CZ2009805A3

CZ2009805A3 - Method of extracting soft X-ray radiation from a chamber filled with liquid to vacuum and apparatus for making the same

Info

Publication number: CZ2009805A3
Application number: CZ20090805A
Authority: CZ
Inventors: Prukner@Václav; Kolácek@Karel; Schmidt@Jirí; Štraus@Jaroslav; Frolov@Oleksandr
Original assignee: Ústav fyziky plazmatu Akademie ved Ceské republiky, v. v. i.
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-15
Also published as: CZ305364B6

Abstract

Rešení se týká zpusobu vyvedení mekkého rtg zárení z komory (3) naplnené kapalinou do vakua, pri kterém se využívá exploze kovového drátku (2) uloženého vakuotesne v dielektrické zátce (4) a pripojeného v komore (3) k vysokonapetové elektrode (1), který je v evakuovaném prostoru (6) oddeleném od komory (3) naplnené kapalinou delící stenou (5), v níž je umístená dielektrická zátka (4), pripojený k zemnící elektrode (7). Exploze drátku (2) se vyvolá privedením vysokonapetového elektrického impulzu na vysokonapetovou elektrodu (1), takže dojde k prutoku proudu, který drátek roztaví, odparí a vcetne cásti usporádané v dielektrické zátce (4) zionizuje, takže se v zátce (4) vytvorí plazmatický kanál s parami kovu transparentní pro zárení generované v plazmatickém kanálu vzniklém pri explozi cásti drátku (2) procházející kapalinou a vytvárející kapiláru s kapalnými stenami. Tímto kanálem projde EUV/mekké rtg zárení do vakua. Povrchová stena otvoru v zátce (4) se roztaví a po zániku plazmatického kanálu roztavená hmota materiálu dielektrické zátky (4) otvor v zátce uzavre a ztuhne. Zarízení k provádení tohoto zpusobu sestává z komory (3) naplnené kapalinou, ve které je umístená vysokonapetová elektroda (1) a která je oddelená od evakuovaného prostoru (6) stenou (5). Ve stene (5) je usporádaná dielektrická zátka (4), v jejímž pruchozím otvoru je pred privedením vysokonapetového elektrického impulzu na vysokonapetovou elektrodu (1) kapalinotesne a vakuotesne uložený kovový drátek (2), jehož jeden konec je pripojený k vysokonapetové elektrode (1), zatímco jeho druhý konec vystupující do evakuovaného prostoru (6) je pripojený k zemnící elektrode (7)The present invention relates to a method for bringing a soft X-ray radiation from a chamber (3) filled with liquid into a vacuum, using an explosion of a metal wire (2) housed in a dielectric plug (4) and connected in a chamber (3) to a high-voltage electrode (1). which is in an evacuated space (6) separated from the chamber (3) filled with a liquid partitioning wall (5) in which a dielectric plug (4) is attached, connected to the ground electrode (7). The wire (2) explosion is induced by applying a high voltage electrical pulse to the high voltage electrode (1), so that a current flows through the wire that melts, evaporates, and zionizes, including parts arranged in the dielectric plug (4), to form a plasma in the plug (4). a metal vapor channel transparent to the radiation generated in the plasma channel resulting from the explosion of a portion of the wire (2) passing through the liquid and forming a liquid wall capillary. This channel passes EUV / soft X-ray radiation to vacuum. The surface wall of the aperture in the stopper (4) is melted and, after the disappearance of the plasma channel, the molten mass of the dielectric plug material (4) closes the hole in the stopper and solidifies. The apparatus for carrying out this method consists of a chamber (3) filled with a liquid in which a high voltage electrode (1) is located and which is separated from the evacuated space (6) by a wall (5). A dielectric plug (4) is arranged in the wall (5), in which the fluid-tight and vacuum-tight metal wire (2), one end of which is connected to the high-voltage electrode (1), is fluidly and vacuum-tight before the high-voltage electrical impulse is applied to the high voltage electrode (1) while its other end extending into the evacuated space (6) is connected to the ground electrode (7)

Description

Způsob vyvedení měkkého rentgenového zářeni z komory naplněné kapalinou do vakua a zařízení k provádění tohoto způsobuA method of conducting soft X-ray radiation from a liquid-filled chamber to a vacuum and an apparatus for carrying out the method

Oblast technikyTechnical field

Předložený vynález se týká způsobu vyvedení měkkého rentgenového zářeni z experimentální komory naplněné kapalinou při explozi drátku v kapalině do vakua a zařízení k realizaci tohoto, způsobu.The present invention relates to a method for discharging soft X-ray radiation from a liquid-filled experimental chamber in an explosion of a wire in a liquid into a vacuum and to an apparatus for carrying out the method.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V současné době účinného měkkého používáj i viditelné impulzního rentgenového synchrotrony, femtosekundové se projevuje velká zdroje koherentního záření (XUV). K na volných s nelineární snaha nalezeni i nekoherentního tomuto účelu se záření do lasery lasery vyšších harmonických mezi něž patři plazma elektronech, transformací frekvenci zdroje, generované plazmatické viditelnými a infračervenými impulzními lasery při jejich interakci s plynnými terči i terči z pevných látek včetně kovů, plazma Z-pinčů, X-pinčů, silnoproudých impulznich kapilárních výbojů a explodujících drátků. Má-li se jednat o koherentní zdroje v EUV oblasti a oblasti měkkého rentgenového zářeni, pak z plazmatických zdrojů přicházejí v úvahu jen ty, které mají jeden rozměr výrazně delší než ostatní, tj . s interakcí lineárně fokusovaných laserů s terči nebo s kapilárním výboj ern.Currently effective soft uses visible pulsed X-ray synchrotrons, femtoseconds manifest large sources of coherent radiation (XUV). To loose and nonlinearly attempt to find even incoherent this purpose, radiation to lasers of higher harmonic lasers including plasma electrons, transforming the source frequency, generated by plasma visible and infrared pulsed lasers when interacting with gas targets and solid targets including metals, plasma Z-pins, X-pins, high-current pulsed capillary discharges and exploding wires. If they are to be coherent sources in the EUV and soft X-ray areas, only those that have one dimension considerably longer than the others are eligible from plasma sources. with the interaction of linearly focused lasers with targets or capillary discharge ern.

Nejlevnějši a nejdostupnčjší jsou však silnoproudé impulzni kapilární výboje.However, the most expensive and most affordable are high current pulsed capillary discharges.

Aktuálně se již rutinně dosahuje laserování v kapiláře plněné argonem na vlnové délce 46,88 nm. Kromě toho bylo prokázáno laserování na neonu (Ne) podobné siře (S) (λ 60,8 nm) a neonu (Ne) podobném chloru (Cl ) (λ = 52,9 nm) . Pomineme-li lasery s rekombinačním pumpováním nebo s pumpováním výměnnou náboje, které jsou velmi nespolehlivéAt present, lasering in a capillary filled with argon at a wavelength of 46.88 nm is routinely achieved. In addition, lasering on neon (Ne) sulfur-like (S) (λ 60.8 nm) and neon (Ne) chlorine-like (Cl) (λ = 52.9 nm) has been demonstrated. Leaving aside lasers with recombination or charge exchange, which are very unreliable

- 2 • ·- 1 • ·

a nereprodukovaLelné, nebyl zatím žádný z pokusů o zkráceni vlnové délky laseru úspěšný. Kratší vlnové délky u excitačního pumpováni vyžadují použití iontů par neonu (Ne) nebo niklu (Ni) podobných kovů. Injekce par kovů do kapiláry je však obtížná, a proto bylo zkoušeno dodání atomů stříbra (Ag) do kapaliny ablaci stěn kapiláry z Ag?S, dodání atomu titanu (Ti) do kapiláry ablací struktury segmentovaných kruhů titanu v kapiláře nebo explozí titanového drátku v kapiláře. Ve všech těchLo případech se však páry kovů' usazuji na stěnách kapiláry a významně snižuji její životnost.and non-reproducible, none of the attempts to shorten the laser wavelength has been successful so far. Shorter wavelengths in excitation pumping require the use of neon (Ne) or nickel (Ni) like metal ions. However, injection of metal vapor into the capillary is difficult, and therefore it has been tried to supply silver (Ag) atoms to the liquid by ablating the capillary walls of Ag? S, supplying the titanium atom (Ti) to the capillary by ablating the structure . In all these cases, however, metal vapors settle on the walls of the capillary and significantly reduce its service life.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky popsaného stavu techniky do značné míry odstraňuje způsob vyvedení měkkého rentgenového záření z komory naplněné kapalinou do vakua, při kterém se využívá exploze kovového drátku, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se do dělící stěny mezi komorou naplněnou kapalinou a evakuovaným prostorem vloží dielektričká zátka s otvorem, jímž se kapalinotěsně resp. vakuotěsně provede kovový drátek, který se v komoře naplněné kapalinou připojí k vysokonapěťové elektrodě a v evakuovaném prostoru k zemnicí elektrodě, přivedením vysokonapěťového elektrického impulzu na vysokonapěťovou elektrodu dojde v drátku k průtoku proudu, který drátek roztaví, odpaří a včetně části uspořádané v dielektrické zátce zionizuje, takže se v zátce vytvoří plazmatický kanál s parami kovů. Stejný plazmatický kanál vznikne i při explozi části drátku procházející kapalinou, čímž se vytvoří kapilára s kapalnými stěnami naplněná parami kovů, ve které se generuje hlavni část EUV/měkkého rtg zářeni. Tímto kanálem projde EUV/měkké rtg záření do vakua, povrchová stěna otvoru v zátce se roztaví a po zániku plazmatického kanálu roztavená hmota materiálu dieklektrické zátky otvor v zátce uzavře a ztuhne.The above-mentioned drawbacks of the prior art are largely overcome by the method of conducting soft X-rays from a liquid-filled chamber to a vacuum using an explosion of a metal wire according to the invention, which consists in insert a dielectric plug with an opening through which liquid-tight resp. Vacuum-proof metal wire connects to the high-voltage electrode in the liquid-filled chamber and to the ground electrode in the evacuated area, applying a high-voltage electrical pulse to the high-voltage electrode, providing a current flow in the wire so that a plasma channel with metal vapors is formed in the stopper. The same plasma channel is formed by the explosion of a portion of the wire passing through the liquid, creating a liquid wall capillary filled with metal vapor, in which a major portion of EUV / soft X-ray radiation is generated. This channel passes EUV / soft X-rays into vacuum, the surface wall of the plug opening melts, and after the plasma channel has disappeared, the molten mass of the dieklektric plug material closes and solidifies the plug opening.

Zařízení k prováděni tohoto způsobu sestává z komory naplněné kapalinou, ve které jo umístěná vysokonapěťová elektroda a která je oddělená od evakuovaného prostoru stěnou, ve které sc- vytváří kanál pro průchod EUV/měkkého rtg záření, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že ve stěně je uspořádaná dielektrická zatka v jejímž průchozím otvoru je před přivedením vysokonapěťového elektrického impulzu na vysokonapěťovou elektrodu kapalinotěsně uložený kovový drátek, jehož jeden konec je připojený k vysokonapěťové elektrodě, zatímco jeho druhy konec vystupující do evakuovaného prostoru je připojený k zemnící elektrodě umístěné těsně za zátkou.The apparatus for carrying out this method consists of a liquid-filled chamber in which a high voltage electrode is located and which is separated from the evacuated space by a wall in which it forms a channel for the passage of EUV / soft X-rays according to the invention. a dielectric arrest is provided in the wall in which a liquid-tight metal wire, one end of which is connected to the high-voltage electrode, while the other end projecting into the evacuated space is connected to a grounding electrode located just behind the plug, .

Podle vynálezu je výhodné, je-li axiální. délka clic-lektrické zátky menší než tloušťka dělicí stěny mezi komorou naplněnou kapalnou, zejména vodou, a evakuovaným prostorem, takže zátka nesahá až k vnější ploše dělící stěny přivrácené evakuovanému prostoru.According to the invention, it is advantageous if it is axial. the length of the clic-electric plug is less than the thickness of the partition between the chamber filled with liquid, especially water, and the evacuated space, so that the plug does not extend to the outer surface of the partition wall facing the evacuated space.

Další výhodné provedení zařízení spočívá v tom, že cvakuovaný prostor je vybavený detekčním zařízením, mezi nimž a dielektrickou zátkou resp. přivrácenou plochou dělící stěny je uspořádaná alespoň jedna rychlouzávěrka bránící průniku kapaliny.A further advantageous embodiment of the device consists in that the vacuum chamber is equipped with a detection device between which a dielectric plug or a plug is provided. at least one quick-action fastener preventing liquid penetration is provided by the facing surface of the partition wall.

Zátka je s výhodou válcové, kuželové nebo osazené těleso z plastu nebo keramiky, zejména kruhového příčného průřezu, v němž je koaxiálně s průchozím otvorem pro kovový drátek vyt vořené válcové zahloubení, zejména s kuželovým dnem, které je v pracovním stavu zařízeni otevřené do komory naplněné kapalinou.The plug is preferably a cylindrical, conical or stepped body of plastic or ceramic, in particular a circular cross-section, in which a cylindrical recess is formed coaxially with the metal wire through-hole, in particular with a conical bottom which is open to the chamber liquid.

Podle vynálezu je tak navržené zařízení, ve kterém se vytváří plazmatický kanál s parami kovů s kapalnými stěnami explozi drátku v kapalině. Plazmatický kanál je tak stabilizován blízkou stěnou podobné jako v případě kapilárního výboje, ale stěna tohoto kanálu bude vždy nova.Thus, according to the invention, a device is provided in which a plasma channel with metal vapor with liquid walls is formed by an explosion of a wire in a liquid. The plasma channel is thus stabilized by a near wall similar to that of a capillary discharge, but the wall of this channel will always be new.

Navržený způsob generace EUV/měkkého rtg zářeni se dosud nepoužívá, protože nikdo neumí extrahovat vzniklé záření do vakua, což je jediné prostředí, kde se toto zářeni šíři bez útlumu. Předložený vynález tento problém řeší.The proposed method of generating EUV / soft X-ray radiation has not been used so far, because no one can extract the radiation generated into vacuum, the only environment where the radiation propagates without attenuation. The present invention solves this problem.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Podstata vynálezu bude v následujícím popisu blíže objasněna na ilustrativním přikladu možného konkrétního provedení zařízení znázorněného schematicky na připojeném obr. 1.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be explained in more detail below with reference to an illustrative example of a possible specific embodiment of the apparatus shown schematically in FIG.

Pop i s p ři k ladu konkrétního provedeníAlternatively, with a specific embodiment

Všechny podstatné znaky zařízení na vyvedení EUV/měkkého rtg záření z experimentání komory naplněné kapalinou do vakua podle vynálezu jsou dobře patrné z jeho schematického vyobrazeni na připojeném obr. 1. V komoře 3 naplněné kapalinou jc umístěná vysokonapěťová elektroda 1_. Komora 2 naplněná kapalinou, v níž vybuchuje drátek, je svojí stěnou 5 oddělená od evakuovaného prostoru 6, do kterého se vyvádí EUV/měkkě rtg zářeni. Do stěny 5 je vsazená ze strany komory 3 naplněné kapalinou dielektrická zátka 4 ve tvaru válce, kužele nebo osazeného tělesa, nejlépe kruhového příčného průřezu, která je zhotovená z plastu nebo keramiky a ve své podélné ose má vytvořený průchozí otvor. Tímto otvorem kruhového průřezu prochází kovový drátek 2^, který je v otvoru uložený vakuotěsně. Podle výhodného provedeni může byt draLek 2 v materiálu dielektrické zátky 4 zalitý. V detekční resp. evakuované části 6 zařízení je těsně za zátkou 4 umístěná zemnící elektroda 7, která je připojená k drátku 2.All the essential features of the EUV / soft X-ray device from the experiment of the liquid-filled chamber to the vacuum according to the invention are clearly seen from its schematic illustration in the attached Fig. 1. The high-voltage electrode 7 is placed in the liquid-filled chamber 3. The liquid-filled chamber 2 in which the wire explodes is separated by its wall 5 from the evacuated space 6 into which the EUV / soft X-ray radiation is emitted. A dielectric plug 4 in the form of a cylinder, cone or stepped body, preferably of circular cross-section, made of plastic or ceramic and having a through hole formed in its longitudinal axis, is inserted into the wall 5 from the liquid-filled chamber 3. A metal wire 24 extends through this orifice of circular cross-section and is vacuum-tight in the opening. According to a preferred embodiment, the drawer 2 can be embedded in the material of the dielectric plug 4. In the detection respectively. of the evacuated part 6 of the device is located directly behind the plug 4 a grounding electrode 7, which is connected to the wire 2.

V evakuovaném prostoru 6, vybaveném např. detekčním zařízením, může být s výhodou uspořádaná alespoň jedna ne zná zorněná rychlouzávěra, která umožni průchod EUV/měkkého rtg záření ale nikoli letící kapaliny, která pronikne otvorem v zátce dříve, než se vzniklý kanál zataví.In an evacuated space 6, eg equipped with a detection device, preferably at least one unknown quick-lock can be provided to allow the passage of EUV / soft X-rays but not of the flying liquid that penetrates the opening in the plug before the formed channel is sealed.

Funkce zařízení podle Přivedením vysokonapěťového vyso konapéťovou elektrodu vynálezu je elektrického do které n á sledující. impulzu na je zapájený vysckonapěťový Konec drátku 2, proteče drátkem jj proud, roztaví jej, odpaří a zionizuje včetně té jeho části, která je uvnitř dielektrické zátky £. Tak se vytvoří plazmatrcký kanál, jímž projde EUV/měkké rtg záření do vakua v evakuovaném prostoru 6. Přitom se zároveň roztaví povrchová vrstva otvoru v zátce 4,. Jakmile piazmatický kanál zanikne, roztavený materiál povrchové vrstvy otvoru v zátce ý tento otvor uzavře, zataví jej a ztuhne. Neznázorněná rychlouzávěra se uzavře v takovém čase po explozi drátku 2, že umožní průchod EUV/měkkému rtg zářeni, avšak nikoli letící kapalině.The function of the apparatus according to the introduction of the high voltage high voltage electrode of the invention is the electrical follower. The high-voltage end of the wire 2 is soldered, the current jj flows through the wire, melts it, vaporizes it, and ionizes it, including that part of it that is inside the dielectric plug 6. This creates a plasma channel through which the EUV / soft X-ray radiation passes into the vacuum in the evacuated space 6. At the same time, the surface layer of the opening in the plug 4 melts. Once the piazmatic duct has ceased to exist, the molten surface layer material of the aperture in the plug will close, seal and solidify the aperture. The quick seal (not shown) closes at such a time after the wire 2 explosion that it allows the passage of EUV / soft X-rays, but not the flying liquid.

Průmyslová využitelnost.Industrial applicability.

Vynález se uplatí všude tam, kde budou ke generaci EUV/měkkého rtg koherentního i nekoherentního záření použity explodující drátky ve vodě. Husté, horké plazma kovových par je účinným zdrojem EUV/měkkého rtg záření, které může být použito např. v biologii pro zobrazováni, studium radiačního poškozeni atp., v chemii pro studium rychlých chemických reakci, ve fyzice pro studium povrchů, tenkých vrstev, příměsi v polovodičích, fotoindukovaných procesů, nelineární optiky, dynamiky krystalové mřížky, fázových procesů, pro diagnostiku plazmatu, v technice pro vývoj EUV detektorů, EUV litografie atd.The invention is applicable wherever exploding wires in water will be used to generate EUV / soft X-ray coherent and non-coherent radiation. Dense, hot metal vapor plasma is an efficient source of EUV / soft X-rays, which can be used eg in biology for imaging, radiation damage studies, etc., in chemistry to study rapid chemical reactions, in physics to study surfaces, thin films, admixtures in semiconductors, photoinduced processes, nonlinear optics, crystal lattice dynamics, phase processes, plasma diagnostics, EUV detector development techniques, EUV lithography, etc.

Claims

PATENT CLAIMS

A method for conducting soft X-rays from a liquid-filled chamber to a vacuum using a metal wire explosion characterized in that a dielectric plug with an aperture is inserted into the partition wall between the liquid-filled chamber and the evacuated space by vacuum-sealing the metal. filled with fluid connections and in evacuated liquid-tight resp.

a wire, which in the chamber to the high voltage electrode to the ground electrode, to the high voltage electrode a high voltage electrical pulse, thereby flowing the current, which melts the wire, vaporizes the parts arranged in the dielectric plug to form a plasma channel with metal vapor. the EUV / soft X-rays generated in the plasma channel pass through the channel, including the wire so that in the explosion formed part of the wire passing through the liquid and forming a capillary with liquid walls to vacuum, the surface wall of the hole in the plug will melt and The material of the ductle plug closes the plug hole and solidifies.

An apparatus for carrying out this method consists of a liquid-filled chamber (3) in which a high voltage electrode (1) is located and which is separated from the click chamber A; a wall (h) in which a channel for the passage of the EUV / soft X-ray radiation is formed, characterized in that a wall (5) is provided with a dielectric plug (4) in its through hole before the high voltage electrical pulse is applied to the high voltage electrode ( 1) a liquid-tight and vacuum-tight metal housing (2), one end of which is connected to a high-voltage power supply. To this electrode (1), while its other end protruding into the sounded space (6) it is connected to a grounding electrode ('') located just behind the plug.

Device according to claim 2, characterized in that the axial length of the dielectric plug (4) is less than the thickness of the partition (5) between the chamber (3) filled with liquid, especially water, and the evacuated space (6) so that the stopper (4) does not extend to the outer surface of the partition wall (5) facing the evacuated space (6).

Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the evacuated space (6) is provided with a detection device between which and the dielectric plug (4) and / or the plug (3). at least one quick-release valve for liquid penetration is provided by the facing surface of the partition wall (5).

Device according to claim 2, 3 or 4, characterized in that in the dielectric plug (4) a cylindrical recess is coaxial to the liquid-filled chamber (3) with the hole for the metal wire (2) having a conical bottom.