VERGLEICH MIT ANDEREN METHODEN

lin durch eine andersartige Methode abzusichern . Außerdem wird bei den zu-

UO 2 , LTI-BISO

2. VERGLEICH MIT ANDEREN METHODEN

Aus den bei coated particles verwendbaren Abmessungen (Durchmesser des Spaltstoffkerns 300 . . .600 wm, Dicke der Einzelschicht pyrolytischer Sub-stanz 20 . . .100 um und dem Gesamtdurchmesser 500 . . .1000 um) sind notwendiger-weise zu erreichen für

- Bohrdurchmesser d 10 um ; Bohrtiefe h 200 pm, reproduzierbar - 10%

nach Vorgabe der Strahlparameter, gültig für die verschiedenen Aufbau-substanzen einschließlich SiC und Matrixgraphit;

- Positionierung innerhalb eines Feldes von 10 mm mit ± 1 um Fehler.

Nur beim Einstellen dieser Forderungen konnte die 'Lasermethode' in der Frage des Spaltprodukttransports keramischer Hochtemperaturwerkstoffe neben die bereits etablierten treten . Eine Grobübersicht zeigt Tab 6 .1 näheres wird in der Ausarbeitung / 2/ behandelt . Ihre Grenze hat dieses Verfahren an der gegenüber anderen kleineren Bezugsmasse und - zusammenhängend mit

-dem begrenzten Auflösevermögen der radiometrischen Geräte an der Statistik.

Es erlaubt zusätzlich

- die Bestimmung des Rückhaltevermögens der Spaltstoffmatrix für Spaltprodukte bei intakten Hüllschichten und der Verteilungskoeffizienten

(Adsorptionsisothermen) mit Einbezug des Matrixgraphits;

- die Durchführung von Permeabilitätsmessungen an den Pyrolyseschichten;

- thermodynamische - doch radiometrisch kalte - Versuche für die Entwicklung neuer Pyrolysetechniken.

3 . UNTERSUCHUNGEN ZUR WECHSELWIRKUNG STRAHLUNG - MATERIE

Die optischen Materialparameter wie Berechnungsindex und Absorptionsvermögen zeigen Tensorcharakter und werden bei hohen Strahlintensitäten, wie sie von Pulslasern erzeugt werden können, abhängig von der elektrischen Feldstärke der Strahlung, und zwar nicht allein durch die mit der Energieabsorption ver-bundene Temperaturerhöhung . Für diese Anomalie gibt es stoffspezifische und frequenzabhängige Grenzwerte sehr verschiedener Höhe, oberhalb derer jedes Flächenelement eines Körpers, dessen Flächennormale mit dem Strahlvektor einen Winkel einschließt, der kleiner als ein definierter Grenzwinkel ist, in den Zustand der anomalen Absorption versetzt wird, in dem wie in einem Kippvor-gang die Strahlenergie wie von einem Schwarzen Körper absorbiert werden kann.

Dagegen bleiben alle anderen Flächenelemente im Normalzustand.

Diese Eigenschaft läßt sich ausnutzen vor allem bei elektrischen Leitern und Halbleitern, deren Reflektivität im Ultrarotbereich relativ hoch ist.

Wie Max /13/ aus den Fresnelschen Gleichungen abgeleitet hat, tritt bei lasererodierten Bohrungen über diesen Effekt eine Selbstbündelung der Strah-len auf, wodurch nach der Ausbildung eines nicht notwendigerweise genau konturierten parabolischen oder kegeligen Trichters bei Bohrbeginn, die In-tensität in der Bohrlochspitze auf das Mehrfache des Wertes in der Strahl-taille gesteigert wird dazu Abb . 6 .1 - . Da bei solcher Lochkontur mit zuneh-mender Zahl der Reflexionen der Strahlvektor sich der Flächennormalen nähert, steigt gleichsinnig die applizierbare Strahlintensität . Dazu wird mit jeder Schrägreflexion zugleich die Polarisationsrichtung gedreht und so kann sich die im Primärstrahl vorhandene Linearpolarisation nicht störend auswirken.

Die Phasenkorrelation der Strahlung wird durch diesen Vorgang nicht aufge-hoben, sondern nach und nach durch die Wechselwirkung Photon/Phonon abge-baut ; näheres in /13/ .

-Infolgedessen werden bei angepaßter Strahlapertur und -intensität von der Zylinderkontur abweichende Flächenteile einer Bohrlochwand stärker beaufe schlagt und abgetragen . Die sich damit dem Zylinder nähernde Form der Bohr-lochwand bewirkt ferner, daß ohne Nachstellen des Fokus die in der Spitze applizierte Energie bis zu einer Tiefe von etwa 30 Bohrdurchmessern praktisch konstant bleibt, wie in Abb .6 .2 dargestellt.

Die Experimente zur Parameterstudie bezogen sich auf die

1. Auswahl der günstigsten Wellenlänge und damit des Lasertyps;

2. Bestimmung der tolerierbaren Einwirkzeit

3. Ermittlung der für die verschiedenen auch heterogenen - Materialien nötigen Strahlintensität und der Pulsenergien

4. Möglichkeiten zur Justage-Beobachtung und Mechanisierung des Abtragens.

3 .1 Einbezogen wurden die Lasertypen:

Arg- Kr mit 0 .476 0 .529 um mit und ohne

Angesichts der Beugungsbegrenzung der Strahltaille eines fokussierten Laserstrahls auf den Minimaldurchmesser

d o

2X(m+nA-1) 0 ° 5

n a (311)

mit X = Wellenlänge des Laserlichtes m,n = Ordnung der transversalen Moden na .f/D numerische Apertur des

ab-bildenden Objektivs n = Brechungsindex

x) Vollständige Ableitung durch Kogelnik mit Hilfe Laguerrescher Polynone in "Lasers", A .H .Levine ; H .W . Kogelnik, Decker N .Y ., 1966

des erforderlichen Arbeitsabstandes zwischen Objektiv-Vorderkante und Probe von 30 mm und der Notwendigkeit, die abzutragenden Materialmengen und Bohr-dimensionen aus den Strahlparametern zu bestimmen, waren die Bedingungen für den Laser, die Optik und die Feinmechanik mit sehr enger Toleranz einzuhal-ten.

Da die pyrolytischen Werkstoffe, der Matrixgraphit und die Spaltstoffoxide bzw . -karbide für den sichtbaren Bereich graue Körper darstellen, war Gl .(311) dort am leichtesten zu erfüllen ; jedoch fehlte dann die für tiefe Bohrungen benötigte hohe Reflektivität der zylindrischen Wandungen . In je-dem Fall war nur die Einwirkung eines räumlich und zeitlich stabilen TEMoo -Modes zugelassen . Erfüllbar ist G1 .(311) auch noch mit ^X = 1,06 um, einem Sonderobjektiv mit f = 10 mm, dessen Hauptebene ca . 20 mm vor der vorderen Objektivkante liegt,und dem Durchmesser D = 2 . .3 mm für das Volumen des TEM00-Modes.

Der C02-Laser wurde nur zur Tendenzkontrolle einbezogen, da der Betrieb mit ihm exotische Optik erfordert und die wellenlängenbedingte

Beugungs-grenze d o ihn ausschließt . Doch ergab sich hierbei der erste Hinweis auf die selektive Absorption seiner Strahlung für den heterogenen Reaktorgraphit

und eine sehr hohe Reflektivität der Graphitlamellen selbst bei Temperaturen über 2500°C . Einen Eindruck über die Höhe der Reflektivität verschiedener Stoffe gibt Abb .6 .3.

3 .2 Die nötigen Messungen zum Wechselwirkungsmechanismus Strahlung/Materie (Festkörper und Gasphase) ergaben, daß (/3/,/5/)

zwischen Laserpuls und Thermalisieren seiner Einwirkung bis zum Plasmajet eine Relaxationszeit von ca . 10 ns besteht (s .Abb . 6 .4);

bei Pulsen mit applizierter Energie von 10 -3 J/Spike der Materialdampf mit 3 . . .5 km/s austritt, d .h . zur Zeit der Spitzenintensität eines nor-malen Spikes mit 500 ns HWB tritt eine defokussierende Wechselwirkung mit dem Laserstrahl bereits bis 3 mm oberhalb der Probe ein . (Diese Wechselwirkung ist der Hauptgrund, warum mit einer konventionellen Anlage die hier geforderten Bohrdimensionen nicht eingestellt werden konnten .) Abb . 6 .5, 6 .6;

ein Felddurchbruch aufgrund der hohen elektrischen Feldstärke entstehen kann, bei dem Energie unkontrollierbar dissipiert wird, wenn die Ein-wirkung nicht im Hochvakuum stattfindet ; Abb . 6 .7 ;

-die u .a . von Moenke /4/ berichtete Ausbildung flacher Krater auf einer Fehlanpassung der Strahlparameter beruht;

bei Mischkörpern selektive Abtragung erfolgt, wenn die Schwelle für die anomale Absorption nicht hoch genug überschritten ist ; Abb .

Graphit, Pyrokohlenstoff, Siliziumkarbid, und die Spaltstoffmatrices von den Metallen und transparenten Nichtleitern deutlich verschiedene

Wechselwirkung mit Photonen zeigen . Die Energie scheint überwiegend auf die im Leitfanigkeitsband befindlichen und die beim Puls dorthin angehobenen Elektronen übertragen zu werden . So wurden z .B . mit einer Gegenfeldmethode Elektronenenergien bis 16 eV bei einer Quantenenergie von 1,19 eV gemessen und als maximaler Energieübertrag auf ein einzelnes C-Atom im Plasma 27 .6 eV gefunden /3/ . (Mit Q-Schaltung wurde von

mehreren Autoren die L-Strahlung bei leichten Elementen nachgewiesen .) Als tolerierbare Einwirkzeit, bis zu der noch keine merkliche Strahldissi-pation durch den Plasmaausbruch und entsprechende Konturenverbreiterung entstehen, wurde bei asymmetrischem Pulsverlauf nach Abb . 6 . 9 f ür die Halb-wertbreite 50 ns gefunden . Für Zeiten unter 30 ns bei gleichen Energie-grenzen wurden wiederholt optische Komponenten des Resonators beschädigt.

3 .3 Um sicher zu sein, daß die Pulsenergie mit engen Fehlergrenzen appli-ziert werden kann, muß die Schwelle der anomalen Absorption - bezogen auf das Flächenelement senkrecht zur Strahlrichtung - um das 10 . . .100fache überschritten werden . Das führt zu Leistungsdichten bis 1011 W/cm2. Damit die Schockwelle, die beim Thermalisieren der absorbierten Energie entsteht - bis zu 107 J/cm' keine Randausbrüche bewirkt, ist diese Energie so zu portionieren, daß je Puls in der Tiefe nur etwa 1 um abge-tragen wird und die Pulsfolge so gering ist, daß die Wandtemperatur niedrig bleibt.

Die Zeitkonstante der Thermodiffusion d 2 .p .c

T k (331)

mit d e Durchmesser der Einwirk-zone;

p e Festkörperdichte e p = spezifische Wärme k = Wärmeleitvermögen liegt bei den kleinen Dimensionen z .B . für Pyrokohlenstoff bei 150 ns;

die Halbwertslänge der Temperaturwelle bei einigen um .

-Diese Gegebenheiten zeigen einen weiteren günstigen Effekt : Trotz extremer Oberhitzung der Einwirkzone tritt nur Filmverdampfung auf mit der Konse-quenz, daß sich der Materialdampf quantitativ auf einem Träger niederschla-gen läßt, wenn im Hochvakuum abgetraniederschla-gen wird.

3 .4 Die Einzelheiten zur Justage und Beobachtung, die optisch und fein-mechanisch an die Grenzen des mit konventionellen Mitteln Erreichbaren gehen, werden im Beitrag Max /2/ behandelt . Hier sei nur erwähnt, daß die

Ausleuch-tung der Probe durch einen Laser (He-Ne-Typ) erfolgen muß, und zwar zusammen mit der IR-Strahlung durch dasselbe Objektiv . Die störende Kohärenz des Beob-achtungslichtes wird dabei durch eine rotierende Streuscheibe beseitigt.

Die Koinzidenz der Scharfstellungen für Beobachtungs- und Arbeitsstrahlung läßt sich über ein chromatisches Objektiv erreichen, indem die Verringerung seiner Brennweite für das sichtbare Licht ein reales Zwischenbild in einer berechenbaren Ebene produziert, das dann von einem zweiten Objektiv abgebil-det werden kann . Gleichzeitig liegt bei Verwendung einer Streuscheibe der Quellpunkt für das Beobachtungslicht nicht mehr unendlich fern, und die ausleuchtbare Fläche entspricht der Aperturgrenze des Strahlengangs.

4 . LASERKONZEPT

Diese - z .T . in Widerspruch zueinander stehenden - Vorgaben zum Realisieren der etwas ungewöhnlichen Forderung, über die Wahl der Laserparameter allein Bohrungen nicht über 10 um Durchmesser mit mindestens 100 um Tiefe bei einem Koordinatenfehler von t 1 um in heterogene Materialien reproduzierbar einzu-bringen, ließen sich mit keinem konventionellen Lasersystem erreichen.

Lasertechnisch bedeutet dies, daß trotz kurzer Anschwingzeit ein räumlich und zeitlich glatter Puls (Gaußprofil) zu bilden war, dessen Energie von 10 7

. . . . 3 . 10 -3 J reichen sollte.

Konkurrierende Größen, zwischen denen ein Kompromiß gefunden werden mußte, sind

möglichst großes Modevolumen für TEM 00 , damit die Strahldivergenz klein und die Strahlkaustik eng werden können;

möglichst starke Dämpfung der höheren transversalen Moden;

a Anpassung der axialen Moden zu einem z eitlich glatten Verlauf;

hohe Durchgangsverstärkung (V 'u 2 .6) und kleine Resonator-Umlaufzeit (wegen kurzer Pulszeit) ;

- 73

--- freier Arbeitsabstand Laserobjektiv/Probe 30 mm Hochvakuumbetrieb.

Diese Bedingungen wurden bei der LASAG-Thun mit verschiedenen Resonatoren in konzentrischem, konfokalern, hemikonfokalem und schließlich im quasi-FP-Aufbau mit thermischer Linsenwirkung des YAG-Stabes untersucht, wobei die Ergebnisse der Arbeiten nach /6/ bis /11/ verwertet werden konnten_

überraschend war, daß sich hierbei der FP-Resonator mit interner Modenblende für die Forderungen nach kurzer Halbwertszeit des Pulses T 30 ns bei

hoher axialer und radialer Modenreinheit und guter Reproduzierbarkeit in einem weiten Energiebereich als bester Typ zeigt.

Die theoretische Kontrolle dieser Optimierung steht noch aus.

Die konstruktiven Merkmale der Anlage sind:

1. Elliptischer Reflektor mit stirnseitiger Verspiegelung;

2. getrennte Kühlung für Pumplichtquelle und Laserstab;

3. UV- und 1R-Filterung des Pumplichtes;

4. Streuzylinder um den Laserstab zum radialen und axialen Vergleich-mäßigen des Pumplichtes;

5. Ausnutzen der thermischen Linse;

6. Anpassung des Aktivdurchmessers der Lichtquelle an den des Laserstabes;

7. Strahlaufweitung;

Abb .6 .lozeigt den Querschnitt durch ein mit 200 Pulsen (nach Abb . 6 . erzeugtes Bohrloch;

Abb .6 .lleine Zusammenstellung für verschiedene Werkstoffe.

5 . WEITERE VERWENDBARKEIT DER LASERMETHODE

Neben dem im Beitrag Max / 2/ beschriebenen Einsatz zur Bestimmung des Rückhaltevermögens dotierter Spaltstoffkerne und der Spaltproduktvertei -lung in und an Coated Particles liegen noch weitere Verwendungen nahe /12/:

1. Bestimmung permanenter Gase aus intakten CP;

2. Ermitteln der Spaltstoffkontamination von Pyrolyseschichten der CP während des Herstellungsprozesses;

3. Kontrolle der Korngrenzen- und Porenkorrosion ;

-4. Kontrolle von Entmischungsvorgängen bei der Kristallisation und Verarbeitung vielkomponentiger Werkstoffe;

5. Herstellung feinster Düsen.

Zu 1.

Bringt man ein OP in eine optisch transparente Kapsel, so bleibt das beim Niederbringen einer Bohrung freigesetzte Gas in ihr eingeschlossen.

Das CP selbst kann in einen Seitenansatz abgezogen und dieser dann abge-schmolzen werden.

So lassen sich z .B . die Boudouard-Reaktion beim Herstellen und bei der Hochtemperaturbelastung im Reaktor verfolgen und der Gehalt an 135Xe

und S Kr bestimmen.

Zu 2.

Die herstellungsbedingte Spaltstoffkontamination ist Qualitätsparameter für CP . Ein Lasersystem der vorgestellten Art, gekoppelt mit einem

Laufzeit- oder magnetischen Massentrenner, gestattet nach jedem Fabrika-tionsschritt die Spaltstoffbestimmung in der PyC-Schicht . Bei SiC-Abschei-dung über Halogensilane, kann auf demselben Wege der Resthalogengehalt er-mittelt werden, der innerhalb der SiC-Schale einen Korrosionskreislauf mit dem Spaltstoffkern auszulösen vermag.

Zu 3 . und 4.

Die genaue Orts- und Mengenbestimmung der aus einem Probekörper abgelösten Substanz gibt die Voraussetzung für die optische Spektral- und die neutro-nische Aktivierungsanalyse.

Zu 5.

Feinste Düsen ah ca . 5 um, in dielektrische Plättchen definierter Dicke eingebracht, ermöglichen polarographische Untersuchungen an organischen Molekeln ; ferner sind definierte Eichlecks und Miniaturventile mit

digitalem Schaltverhalten damit zu erstellen .

- 75

6 . ZUSAMMENFASSUNG

Bei allen risikobehafteten Anlagen, insbesondere bei Kernreaktoren, lassen sich die Sicherheitsmargen und Betriebsbedingungen nur mit Kenntnis des physika-chemischen Grundlagengeschehens ermitteln . Dazu zählen das

Ldsungs- und Permeationsverhalten der Spaltprodukte in den Kreislaufwerk-stoffen, ihre Abscheidung und Anlagerung auch innerhalb der einzelnen Phasen- und Materialgrenzflächen.

Die dargestellte Anlage kann hierzu fUr den Mikrobereich einige Beiträge leisten .

METHODE

CHEM . ABLÖSEN NICHT DIREKT

AUSLAUGUNG ERTRÄGLICH STÖREND 0 UMFANG DER AUFBEREITUNG:

ERKENNBAR

1

VERSCHLEPPEN VON AKTIVITÄT:

UNSICHERE BESTIMMUNG DES ORTSPARAMETERS,

2, ELEKTROLYT . AB-LÖSEN

FEN ERKENNBAR PEN VON

SCHLIFFPAR -TIKELN

_ fe ICH 1

14 LASERBEARBEI- SICHTBAR UNWIRKSAM LAGEKORREK- UNW1RK- 0 - LÄNGERE MESSZEITEN, DA

PRO-TUNG TUR VON SAM BENMASSE GEGEN L.-.KLEINER,

HAND ODER SORGSAME ÜBERWACHUNG DES LASERS,

SEK

.-IONEN-MASSEN-MECHANISCH

ltULTRASCHALLBEHANDLUNG DER PRO -BEN NOTWENDIG

DURCH MIKRO- KONTINUIER- (10 KEINE SELEKIION NACH AKTIVEN

SPEKTROMETRIE SKOP .VER- LICH ; KADI- ISOTQPEN, (LERFALLSKETTEN)

GLEICH AL-ABTASTG . NUR KELATIVMESSUNGEN

6 . RÖNTGEN- MIKRO-SADE

_,r _ _ (

⁰ ⁾ WIE 5 .

" Z .B .

Cs,

SR, AG

TAB 6 .1 : VERGLEICH VERSCHIEDENER METHODEN ZUR KONTROLLE VON COATED PARTICLES DEF . : c = NACHWEISGRENZE FÜR OS-KONZENTRATICN, (AUCH 0

AG) ( E m )

-eg -11C9.t.»Ne

W 5 '" ,,m-2 . eS`

YM :N = -5 . 50005+00^54 XM2X , 5 .5000E +O3 A

YMIN . -5-5000E400"'

YMPX 5 .5000E4-00 "up_

ZMIN = 9 .4177E-04

rse

ZMEiX = 2-1170E+00

Imue-Abb .6 .I : Ausgehend vom gaußförmigen Querschnittsprofil der Laserstrahlung, dem tensoriellen Reflexions- und dem intensitätsabhängigen kom-plexen Brechungskoeffizienten wird durch Vielfachreflexion auch bei Tiefe/Durchmesserverhältnis > 10 die Strahldichte in der Bohrlochspitze über die in der Strahltaille erhöht.

Re . : Max /13/

78

H 20 Qm 50 um

0 bi= t0 Qm H=120 Qm

t

fi(Odtmox

Abb . 62

Der Zeitverlauf der für verschie-dene Tiefen eines Bohrlochs je

Laserpuls applizierten Energie zeigt den Einfluß der Selbst-bündelung : Die Energiedichte än-dert sich mit der Tiefe nur wenig.

Ref . : Max /13/

100

1 # 4 1 -4 1: 1 1 1 51r" ,t[r)SeC]

-50-40-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60

Nd :YAG 2nd HARMONIC (.53) He -Ne ( .63) RUBY ( .694)

GLASS . (1 .06)

Abb .6 .3 : Reflektivität verschiedener Metalle in bezug zur Strahlung

mehrerer Laser . Für SiC, hochdichten Pyrokohlenstoff und Graphit liegt diese bei 1 .06 um oberhalb des Ni/Ta-Wertes.

Ref . : Lohen /15/

-Abb .64 : Zeitverzug zwischen Laser-Q-1%1s und optischer Emission des Festkörperdampfes . Dargestellt sind der Emissionsverlauf links nach dem 1 ., 2 . und 5 . Puls, bezogen auf den Fußpunkt der Einwir-kung mit 0 .5 mm Bildhöhe, rechts ein Einzelverlauf mit 200 ns/cm.

Ref . : /5/

Abb .6 .5 Streakaufnahmen zur Ermittlung der Austrittsgeschwindigkeit des Plasmas bei 1 bar Luft.

Links : Zeitbasis 200 ,As

rechts : Zeitbasis 7 os ; 3 : v D - 5 km/sde.

Ref . : /3/

Abb .6 .6 : Wechselwirkung Laserstrahlung/Plasma für frei spikenden Betrieb jeweils von links.

oben : Spikesverlauf, Streakaufnahmen bei 1 bar und 40 bar He (mit invertierter Zeitachse), rechts Wechselwirkung mit Plasma durch senkrechte Streifen angezeigt.

mitte : Streakaufnahmen in He 1 bar und 40 bar ; rechts Nachleuchter des auskühlenden Plasmas

unten : Framingaufnahme in 1 bar 0 2 und 40 bar Ar, rechts nach-leuchtend . Bildfolge obere/untere Zeile abwechselnd, Zeitachse 200 us

Ref . : /3/

-He 10 ; 1 .0 ;0,1 bar N 2 10 ; 1 .0 ; 0 .1 bar Ar 10 ; 1 .0 ; 0 .1 bar Abb .6 .7 : Felddurchbruch bei fokussiertem Q-Puls 1 .06m, 10 md,

HWB 30 ns mit n a = 0 .03 in He,N 2 ,Ar . Der Durchmesser der Leucht-punkte ist ein Maß für die örtlich dissipierte Energie, nicht für die Fokalfläche . Gesamthöhe 7 mm . Der Durchbruch zeigt sich schwach druckabhängig und ist ungefährt proportional zum lonisierungs-potential . Untersucht wurde er in He, 0 2 , N 2 , Luft, Ar von 10 -2

. . . .SO bar . Ref . /5/

Einwirkung eines frei splkendeh hd-fAG-Lasers auf den Grenzbereich R eak^thrgraohlt/Pyrokohlehstoff . 1 Puls (nM-Aufhahme)

Einwirkung eines gütegeschalteten Rd-YAG-Lasers auf Quarzglas 0a 20 um ; H . St um i p eil (immersfonstechnik)

Abb . 6 .8 : Oben : Wird die Schwelle der anomalen Absorption nicht hoch genug überschritten, tritt selektive Abtragung ein wie hier an der Grenze PyC/Reaktorgraphit.

Unten : Bei hoher Leistungsdichte - 10 11 W/cm 2 - tritt auch bei dem hochbelastbaren Quarzglas für 1 = 1 .06 um anomale Absorp-tion auf.

Ref . : LASAG-Versuch und /5/

- 82

Abb6 .9 : Zeitverlauf eines Arbeitspulses mit 40 ns HWB . Der Knick in der fallenden Flanke deutet auf verzögert anschwingende axiale Moden und ist durch Justage zu beseitigen.

Abb6 .lo : Der Schnitt durch ein mit der Lasag-Anlage erzeugtes Bohrloch in Propen/Acetylen-PyC bis zum Kern mit dem Eintrittsdurchmesser 10 um weist an der Verjüngung auf erhöhte Dichte hin .

- ₈₃

-PC 2094 PRÄPARIERT MIT TREI FUGE D

ein

SIC-SCHICHT ZWISCHEN BUFFER- UND i OJ-SCHICHT D 8

PAS3O 1781 EINZELBOHRUNG D 10 pm PROPENSCHICHT

E = 200x31,5 ^J

p = 5^.10^-5 ^mb 'r= 35 ns

SIG-SCHICHT

E = 100x31 .5 _p3

p = 5.10`5 mb t = 35 ns

DTß . 3 x VERGRÖSSERT,

RANDABLAGERUNG VON GESCHMOLZENEM SIE

U02-KERN

E = 100x99,3 p3 p = 5.10^-5 mb

= 35 ns

GESINTERTER U02-KERN (SOL-GEL-TECHNIK) MIT RANDSCHMELZZONE UND SCHRUMPFBRUCH D = m

B 6,11 ANSATZTRICriT"KR VON BOHRUNGEN MIT GROSSEM TIEFEJDURCFFESSERVERHÄLTNIS IN VERSCHIEDENE CP-i'ATERIALIEN, DA SIC EINE BESONDERS POCH LIEGENDE SCHWEIF F DIE ANALE ABSORPTION BESITZT, WIRD SEINE THERMISCHE DISSOZIIERBARKEIT AUSGENUTZT, DIE OBERHALB 25000C MIT MERKLICHER GESCI-RINDIGKEIT ABLUFT : EIN ERSTER PULS GRÖSSERER ENERGIE ERH3Fff DIE TEMPERATUR DER AUFIXEFFSTELLE FÜR DIESEN WERT . DAS SIE DISSOZIIERT OBERFLÄCHLICH MIT BEVORZUGTEM ABDAMPFEN VON SI . DIE VERBLEIBENDE DÜNNE SCHICHTMIT C--DBERSCHUSS HAT EINE SCUNEE F WIE PYC, DA BEI JEDEM FOLGEPULS ERNEUT MATERIAL DISSOZIIERT, KANN DANN MIT GERINGERER ENERGIE ERODIERT WERDEN . DER RINGBRUCH BEIM ÜQ2 IST DURCH KURZZEITIGES EINSCRMELZEN DES MIT MERKLICHEM PORENANTEIL GESINTERTEN OÜ2 ZU VERSTEHEN .

-LITERATUR

/1/ Brit . Commun .Electron 7, 1960, 5 .684

/2/ A .Max : Bestimmung der Spaltproduktfreisetzung und -Verteilung beschichteter Brennstoffteilchen mit der Lasersonde (dieser Bericht Nr . 7)

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Laser-mikro-Emissions-Spektralanalyse ; Moenke-Blankenburg, Akad .Verl .Ges.

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IEEE J .of quantum elektronics 8, Nr . 2, 1972, 5 .239 . . .45 /11/ Patentschriften des Inst .f .Angew .Phys . der Univ . Bern

und der LASAG-Thun

Nrn . : 505 677 ; 528 832 ; 532 992 ; 537 105 ; 545 544 ; 547 690;

547 159 ; 564 262 ; 570 846;

/12/ Patentanmeldung der KFA PT 1 .359

/13/ A .Max : Einfluß des Self-Channeling auf die Intensitätsverteilung an Bohrlochwandungen für die Pulse eines im TEM 00 -Mode

betriebenen Q-geschalteten Lasers ; In Vorbereitung /14/ Genack MacFarlore, R .M . ; Brewet, R .G . :

Optical free-induction decay im LaF :Pr Phys . Rev .Letters 37-16-1976, 5 .107 . 80 /15/ M .L .Cohen : Material Processing;

Laser Handbook :Arrechi, Schulz-Dubois

North-Holl .Publ .Comp . Amsterdam 1972,5,1577-1647

- 85

7, BESTIMMUNG DER SPALTPRODUKT-FREISETZUNG UND -VERTEILUNG BESCHICHTETER BRENNSTOFFTEILCHEN MIT DER LASER-SONDE

VON MAx

Das von Overhoff /1/ konzipierte und in Zusammenarbeit des IRE/KFA mit der Firma LASAG sa entwickelte LASER-System ist in einer modularen Bauweise erstellt . Eine Ansicht dieser Anlage zeigt die Abb . 7 .1.

Die Sonde ist mit einem 4-Niveau-Festkörper-Bohrlaser ausgestattet, der im Grundmodus (TEMJ betrieben wird und mit einer Wellenlänge von 1,06 um arbeitet /2/ . Das eigentliche LASER-aktive Material ist ein Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Kristall (Nd 3+ :YAG), der in einer verspiegelten Pumpkavität gemeinsam mit einer Blitzlampe angeordnet ist . Optimale Repro-duzierbarkeit der emittierten LASER-Pulse wurde bei einer Taktfrequenz der

Pumplichtquelle von 6 Hz erzielt.

Der in Abb . 7 .2 gezeigte Querschnitt durch diesen sog . LASER-Oszillator verdeutlicht die geometrische Anordnung des LASER-Kristalles und der Pump-lichtquelle . Die stimulierte Emission des LASER-Strahles erfolgt in axialer Richtung des Kristalles und somit senkrecht zu der in Abb . 7 .2 gezeigten Schnittebene . Der LASER-Stab und die Blitzlampe sind von optisch transparen-ten Kühlrohren umgeben und werden von entionisiertem Wasser direkt umströmt.

Die durch Kühlung erzielte konstante und einheitliche Oberflächentemperatur des Kristalles reduziert dessen thermische Verformungen, die beim Pumpen des LASER-Stabes infolge inhomogener Ausleuchtung des Kristalles entstehen Auf diese Weise wird die Anregung höherer transversaler Schwingungszustände des Resonators weitgehend unterdrückt.

Die Güte des von den beiden Planspiegeln mit unterschiedlicher Reflektivi-tät begrenzte Fabry-Perot-Resonators des LASERS wird von dem elektroopti-schen Schalter (Güte-Schalter ; Quality Switch) und dem angekoppelten Brewster-Polarisator derart geregelt, daß bei jedem Pumppuls der Blitzlampe ledig-lich ein einziger räumledig-lich und zeitledig-lich gaußförmiger LASER-Puls emittiert

Im Dokument KERNFORSCHUNGSANLAGE JÜLICH GmbH (Seite 79-98)