4.2. Влияние АК на показания кварцевых весов
Во второй части эксперимента проводилось облучение образца материала прямым пучком кислородной плазмы, а кварцевых микровесов -потоком, отраженным от образца (см. рис.11). В качестве облучаемых материалов использовались черные ТРП из эмалей: кремнийорганической типа КО-812 и акриловой типа АК-512.
Продукты взаимодействия АК, эмитируемые материалом, достигают окружающих поверхностей и могут образовывать на них слои загрязнений. Эти загрязнения возникают либо при осаждении конденсирующихся компонент, либо вследствие химических реакций газообразных составляющих с материалом поверхности. Для сбора предполагаемого осадка использовалась приемная площадка кварцевых весов.
Особенностью используемого типа стандартных кварцевых весов КМВ является то, что обкладки резонатора изготовлены из серебра, которое, как известно, окисляется АК. Поэтому регистрируемое весами изменение массы может определяться как воздействием продуктов реакции АК с испытываемым материалом, так и ростом окисла серебра на приемной поверхности под действием рассеянного АК.
Регистрировалось частота выходных колебаний, пропорциональная удельной массе осадка. На рис. 17- 19 приведены показания при трех последовательных пусках. Как видим, при наличии пучка наблюдается рост удельной массы на поверхности.
Как указывалось, возможны два источника накопления вещества на поверхности. Это осаждение конденсирующихся продуктов реакции материала образца с АК и окисление серебряной приемной поверхности рассеянным АК. Полученные результаты свидетельствуют о преобладании окислительного механизма роста массы. Как видно на рис. 8 приемная поверхность резонаторов после экспонирования без заслонки темнеет. Если потемнение вызвано осаждением слоя загрязнений, то следы этого должны наблюдаться и на фланце весов. В то же время на других окружающих поверхностях изменений не наблюдается, хотя при существовании потока конденсирующегося вещества слой на них должен быть заметен. Учитывая, что часть фланца весов левее приемного отверстия закрыта коллектором осадка (см. рис. 12), легко было бы наблюдать на фланце границу напыления. Возможность такого контраста существенно повышает чувствительность визуального обнаружения эффекта напыления. Однако следов напыления не видно ни на фланце весов (см. рис. 8), ни на коллекторе, расположенном рядом с приемным отверстием (см. рис. 12).
Результаты, полученные при облучении эмали КО-812 приведены на рис. 17. Облучение производилось с 31 по 159 мин. В этот промежуток времени наблюдается рост частоты. Темп прироста частоты составляет 43,4 Гц/мин, что соответствует потоку массы 6,4 нг*см-2*с-1. В пересчете на кислород это соответствует потоку АК плотностью 3*1014 атом* см-2*с-1. При условии изотропного рассеивания потока АК, падающего на образец, для создания такой плотности необходим отраженный от поверхности образца поток 1016 атом*с-1. Его плотность при площади образца около 10 см2. не превышает 1015 атом* см-2*с-1, что на порядок меньше плотности падающего потока. Таким образом, эта оценка показывает возможность существования такого потока, поскольку вероятность отражения быстрого АК обычно принимается 0,3.
Как видно из приведенных данных прирост частоты у весов достигает 6 кГц, что составляет заметную часть их ресурса. Для увеличения долговечности при дальнейших измерениях применена импульсная заслонка приемного отверстия (см. рис.9, 10).
Для проверки предположения, что причиной роста массы является окисление серебра на приемной поверхности в данной геометрии эксперимента проводилось облучение образца алюминиевой фольги. На графике показаний весов, приведенном на рис. 18, заметны участки с разным наклоном. Наибольший наклон 70.4 Гц/мин на участке с открытой заслонкой с 21 по 41 мин. При закрытой заслонке с 0 по 20 мин и с 41 по 52 мин наклон уменьшается до 32 Гц/мин, а при выключении источника АК снижается до 0. Таким образом, даже под закрытой заслонкой, препятствующей попаданию на приемную поверхность молекулярного потока со стороны образца, продолжается накопление вещества. Это указывает на окисление серебряной приемной поверхности рассеянным АК, поскольку заслонка лишь уменьшает его поток. При открытой заслонке поток АК, отраженного от алюминиевого образца выше, чем от эмали КО-812. Соответственно выше и наклон графика по сравнению с рис. 17.
Следующий эксперимент проводился при облучения АК-512. График показаний весов приведен на рис. 19. При открытии заслонки на 10 минуте наблюдалось уменьшение частоты, т. е. унос массы с поверхности весов. Это можно объяснить окислением органических загрязнений, осевших на поверхность при откачке. На начальном участке при закрытой заслонке и включенном пучке заметен наклон графика, отражающий рост массы. Затем после открытия заслонки наблюдается изменение направления массопереноса, начинается унос массы, скорость которого постепенно убывает до 0. С 22 мин начинается процесс накопления массы, скорость которого снижается после закрытия заслонки на 47 мин. Накопление массы прекращается после выключения источника на 68 мин. При открытой заслонке максимальный наклон графика 25 Гц/мин, а при закрытой 14 Гц/мин.
Из сравнения между собой показаний кварцевых весов при облучении разных материалов видно, что для материала, обладающего минимальным коэффициентом распыления и максимальным коэффициентом отражения АК-алюминия, получена максимальная скорость прироста массы на поверхности весов, и , наоборот, для шероховатого пористого покрытия на полимерной основе АК-512 с минимальным коэффициентом отражения АК и максимальным коэффициентом эрозии полимера скорость прироста массы минимальна. Посередине находится покрытие КO-812. Эти результаты позволяют считать, что в условиях взаимодействия с быстым АК основной вклад в показания кварцевых весов дает окисление серебряных поверхностей резонатора, а не осаждение загрязнений продуктами эрозии облучаемых материалов.
Рис. 13. Показания весов при облучении кремнийорганического покрытия КО-812
Рис. 13. Показания весов при облучении алюминиевой фольги.
Рис. 19. Показания весов при облучении образца покрытия АК-512
|
