nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2026-3-40-45nuc-1032Research ArticleСтатьиОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ОБЛУЧЕНИЯ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ИОНАМИ Kr, Xe, He НА УСКОРИТЕЛЕ ДЦ-60OPTIMIZATION OF IRRADIATION PARAMETERS WITH LOW-ENERGY Kr, Xe, He IONS AT THE DC-60 ACCELERATORhttps://orcid.org/0000-0001-5870-9758ТемірӘ. М.ТемiрA. M.

Әділет Махамбетұлы Темір - Инженер технологической службы ДЦ-60. Доктор философии PhD.

Алматы

Almaty

a.temir@inp.kzИвановИ. А.IvanovI. A.

Игорь Александрович Иванов

Алматы; Астана

Almaty; Astana

i.ivanov@inp.kzСапарА. Д.SaparA. D.

Әсет Даулетұлы Сапар

Алматы; Астана

Almaty; Astana

a.sapar@inp.kzУнгарбаевЕ. О.UngarbayevE. O.

Ерулан Онласбекович Унгарбаев

Алматы; Астана

Almaty; Astana

e.ungarbayev@inp.kzБихертЕ. В.BikhertE. V.

Евгений Владимирович Бихерт

Алматы

Almaty

e.bikhert@inp.kzАманжуловБ. С.AmanzholovB. S.

Бауыржан Серикович Аманжулов

Алматы

Almaty

b.amanzhulov@inp.kzСейтбаевА. С.SeitbayevA. S.

Айбек Самиғұллаұлы Сейтбаев

Алматы; Астана

Almaty; Astana

a.seitbek@inp.kzТлеубайИ. К.TleubayI. K.

Ислам Куанышулы Тлеубай

Алматы

Almaty

i.tleubai@inp.kzРГП «Институт ядерной физики» Агентства РК по атомной энергииКазахстанRSE “Institute of Nuclear Physics” of the Agency of the Republic of Kazakhstan for Atomic EnergyKazakhstanРГП «Институт ядерной физики» Агентства РК по атомной энергии; НАО «Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева»КазахстанRSE “Institute of Nuclear Physics” of the Agency of the Republic of Kazakhstan for Atomic Energy; NJSC “L.N. Gumilyov Eurasian National University”Kazakhstan202616102026034045Copyright © Темір Ә.М., Иванов И.А., Сапар А.Д., Унгарбаев Е.О., Бихерт Е.В., Аманжулов Б.С., Сейтбаев А.С., Тлеубай И.К., 20262026Темір Ә.М., Иванов И.А., Сапар А.Д., Унгарбаев Е.О., Бихерт Е.В., Аманжулов Б.С., Сейтбаев А.С., Тлеубай И.К.Темiр A.M., Ivanov I.A., Sapar A.D., Ungarbayev E.O., Bikhert E.V., Amanzholov B.S., Seitbayev A.S., Tleubay I.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/1032

В статье представлены результаты оптимизации режимов формирования низкоэнергетических ионных пучков Kr, Xe и He на ускорительном комплексе ДЦ-60, предназначенных для моделирования радиационных повреждений материалов. Выполнена модернизация электронно-циклотронного резонансного источника многозарядных ионов с заменой DECRIS-3 на DECRIS-3M, а также проведена оптимизация параметров ЭЦР-источника, системы инжекции, транспортировки и сканирования ионного пучка. Исследованы зарядовые состояния и интенсивности рабочих пучков, определены оптимальные режимы их формирования и обеспечено равномерное распределение плотности тока по поверхности мишени. Установлено, что средний ток пучка на мишени увеличился с 45 до 77 мкА для ионов He2+, с 13 до 26 мкА для Kr15+ и с 6 до 14 мкА для Xe23+, что соответствует увеличению в 1,7, 2,0 и 2,3 раза соответственно. Полученные результаты позволяют сократить время достижения требуемого флюенса и повысить эффективность проведения экспериментов по моделированию радиационных повреждений материалов.

This paper presents the results of optimizing the operating modes for the formation of low-energy Kr, Xe, and He ion beams at the DC-60 accelerator complex intended for simulation of radiation damage in materials. The electron cyclotron resonance (ECR) source of highly charged ions was upgraded by replacing the DECRIS-3 source with the modernized DECRIS-3M. In addition, the operating parameters of the ECR ion source, beam injection, transport, and scanning systems were optimized. The charge-state distributions and beam intensities were investigated; optimal beam formation conditions were determined, and a uniform beam current density distribution over the target surface was achieved. The average beam current on the target increased from 45 to 77 μA for He2+ ions, from 13 to 26 μA for Kr15+ ions, and from 6 to 14 μA for Xe23+ ions, corresponding to increases by factors of 1.7, 2.0, and 2.3, respectively. The obtained results reduce the time required to achieve the desired ion fluence and improve the efficiency of radiation damage simulation experiments in materials.

криптонксенонгелийнизкие энергииускорительkryptonxenonheliumlow-energy ionsacceleratorДанное исследование финансировалось Министерством науки и высшего образования Республики Казахстан (ИРН AP27511429 «Исследование радиационной стойкости карбидных покрытий под влиянием низкоэнергетического облучения ионами Kr, Xe, He»)ReferencesWas G.S. Challenges to the use of ion irradiation for emulating reactor irradiation. Journal of Materials Research. 2015; 30(9):1158–1182. https://doi.org/10.1557/jmr.2015.73Was G.S. Challenges to the use of ion irradiation for emulating reactor irradiation. Journal of Materials Research. 2015;30(9):1158–1182. https://doi.org/10.1557/jmr.2015.73Taller S., Van Coevering G., Wirth B.D., Was G.S. Predicting structural material degradation in advanced nuclear reactors with ion irradiation. Scientific Reports. 2021; 11:2949. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82512-wTaller S., Van Coevering G., Wirth B.D., Was G.S. Predicting structural material degradation in advanced nuclear reactors with ion irradiation. Scientific Reports. 2021;11:2949. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82512-wТемир А.М., Иванов И.А., Колобердин М.В., Сапар А.Д., Мустафин Д.А., Унгарбаев Е.О., Бихерт Е.В., Аманжулов Б.С., Сейтбаев А.С., Сембаев С.С., Тлеубай И.К. Оптимизация параметров ускорителя ДЦ-60 для облучения ПЭТФ-плёнок тяжелыми ионами Kr. Вестник НЯЦ РК. 2025; (2):165–173.Temir A.M., Ivanov I.A., Koloberdin M.V., Sapar A.D., Mustafin D.A., Ungarbayev E.O., Bikhert E.V., Amanzholov B.S., Seitbayev A.S., Sembayev S.S., Tleubay I.K. Optimization of DC-60 accelerator parameters for irradiation of PETF films with heavy Kr ions. Bulletin of the National Nuclear Center of the Republic of Kazakhstan. 2025;(2):165–173.Gikal B., Dmitriev S., Apel P., Bogomolov S., Borisov O., Buzmakov V., Gulbekyan G., Ivanenko I., Ivanov O., Itkis M., Kazarinov N., Kalagin I., Kolesov I., Papash A., Paschenko S., Tikhomirov A., Khabarov M. DC-60 heavy ion cyclotron complex: The first beams and project parameters. Instruments and Experimental Techniques. 2008; 51(5):642–644. https://doi.org/10.1134/S1547477108070248Gikal B., Dmitriev S., Apel P., Bogomolov S., Borisov O., Buzmakov V., Gulbekyan G., Ivanenko I., Ivanov O., Itkis M., Kazarinov N., Kalagin I., Kolesov I., Papash A., Paschenko S., Tikhomirov A., Khabarov M. DC-60 heavy ion cyclotron complex: The first beams and project parameters. Instruments and Experimental Techniques. 2008;51(5):642–644. https://doi.org/10.1134/S1547477108070248Иванов И., Курахмедов А., Самбаев Е., Здоровец М., Логинов В., Богомолов С., Бондарченко А., Колобердин М., Сапар А., Унгарбаев Е., Темір А., Мустафин Д., Абдугалимов, Г. Modernization of ECR-source DECRIS-3. Bulletin of the L.N. Gumilyov Eurasian National University. Physics. Astronomy Series. 2022; 134(1):29–36.Ivanov I.A., Koloberdin M.V., Kurakhmedov A.E., Sapar A.D., Mustafin D.A., Temir A.M., Ungarbayev E.O., Bikhert E.V., Amanzholov B.S., Seitbayev A.S., Sembayev S.S., Tleubay I.K., Zdorovets M.V. Production of Kr15+ ions with an energy of 1.75 MeV/u at the heavy ion accelerator. Journal of the Nuclear Society of Kazakhstan. 2024;1(64):78–90.Иванов И.А., Колобердин М.В., Курахмедов А.Е., Сапар А.Д., Мустафин Д.А., Темiр А.М., Унгарбаев Е.О., Бихерт Е.В., Аманжулов Б.С., Сейтбаев А.С., Сембаев С.С., Тлеубай И.К., Здоровец М.В. ПОЛУЧЕНИЕ Kr15+ с энергией 1.75 МэВ/нуклон на ускорителе тяжёлых ионов. Журнал ядерного общества Казахстана. 2024 ;( 1(64)):78–90.Иванов И.А., Колобердин М.В., Курахмедов А.Е., Сапар А.Д., Мустафин Д.А., Темiр А.М., Унгарбаев Е.О., Бихерт Е.В., Аманжулов Б.С., Сейтбаев А.С., Сембаев С.С., Тлеубай И.К., Здоровец М.В. ПОЛУЧЕНИЕ Kr15+ с энергией 1.75 МэВ/нуклон на ускорителе тяжёлых ионов. Журнал ядерного общества Казахстана. 2024 ;( 1(64)):78–90.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.