Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung des Zerstäubungsverhaltens von fusionsrelevanten Oberflächen bei Beschuss mit verschiedenen Ionen. Die Masseveränderung wird mittels einer zeitauflösenden Methode, der Quarzkristallmikrowaage (QCM), vermessen. Durch ein neuartiges elektronisches Design wurde das an der TU-Wien entwickelte System im Vergleich zu handelsüblichen QCM wesentlich verbessert, wodurch Massenänderungen bis zu 10-5 µg/s detektierbar sind. Das Hauptinteresse der in dieser Arbeit vorliegenden Messungen gilt den amorphen Kohlenwasserstoffschichten (a-C:H), wie sie in Fusionsexperimenten entstehen, in denen Kohlenstoff bei plasmabegrenzenden Teilen verwendet wird. Das Hauptproblem bei diesen ist durch den "Einbau" von Tritium, einem der Brennstoffe bei Fusionsprozessen, in diesen Schichten gegeben. Die Arbeit umfasst Ergebnisse dreier verschiedener Experimente mit unterschiedlichen Intentionen: i. Es wurde unter anderem die Entstehung von "wellenartigen" Oberflächenmorphologien ("Ripples") auf Siliziumoberflächen untersucht, wie sie beim Beschuss mit Ionen unter bestimmten Winkeln bei hohen Ionendosen entstehen. Im Speziellen war es das Ziel, den nichtlinearen Term der Kuramoto-Sivashinsky Gleichung zu verifizieren, der das Absättigen der Amplitude der "Ripples" bewirkt. ii. Weiters wurde das "Anlaufverhalten" von unbestrahlten a-C:H Schichten gemessen. Als Projektil wurde chemisch reaktiver Stickstoff verwendet. Dosisabhängige Messungen zeigen den Verlauf der transienten Phase bis hin zu einem stationären Zustand, bei dem sich eine neue stöchiometrische Zusammensetzung ergibt und die Zerstäubungsausbeute im Weiteren konstant verbleibt. Am Ende wird ein Vergleich von unbestrahlten und vorbestrahlten Oberflächen gezeigt. iii. Die Abhängigkeit der Zerstäubungsausbeute von der Energie bei sowohl polymerartigen (weichen), als auch wasserstoffarmen (harten) Kohlenwasserstoffschichten sollte vermessen werden. Die Schichten wurden bereits vorbestrahlt und in den stationären Zustand geführt. Diese Bemühungen waren leider aufgrund vermutlicher Aufladungseffekte und den daraus resultierenden Problemen, nur teilweise erfolgreich.
This work concerns the investigation of erosion process for fusion relevant surfaces during energetic ion bombardment. These mass changes are measured by a time-resolved quartz crystal microbalance (QCM). Due to a novel electronic design the QCM developed at TU Vienna could be improved greatly compared to commercial systems utilizing the same principle. In principle mass-changes down to 10-5 µg/s are detectable. The main focus of this work are measurements of amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) layers, which are generated in fusion experiments with carbon in the plasma facing parts. The main problem with these layers is the retention of the radioactive tritium which is part of the fuel of fusion processes. This works contains results of three experiments with different intentions: i. We have investigated the development of wave-like surface modifications (ripples), which are generated by the bombardment of silicon surfaces under certain angles of incidence with high ion doses. The central aim of these investigations was to verify the nonlinear term of the Kuramoto-Sivashinsky equation, which causes a saturation of the amplitude of the ripples. ii. When virgin a-C:H layers are bombarded with a chemically reactive projectile like nitrogen the initial sputter-yield changes over the applied ion dose, until a new stochiometric composition is reached an the sputter-yield remains constant. The development and progress of this transient was observed using the TU Vienna QCM. At the end the difference between virgin and pre-irradiated surfaces has been investigated. iii. The sputtering-yield and its dependency on the energy had to be determined on both soft and hard amorphous hydrogenated carbon layers, which have been pre-irradiated and have reached the stationary state. Unfortunately these efforts were only partially sucessful reproducible results due to apparent charging of the surface and also due the problems which appeared while trying to avoid these charging effects.
en
Additional information:
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Zsfassung in engl. Sprache
