Az Atomkiban üzemel az egyetlen magyar elektron-ciklotronrezonanciás (ECR) ionforrás (ECRIS). Az Atomki Részecskegyorsító Központjának tagjaként az ECRIS egy önálló kisenergiás gyorsítóberendezésként szolgáltat plazmát és ionnyalábot.

Fő felhasználási területei:

• alapkutatás (asztrokémia, atomfizika, plazmafizika) és
• gyakorlati alkalmazások (felületfizika, orvosi implantátumok).

Az Atomki ECR ionforrása egy közepes méretű berendezés és - ellentétben nevével - valójában egy kisenergiás részecskegyorsító plazmák és ionnyalábok előállítására széles részecske-, töltés- és energiatartományban.

Plazma- és ionválaszték:

• H, He, N, O, Ne, Si, Ar, Kr, Xe (gázokból) és
• Ca, Ni, Fe, Zn, C, C₆₀, Au, Ag, Pb (szilárdakból).

Az ionnyalábok töltése és energiája egy felső határig növelhető. A legnagyobb elért töltésállapot a mai napig 30 (arany-nyalábok esetén), amely magyar rekord.

A gáz és szilárd halmazállapotú anyagokból létrehozott ionnyaláb-választékot és a különböző töltésállapotokhoz tartozó nyalábintenzitást az alábbi két grafikon (1-2.) mutatja be. A teljes kinetikus nyalábenergia folytonosan változtatható 50 eV és 900 keV között.

Az ECR laboratóriumban számos atom- és plazmafizikai, asztrokémiai kutatás folyik, például plazmadiagnosztika, röntgenspektroszkópia, infraspektroszkópia, ion - felület és ion - vékonyrétegek kölcsönhatásának vizsgálata. Az ígéretes gyakorlati alkalmazások közül említésre méltó a funkcionalizálás: az ECR-rel előállított plazmák vagy ionnyalábok hatására egy adott cél érdekében megváltoznak az anyagok (például orvosi implantátumok) felületének tulajdonságai.

Az ECR ionforrás gyorsítóterének felülnézeti rajza látható a lenti (3.) képen. Két nyalábcsatorna lett kialakítva 90 és 55 fokos eltérítő mágnesekkel. Felületmódosító besugárzásokra 0 és 90 fokon elhelyezett céltárgy-kamrákban van lehetőség. A nyalábvégeken atomfizikai és asztrokémiai kutatások ütköztető kamrái találhatók.

A lejátszódó folyamatok vizsgálatát a legmodernebb spektrometriai és spektroszkópiai eszközök segítik:

• FTIR - Fourier Transform InfraRed,
• TOF - Time-Of-Flight,
• QMS - Quadrupole Mass Spectrometer.

Kattintson a képekre a megtekintéshez.

1-2. Nyalábintenzitások a töltésállapot függvényében gáz (balra) és szilárd (jobbra) halmazállapotok esetén.

3. Az ECR ionforrás gyorsítóterének felülnézeti rajza.

Videók:

• Laboratories of Atomki: ECR (animation)

• ECR ionforrás - Hogyan működik?

• ECR ionforrás - Mire jó?

Kapcsolódó publikációk:

• S. Biri, R. Rácz, J. Pálinkás:
  Status and special features of the Atomki ECR ion source
  Review of Scientific Instruments 83 (2012) 341
• S. Biri, I. K. Vajda, P. Hajdu, R. Rácz, A. Csík, Z. Kormány, Z. Perduk, F. Kocsis, I. Rajta:
  The Atomki Accelerator Centre
  European Physical Journal Plus 136 (2021) 247

Kapcsolódó fejlesztési projektek:

• GINOP-2.2.1-15-2016-00012; eMFC: Újszerű ipari integrált irányítási szoftver keretrendszer kutatása és alkalmazása kísérleti fizikai nagyberendezésekre

Kapcsolódó tudományos projektek:

• EURO-LABS: Európai laboratóriumok a gyorsító-alapú tudományért
• 2019-2.1.11-TÉT-2020-00154; Implantátumok csontosodási folyamatának javítása atomi rétegnövesztés módszerrel készült alumínium- és titán-oxid kettős rétegekkel
• H2020-EU.1.4.1.2. Grant Agreement ID 871149; Europlanet 2024 Kutatási Infrastruktúra