abgeleiteten Teil des Strahlenganges, z.B. ein gekühlter Faraday-Becher
betätigt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter nach Maßgabe des zweiten Schalters wieder lösbar
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorblende eine bereits fertiggestellte Einlochmembran
mit einem Mikroloch ist.
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Priority Applications (3)
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Publications (2)
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