مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما در مجتمع دانشگاهی به مساحت 500 هکتار از ناحیه شمال غربی تهران در فضایی به مساحت 3000 مترمربع میباشد. این مرکز از سال 1373 فعالیتهای تحقیقات کاربردی خود را در زمینههای فیزیک اتمی و ملکولی و حالت جامد آغاز نموده و در حال حاضر با توجه به برنامههای توسعه اقتصادی و اجتماعی کشور همکاری گستردهای با دانشگاهها و سایر مراکز تحقیقاتی داخل وخارج به عمل میآورد. مرکز تحقیقات با هدف گسترش علوم و تکنولوژی به اجرای پروژههای تحقیقاتی، اعم از بنیادی، کاربردی و قراردادی در زمینه فیزیک اتمی وملکولی و فیزیک حالت جامد میپردازد. |
|
همچنین با تأسیس دورههای تحصیلات تکمیلی در مقاطع کارشناسی ارشد، دکتری و نیز آموزشهای کوتاه مدت داخلی وخارجی به آموزش بخشی از نیروی انسانی متخصص پرداخته است. الف- تحقیقات در زمینه فیزیک اتمی و ملکولی بخش تحقیقات فیزیک اتمی وملکولی با توجه به امکانات و تجهیزات یکی از پیشرفتهترین مراکز تحقیقاتی کشوراست که بخشی از فعالیتهای آن شامل تحقیق در زمینه کاربرد فیزیک پلاسما و فیوژن میباشد. توکامک IR- T1 توکامک IR- T1 در سال 1373 به منظور پیشبرد تحقیقات و مطالعات پیشرفته در زمینه فیزیک پلاسما (پلاسمای داغ) و همجوشی هستهای در این مرکز نصب و راه اندازی گردید. توکامک IR-T1 در زمره توکامکهای کوچک و با راندمان بالای جهان محسوب میشود. این سیستم، جهت اندازهگیری وتشخیص پارامترهای پلاسما دارای دستگاههای تشخیصی حساس مانند طیف نگار تک کاناله در بازه طول موج نور مرئی، سیستم پنج کاناله پخش سیکلوترونی الکترون، گیرندههای اشعه ایکس، لیزر تک کاناله هیدروسیانید، پیچههای مغناطیسی میرنوف و پروب دوبل لانگمویر میباشد. این توکامک از نوع ترانسفورمری بدون غشای هادی و سیستم منحرف کننده ناخالصی هاست. مساحت، ارتفاع و وزن آن به ترتیب 6/1 متر مربع، 5/2 متر و 7/2 تن میباشد. توکامک فوق از پنج سیستم اصلی زیر تشکیل یافته است: 1- پیچههای میدان مغناطیسی تروئیدال: شامل 16 پیچه که هر کدام 20 دور دارد. 2- پیچه های سیستم گرمایی اهمی: شامل پنج پیچه که چهار تای آن دارای 4،6،6،4 دور و دیگری سلونوئید مرکزی که دارای 240 دور است و محور اصلی توکامک را نیز تشکیل می دهد. 3- پیچههای میدان مغناطیسی عمودی: شامل 4 پیچه است که دو تای آن در بالا و پایین توکامک و دوتای دیگر در غلاف سلونوئید مرکزی قرار دارند. 4- چمبره خلاء: این محفظه از جنس Stainless Steel با آلیاژ کروم ساخته شده، قطر داخلی آن 00/32 سانتی متر و ضخامت آن 40/0 سانتی متر است. |
|
5- ساختار نگه دارنده توکامک: میزی که کلیه اجزای اصلی توکامک بر روی آن محکم شده است از جنس پشم شیشه فشرده و چوب میباشد، اتصالات از نوع فلز مس بدون اکسیژن (OFC) و حلقههای اتصالی از نوع Vition. است . پارامترهای اصلی این توکامک به قرار زیر است: ب- تحقیقات در زمینه فیزیک حالت جامد:R=45.00cm, a=12.50cm, IP=20-40 KA Td = 18-26ms, B t = 0.6-0.9 Tesla, V loop = 2.6-8V, n e =0.7-3 × 1013 1/cm3, Z eff < 2 شاخه فیزیک حالت جامد در علم فیزیک توجه خاصی را به خود جلب کرده است و با توجه به اهمیت این شاخه از فیزیک، تحقیقات کاربردی در این زمینه از اهداف اصلی این واحد میباشد. از جمله تجهیزات پیشرفته موجود در مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما در این زمینه میتوان به موارد ذیل اشاره کرد: 1- دستگاه کاشت یون و شتابدهنده پلاسما(Ion Implanter and Plasma Accelerator) مطالعه اثر کاشت بونهای مختلف در سطح جامدات( فلزات، نیمه هادیها و ....) تأثیر آن در تغییر خصوصیات فیزیکی آنها از برنامههای این مرکز میباشد. همچنین در این مرکز امکانات کاشت یونی برای تغییرات سطحی و فرآیندهای مؤثر بر لایه کاشته شده از جمله سخت کردن، ایجاد آلیاژهایی که از فازهای متالوژیکی (nonequilibrium Phase غیر قابل ایجاد به روشهای معمول حرارتی، ایجاد تنوع در یونهای کاشته شده برای افزایش ویژگیهای مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و خوردگی فلزات و سرامیکها مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد. مشخصات کاشت یونی این مرکز به قرار زیر میباشد. گازهای مورد استفاده Ar, N2,O2,Co2 جریان کل شتاب دهنده یونها 5-25mA انرژی کاشت یونی 30KV ابعاد پوششی پرتو یونی 110 20mm2 قدرت 25KW یکی از اهداف در دست انجام مرکز ارتقاء دستگاه موجود و استفاده از گستره وسیعتری از یونها و انرژیهای بالاتر میباشد. |
|
2- اسپکترومتری جرمی یون ثانویه (Secondary Ion Mass Spectrometry) SIMS اسپکترومتری جرمی یون ثانویه(SIMS) از پیشرفته ترین و توانمندترین تکنیکهای آنالیز سطح موجود در جهان میباشد. با وجود چنین دستگاهی در مرکز تحقیقات فیزیک، محققین کشورمان برای اولین بار در خاورمیانه از امتیاز دسترسی به پیشرفته ترین دستگاه آنالیز سطح برخوردار خواهند بود. در دنیای امروز رفتار سطح مواد در زندگی ما بسیار مهم است و زمینههای وسیعی در تکنولوژی مواد وجود دارد که از تکنیکهای آنالیز سطح هم در تحقیقات وهم در کنترل کیفیت سود میجویند. طی سالهای تکنیکهای بسیاری برای جنبههای مختلف فیزیک و شیمی سطح ایجاد شده ولی تنها تعداد کمی از آنها در علم سطح و آنالیز سطح مورد استفاده وسیع قرار گرفتهاند. |
|
نمایی از دستگاه SIMS به دلیل ماهیت طیف جرمی دادهها، بسیار توانمند است. حساسیت بسیار بالای آن، تشخیص یک اتم ناخالصی در میان یک میلیارد اتم، ppb، یا در میان یک میلیون اتمppm و تفکیک عمق خوب ( معمولاً بین چند نانومتر تا چند ده نانومتر) این تکنیک را برای دانشمندان جذاب ساخته است . همچنین SIMS یک آمیزه منحصر بفرد از حساسیت بالا برای تمام عناصر، از هیدروژن گرفته تا اورانیوم(با حد آشکارسازی پایینتر از ppm بای اکثر آنها)، تفکیکی عرضی بالا (پایینتر ازnm100) پارازیت زمینه خیلی کم و گستره دینامیکی بالا را فراهم میکند و به همین دلیل در تحقیقات پیشرفته مواد کاربرد بسیار دارد. SIMS عبارت از اسپکترومتری ذرات یونیزهای است ه از یک سطح معمولاً جامد، که تحت بمباران ذرات اولیه پر انرژی قرار گرفتهاند، منتشر میشوند. ذرات اولیه ممکن است الکترونها، یونها، ذرات خنثی یا فوتونها باشند و ذرات ثانویه، الکترونها، ذرات خنثی، یا یونهای اتمی وخوشهای خواهند بود. اکثریت ذرات منتشر شده خنثی، و تنها کسر کوچکی از آنها یونیزه هستند که توسط اسپکترومتری جرمی آشکار سازی و آنالیز میشوند و اطلاعاتی در مورد ترکیب عنصری، ایزوتوپی و مولکولی بالاترین لایههای اتمی سطح میدهند. |
|
دستگاه SIMS موجود درمرکز تحقیقات فیزیک مدل IMS6F و از نوع قطاع مغناطیسی (Magnetic Sector) میباشد. این وسیله دارای قطاع مغناطیسی کاملاً اتوماتیک است که کارایی خیلی بالایی را در مد دینامیک و مد استاتیک فراهم میکند و به عبارت دیگر ترکیب کننده تواناییهای دو مد عمل میکروسکوپی و میکروپروبی است. مد میکروسکوپی بدین معنی است که شبیه میکروسکوپ نوری کار میکند و مد میکروپروب شبیه SEM است. مد میکروسکوپی برای آنالیز سطوح بزرگ با گستره تفکیک 0.5 تا 10 میکرومتر استفاده میشود و برای تفکیک عرضی بهتر از m 0.5 میتوان از مد میکروپروبی استفاده کرد. کاربردهای تکنیکSIMS: بعضی از زمینه های کاربرد SIMS عبارتند از : نیمه رساناها، علم مواد، زمین شناسی، متالوژی، مواد آلی و .... نیمه رساناها: در سالهای اخیر پیشرفته سریع میکروالکترونیک نیاز به قطعات با کارایی بالاتر داشته و این جریان همچنان ادامه دارد. برای موفقیت در این زمینه، فرآیند تولید چنین قطعاتی نیاز به کنترل پارامترهای کلیدی مانند ترکیب بالک، توزیع ناخالصی وارد شده در سطح و عمق، تمیزی سطح ویفرها و ... در مراحل مختلف دارد .برای تمام این نیازهای آنالیزی SIMS ابزاری توانمند است. برای مثال کنترل توزیع As در عمق در مساحتهایی به کوچکی m2 1 با حد آشکار سازی در محدود 1-10ppm، قابل انجام است . همچنین کاربرد دیگر این دستگاه در زمینه آنالیز لایههای نازک میباشد که نیاز به تواناییهای تفکیک بالای SIMS دارد.. |
|
توزیع آرسینیک روی سطح نمونه ترانزیستور 30*30 میکرومتر در مدار مجتمع (IC) علم مواد: قابلیتهای آنالیز ایزوتوپیSIMS بطور وسیعی برای بررسی فرآیندهای نفوذ در مواد بوسیلة یک منبع دیفیوژن غنی شده با یک ایزوتوپ پایدار دارای فراوانی طبیعی پایین ( برای مثال 18O,13C,D و ...) استفاده میشود . بعلاوه حساسیت بالای ترکیب شده بااندازه زیر میکرون پروب، بررسی توزیع عنصری بسیار کوچک در مساحتهای کم مانند مرزدانهها و فصل مشترک را به منظور فهم بهتر از خواص مواد مرکب فراهم میکند. |
|
دانه الماس مصنوعی رشد داده شده روی زیر لیه مولیبدنیوم زمین شناسی: ویژگیهای مهم تکنیک SIMS در زمین شناسی عبارتند از: • آنالیز عنصر سبک (شامل H) • آنالیز عنصر ناچیز در نمونه ( گستره غلظت پایین تا کمتر ازppm 100 و غلظت بالا تا دهم درصد) • آنالیز ایزوتوپی • پروفایلگیری در عمق و تصویرگیری • آنالیز در مقیاس میکرون( حجم چند میکرومتر مکعب) • آنالیز در حال کار • راحتی تهیه نمونه زمینههای کاربرد SIMS در زمین شناسی عبارتند از: الف)زئوشیمی ب) کرونولوژی متالوژی: پروفایلگیری و تصویرگیری کاربردهای اصلی SIMS در متالوژی هستند. مد تصویرگیری میتواند برای توزیع عناصر سبک(C,O,N,B,H) با حساسیت بالا ومد پروفایلگیری عمق، جهت مشخص کردن رفتار سطح مواد استفاده شود. |
|
بیولوژی: قابلیتهای آنالیز ایزوتوپیSIMS یک روش منحصر بفردی برای تعیین توزیع مولکولهای دارویی مشخص شده با ایزوتوپهای پایدار در سلولها ارائه میدهد. بنابراین بیولوژیست به اطلاعات با ارزشی برای یک فهم بهتر از مکانیزم عمل دارو در درمان دست مییابد. مواد آلی: در طول کندوپاش(Sputtering) مواد آلی بوسیله ذرات اولیه با انرژی چند Kev نشر یون مولکول شامل قطعات مولکولی بزرگ نیز میشود که ترکیب سطح آن را نیز میتوان بدست آورد. |