Будни физика-экспериментатора

в 11:43, , рубрики: diy или сделай сам, дуоплазматрон, ионный ускоритель, лаборатория, нанотехнологии, старое железо, студент, схемотехника, таракан, физика

Блуждая по просторам интернета в поисках технической информации, я часто натыкаюсь на блоги микроскоп в гараже или термоядерный синтез. «Кому это может быть интересно» — первая мысль которая посетила меня, позже, увидев количество комментариев и просмотров, я был сильно удивлен. Вдохновивших подобными примерами тоже решил завести блог с целью рассказать чем занимаются в лабораториях университетов студенты.

image
Вот такой агрегат я получил+полностью захламленную комнату

Почти год назад мне была поставлена задача восстановить старую научную установку, со словами: “Тут уже все сделано до тебя — тебе только пыль стряхнуть надо” — конечно уже после первой снятой заглушки мне стало очевидно что это не так, так что в связи с дипломной работой и множеством других проблем, реально работать над ней я начал только в августе, после поступления в магистратуру — т.е. на данный момент я являюсь студентом физиком, 1 курса магистратуры. Я работаю над ней уже 3 месяца и кое-какую работу уже проделал, постараться в нескольких кратко описать что сделано на данный момент.

image
Стойка управления

Восстанавливать я начал ее вместе с аспирантом, который потом слился. В принципе его можно понять, зачем тратить время на инженерную работу? Мы научную работу должны делать, а не тараканов из вакуумной камеры вытаскивать!

image
Снял вакуумный фланец...

Половина блоков не работала, другая половина работает на 50%, некоторое оборудования просто отсутствует на развалившемся трансформаторе гордо написано 1951г, я все ждал, что увижу надпись: «Сделано в СССР. Завод им. Сталина», вакуумная камера залита маслом, почти все прокладки расплавились пожалуй дальше перечислять не буду — расплачусь.

Для непосвященных, это значит — дела совсем плохи.

Дуоплазматрон, ионопровод, вакуум

Я собираю установку для получения масс-сепарированного низкоэнергетического ионного пучка в камере сверхвысокого вакуума (9х10^-9 ТОРР и менее). Получение и использование ионных пучков началось в середине 20 века (кратко можно почитать тут), первоначально в СССР их планировали использовать в урановом проекте для разделения изотопов, так в нашей стране построили ИЛУ-1 (Ионно-лучевая установка), но способ оказался неэффективным.

Такую установку я видел в Курчатовском институте, почти в оригинальной комплектации, и на ней до сих пор работают люди. Увидев ее — у меня создалось впечатление, что в 1945г с фронта пригнали танк, из его брони собрали ускоритель — кубизм, квадратизм, толстые 4см листы на заклепках, научные результаты на ней в принципе соответствуют середине 50 годов.

Наладку установки я решил начать с самой важной части — взять метлу и убрать мусор из комнаты Дуоплазматрон Манфреда фон Арденне.

Фон Арденне — легендарная личность: дворянин, настоящий ариец, штандартенфюрер СС за такие достижения должен был отправиться кстене, но не отправился. Он помог СССР создать атомную бомбу, изобрел множество высокотехнологичных приборов, его изобретения используются во всех отраслях науки сегодня, а я использую его ионный источник, кстати, дуоплазматрон используют в ЦЕРН для получения ионов на большом адронном коллайдере!

Считаю что каждый кто читает хаб по физике — должен прочитать краткую биографию Фон Арденне.

image
Дуоплазматрон, изолятор и линза Эйнзеля с вытягивающим электродом

Первым делом надо было проверить плазмотрон на наличие в нем тараканов. Тараканов я не нашел, но вот какой — то мусор и коррозию металла — обнаружил, в принципе состояние у источника ионов было нормальным, убрал: нагар, ржавчину и мусор. Для дальнейшей сборки, я решил обратиться к оригиналу и где-то в сыром подвале факультета мне нашли книгу Арденне, где он описывал характеристики ионных источников.

imageimageimage
На английском книги нет :*(

Гугл переводчик помог мне с немецким, геометрия была выполнена правильно, поэтому я просто изготовил новые прокладки из черной вакуумной резины и изоляторы из тефлона.

С его питанием ситуация была уже не такой простой, плазматрон отличаться своей сложностью питания. Мне нужно было продумать схему и найти денег на высоковольтные аксессуары, но самая главная проблема — это где найти высокостабильный источник на 15keV, который будет задавать нам энергию пучка.

Хотя, никаких проблем нет, все замечательно, я нашел, 10000$ и он мой.

image
Схема питания, источник высокого напряжения — поставляется отдельно

Источник ионов находится под напряжением относительно земли и через отверстие в нем вытягиваются ионы рабочего газа, ионы одноименного знака и отталкивается друг от друга, вследствие чего происходит расфокусировка пучка. Что бы фокусировать пучок в этой конструкции предусмотрены электростатические линзы Эйнзеля которые представляют из себя — 3 цилиндра, центральный из который находиться под потенциалом в 0.8U от энергии пучка или работа в режиме ускорения в 4U от энергии пучка, так же у этих цилиндров должен быть соблюден геометрический фактор, к сожалению хорошей литературы на русском я про линзы я не нашел — поэтому мне подсказали справочник которым я и воспользовался в нем геометрия указана в относительных единицах H (длинна цилинда-диаметр-зазор).

Тут все оказалось относительно приемлемо.

Предыдущий человек — который пытался собрать установку, видно не знал принципа работы диффузионного насоса и залил в него неправильное вакуумное масло, которые в конце концов осело в ионопроводе, да и расплавившиеся прокладки побудило меня на полную разборку всех элементов, впоследствии так же обнаружилось что клапана не открывались/закрывались полностью, а вакуумные соединения под медные прокладки имели не стандартные параметры либо с ошибкой в несколько долей миллиметра.

image

image
Это не вакуумная смазка

Позже выяснилось, эта установка была адаптированной копией ускорителя из Дании выточена на наших заводах, из нашего метала, качество металла в СССР оставляло желать лучшего, и, советские м6 болты, гайки постоянно ломались в процессе оригинальной сборки конца 70 годов. Как бонус, мне достались новые клапана, соединения под которые нужно было переделывать в следствие технических ошибок.

image

image
Полностью разобрал ионопровод (Матовый фланец после специальной электрохимической обработки для высокого вакуума, металлический без обработки

Диффузионный насос — это настоящая проблема, мало того что он выполнен не из нержавеющей стали, и был весь ржавым, так еще обладает крайне плохими параметрами: полтора часа на запуск, и час на остановку, большим газовыделением. Чистить его пришлось в специальной химии. Качественное диффузионное масло будет стоить мне 70000 рублей за 0.5-1 литр.

Новый высоковакуумный турбомолекулярный насос стоит 3050 евро и форнасос для него 500 евро, и того мне нужно 70000 рублей или 6600 евро.

Что касается контроля вакуума, тут мне повезло — был проект. С проекта, по моему выбору решили купить два не дорогих широкодиапазонных китайских датчиков wpc-400, на сумму 153000 рублей (первоначально, я хотел купить Российского производства, но они слишком сильно загнули цену.

Самый большой страх, что в России — нет стабильности, и что я буду делать если через 3 года когда датчик сломаться, а фирмы, продавший мне их больше не существует?). Из-за особенности работы диффузионного насоса (насос до момента разгона — должен быть изолирован от откачиваемого объема) мне нужно найти еще 3 фордатчика, но это уже не большая проблема.

Кроме того мне выдали на руки очень приличную сумму денег которую я мог тратить по своему желанию, на эти деньги первым делом я купил 205метров кабелей и магнитные пускатели. Из подвала мне вытащили две новые стойки — вместо старых страшных, и я нашел 8 запакованных вентиляторов вн-1, 12 шкафов забитых радиодеталями! Есть доступ к токарю и возможность изготавливать детали на ЧПУ.

Я смирился с тем, что делать все чертежи, схемы и вопросы в стиле чем многожильный кабель отличается от одножильного, особенности его монтажа — полностью на мне, проще говоря буду инженером.

По этому поводу у меня кстати есть раздражение про которые я напишу позже.

image
Купили новый шкаф, вычистили комнату(эпическая битва с хламовщиком), поставил часть узлов на место

image
Новые 19 дюймовые стойки,

image
Всякая мелочь на 15000 рублей

Автор: laboratory_life

Источник

Поделиться