DE4122085A1

DE4122085A1 - RADIATION HARDNESS OPTICAL OBJECTS MADE OF SINGLE CRYSTAL DIAMOND HIGH ISOTOPIC PURITY

Info

Publication number: DE4122085A1
Application number: DE4122085A
Authority: DE
Inventors: Thomas Richard Anthony; James Fulton Fleischer; William Frank Banholzer; Roger Welton Pryor; Gene Paul Reck; Pao-Kuang Kuo; Erhard William Rothe
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1992-01-16
Also published as: FR2664389A1; GB9114719D0; GB2247561A; KR920002828A; IE911469A1; JPH04234001A; CA2042269A1

Description

Die Erfindung betrifft strahlungsharte optische Gegenstände und mehr im besonderen Gegenstände, die aus einer einzigartigen Gattung einkristalliner Diamantmaterialien hergestellt sind.The invention relates to radiation-hard optical objects and more especially items that come from a unique genus of single-crystal diamond materials are made.

Es gab kürzlich ein beträchtliches Interesse an der Entwicklung von Materialien, die beständig sind gegenüber Beschädigung durch auftreffende Strahlung. Solche Materialien sind von Wert bei der Herstellung optischer Gegenstände, die mit oder als Teil von Lasern benutzt werden können. Dies ist besonders richtig im Falle der freie-Elektronen-Laser, die außerordentlich schwierig zu übertragen, fokussieren oder reflektieren sind, weil die dadurch erzeugte Strahlung intensiv ist. Derzeit müssen Spiegel für solche Laser in Abständen von Tausenden von Metern angeordnet werden, weil eine nähere Anordnung zu irreversiblen Strahlungsschäden am Spiegel führt.There has recently been considerable interest in the Development of materials that are resistant to Damage from incident radiation. Such Materials are of value in manufacturing optical Objects used with or as part of lasers can be. This is especially true in the case of free electron lasers that are extremely difficult to get are transmitted, focused or reflected because the radiation generated thereby is intense. Currently have to Mirrors for such lasers at thousands of intervals Meters can be arranged because a closer arrangement too irreversible radiation damage to the mirror.

In der anhängigen Patentanmeldung P 40 38 190.0 sind einkristalline Diamant-Zusammensetzungen offenbart, die die höchste thermische Leitfähigkeit aller bekannten Materialien aufweisen. Diese Zusammensetzungen sind durch ihre isotope Reinheit charakterisiert, die mindestens 99,2 Gew.-% beträgt. Verschiedene Brauchbarkeiten für solche Diamant sind offenbart, einschließlich die für thermische Leiter, Schleifmittel und lichtfiltrierende Gegenstände.In the pending patent application P 40 38 190.0 single crystalline diamond compositions which disclose the highest thermal conductivity of all known Have materials. These compositions are through characterized their isotopic purity, which is at least 99.2 % By weight. Different usabilities for such Diamond are disclosed, including those for thermal Ladders, abrasives and light filtering objects.

Die derzeitige Erfindung beruht auf der Feststellung, daß einkristalliner Diamant hoher isotopischer Reinheit durch eine außerordentlich hohe Beständigkeit gegenüber Strahlung charakerisiert ist. Mehr im besonderen erwies sich einkristalliner Diamant, der 99,9% Kohlenstoff-12 umfaßt, als eine Strahlungs-Beschädigungsschwelle aufweisend, die mehr als das 10-fache des Wertes beträgt, der für einkristallinen Diamant normaler Isotopenreinheit gilt (d. h. 98,9% Kohlenstoff-12 und 1,17% Kohlenstoff-13).The present invention is based on the finding that monocrystalline diamond of high isotopic purity an extraordinarily high resistance to radiation is characterized. More in particular turned out to be single crystal diamond comprising 99.9% carbon-12 as having a radiation damage threshold that is more than 10 times the value for monocrystalline diamond of normal isotope purity applies (i.e. 98.9% carbon-12 and 1.17% carbon-13).

Demgemäß schließt die Erfindung optische Gegenstände ein, die beständig sind gegenüber Strahlungsschäden, wobei diese Gegenstände einkristallinen Diamant umfassen, der zumindest aus 99,2 Gew.-% Kohlenstoff-12 oder Kohlenstoff-13 besteht.Accordingly, the invention includes optical objects which are resistant to radiation damage, whereby this Articles include single crystal diamond, at least consists of 99.2% by weight of carbon-12 or carbon-13.

Ein wesentliches Merkmal der Gegenstände dieser Erfindung ist die Verwendung von einkristallinem Diamant zu ihrer Herstellung, der an Kohlenstoff-12 oder Kohlenstoff-13 angereichert worden ist. Wie im folgenden erläutert, wurde festgestellt, daß die Zunahme in der Strahlungshärte, die sich aus der Anwendung chemisch und isotopenmäßig reinen Kohlenstoffes ergibt, ungeheuer viel größer ist, als auf der Grundlage theoretischer Betrachtungen erwartet werden würde. Diese Isotopenverteilung des Diamant sollte mindestens 99,2 Gew.-% Kohlenstoff-12 oder Kohlenstoff-13 betragen, wobei Kohlenstoff-12 bevorzugt ist. Dies bedeutet, daß das andere Isotop in einer Maximalmenge von 8 Teilen auf 1000 vorhanden sein sollte. Eine Isotopenverteilung von mindestens 99,9% ist bevorzugt.An essential feature of the objects of this invention is the use of single crystal diamond for their Manufacture based on carbon-12 or carbon-13 has been enriched. As explained below, found that the increase in radiation hardness that are chemically and isotopically pure from the application Carbon results in being enormously much larger than on based on theoretical considerations would. This isotope distribution of the diamond should at least 99.2% by weight carbon-12 or carbon-13 amount, with carbon-12 being preferred. This means that the other isotope in a maximum amount of 8 Divide should exist on 1000. A Isotope distribution of at least 99.9% is preferred.

Es können verschiedene Verfahren für die Herstellung von isotopenmäßig angereichtem Diamant angewendet werden. Allgemein schließen sie alle die folgenden Stufen ein:There can be various methods of making diamond isotopically enriched. Generally, they all include the following levels:

A) Prepare diamond that isotope-like enriched carbon-12 or carbon-13 and
B) Convert this diamond to single crystal diamond by diffusion through a metallic Catalyst / solvent material to an area that contains a diamond seed, under high pressure.

In Stufe A kann eine gasförmige Kohlenstoffverbindung, wie Kohlenmonoxid, in Kohlenstoff-12- und Kohlenstoff-13- Bestandteile aufgrund von Unterschieden im Diffusionsvermögen getrennt werden, und die Kohlenstoff-12- Fraktion, wird nach an sich bekannten Verfahren, wie Verbrennen in einer reduzierenden Flamme im Falle von Kohlenmonoxid, in festen Kohlenstoff umgewandelt. Der so gebildete Kohlenstoff kann dann unter üblichen Bedingungen in Diamant umgewandelt werden, die hohe Temperatur und hohen Druck oder chemisches Vakuumabscheiden einschließen.In stage A, a gaseous carbon compound, such as Carbon monoxide, in carbon 12 and carbon 13 Components due to differences in Diffusivity are separated, and the carbon-12 Fraction, is according to methods known per se, such as Burn in a reducing flame in the case of Carbon monoxide, converted to solid carbon. The way formed carbon can then under normal conditions can be converted into diamond, the high temperature and include high pressure or chemical vacuum deposition.

Alternativ können andere Verfahren, einschließlich der Schockbildung und chemisches Dampfabscheiden unter Bedingungen benutzt werden, die eine Mischung aus Diamant und Graphit erzeugen. In Verfahren der letzteren Art konzentrieren sich die Kohlenstoff-13-Bestandteile in der Diamantphase und die Kohlenstoff-12-Bestandteile in der Graphitphase. Andere Diamant-Vorläufer, die in angereichter Form benutzt werden können, schließen pyrolytischen Graphit, amorphen oder glasförmigen Kohlenstoff, flüssige Kohlenwasserstoffe und Polymere ein. Alternatively, other methods, including the Shock formation and chemical vapor deposition under Conditions are used that are a mixture of diamond and produce graphite. In proceedings of the latter kind concentrate the carbon-13 components in the Diamond phase and the carbon-12 components in the Graphite phase. Other diamond precursors that are enriched in Form can be used, include pyrolytic Graphite, amorphous or glassy carbon, liquid Hydrocarbons and polymers.

Es wird üblicherweise festgestellt, daß konventionelle Verfahren der Diamantbildung durch chemisches Dampfabscheiden für die Herstellung von isotopenmäßig reinem Diamant am bequemsten sind. Bei solchen Verfahren wird eine Diamantschicht auf mindestens einem Substrat abgeschieden. Es kann irgendein Substratmaterial, das für die Diamantabscheidung darauf geeignet ist, benutzt werden. Beispiele solcher Materialien sind Bor, Bornitrid, Platin, Graphit, Molybdän, Kupfer, Aluminiumnitrid, Silber, Eisen, Nickel, Silizium, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid sowie deren Kombinationen. Substrate aus metallischem Molybdän sind unter vielen Bedingungen besonders geeignet und häufig bevorzugt.It is commonly found that conventional Process of diamond formation by chemical Vapor separation for the production of isotope-like pure diamond are most convenient. In such procedures becomes a diamond layer on at least one substrate deposited. There may be any substrate material that is suitable for the diamond deposition thereon can be used. Examples of such materials are boron, boron nitride, platinum, Graphite, molybdenum, copper, aluminum nitride, silver, iron, Nickel, silicon, aluminum oxide and silicon dioxide as well their combinations. Metallic molybdenum substrates are particularly suitable and common under many conditions prefers.

Das Verfahren der chemischen Dampfabscheidung von Diamant auf einem Substrat ist bekannt und dessen Einzelheiten brauchen hier nicht wiederholt zu werden. Kurz gesagt, erfordert es eine energiereiche Aktivierung einer Mischung aus Wasserstoff und einem Kohlenwasserstoff, üblicherweise Methan, woraufhin das Wasserstoffgas in atomaren Wasserstoff umgewandelt wird, der mit dem Kohlenwasserstoff unter Bildung elementaren Kohlenstoffes reagiert. Dieser Kohlenstoff scheidet sich dann in Form von Diamant auf dem Substrat ab. Die Aktivierung kann in üblicher Weise erfolgen, einschließlich energiereicher Aktivierung, die aus molekularem Wasserstoff atomaren Wasserstoff erzeugt. Solche üblichen Mittel schließen thermische Einrichtungen, wie erhitzte Drähte, Flammeneinrichtungen, Gleichstrom- Entladungseinrichtungen und Bestrahlungseinrichtungen, wie Mikrowellen- und Hochfrequenz-Strahlung oder ähnliches, ein.The process of chemical vapor deposition of diamond on a substrate is known and its details need not be repeated here. In a nutshell, it requires an energetic activation of a mixture from hydrogen and a hydrocarbon, usually Methane, whereupon the hydrogen gas in atomic Hydrogen is converted using the hydrocarbon reacted to form elemental carbon. This Carbon then separates in the form of diamond on the Substrate. Activation can be done in the usual way occur, including high-energy activation that Atomic hydrogen generated from molecular hydrogen. Such common means include thermal devices, such as heated wires, flame devices, direct current Discharge devices and radiation devices, such as Microwave and radio frequency radiation or the like, a.

Thermische und insbesondere Verfahren unter Einsatz erhitzter Drähte, die ein oder mehrere Widerstandseinheiten anwenden, die erhitzte Drähte oder Fäden einschließen, werden häufig für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bevorzugt. In solchen Verfahren bestehen die Fäden üblicherweise aus metallischem Wolfram, Tantal, Molybdän und Rhenium. Wegen seiner relativ geringen Kosten und besonderen Geeignetheit wird Wolfram besonders häufig bevorzugt. Fadendurchmesser von etwa 0,2 bis 1,0 mm sind üblich, wobei 0,8 mm häufig bevorzugt sind. Abstände von Fäden zu Substraten liegen im allgemeinen in der Größenordnung von 5 bis 10 mm.Thermal and in particular processes using heated wires containing one or more resistance units apply that include heated wires or threads, are commonly used for the purposes of the present invention prefers. The threads exist in such processes usually made of metallic tungsten, tantalum, molybdenum and rhenium. Because of its relatively low cost and Tungsten is particularly suitable prefers. Thread diameters are from about 0.2 to 1.0 mm usual, 0.8 mm are often preferred. Distances from Threads to substrates are generally in the The order of 5 to 10 mm.

Diese Fäden werden üblicherweise auf Temperaturen von mindestens 2000°C erhitzt, und die optimale Substrattemperatur liegt im Bereich von 900 bis 1000°C. Der Druck in dem Abscheidebehälter wird bei bis zu etwa 760 Torr gehalten, üblicherweise in der Größenordnung von 10 Torr. Die Mischung aus Wasserstoff und Kohlenwasserstoff enthält Kohlenwasserstoff allgemein in einer Menge von bis zu etwa 2 Vol.-% auf der Grundlage der Gesamtgase. Für eine Beschreibung beispielhafter Verfahren zum chemischen Dampfabscheiden zur Diamantherstellung wird auf die US-Sn 49 70 986 und 49 53 499 Bezug genommen.These threads are usually at temperatures of heated at least 2000 ° C, and the optimal Substrate temperature is in the range of 900 to 1000 ° C. The Pressure in the separation tank is up to about 760 Torr kept, usually on the order of 10 Torr. The mixture of hydrogen and hydrocarbon contains hydrocarbon generally in an amount of up to about 2% by volume based on the total gases. For one Description of exemplary methods for chemical Vapor deposition for diamond production is based on the US Sn 49 70 986 and 49 53 499 referenced.

Isotopenmäßig angereicherter Kohlenwasserstoff wird bei dem Verfahren zum chemischen Dampfabscheiden verwendet, wenn letzteres Verfahren angewendet wird. Um dessen Verunreinigung zu vermeiden, ist es wichtig, eine Ausrüstung anzuwenden, die natürlichen Kohlenstoff nicht als Verunreinigung enthält. Für diesen Zweck sollte die Kammer zum chemischen Dampfabscheiden aus Materialien konstruiert sein, die im wesentlichen nicht in der Lage sind, Kohlenstoff aufzulösen. Typische Materialien dieser Art sind Quarz und Kupfer.Isotope-enriched hydrocarbon is used in the Chemical vapor deposition process used when the latter method is used. For that To avoid contamination, it is important to Apply equipment that doesn't use natural carbon contains as an impurity. For this purpose, the Chemical vapor deposition chamber made of materials constructed that are essentially unable are to dissolve carbon. Typical materials of this Kind are quartz and copper.

Die Dicke der durch chemische Dampfabscheidung auf das Substrat aufgebrachten Diamantschicht ist nicht kritisch. Im allgemeinen ist es geeignet mindestens so viel Diamant abzuscheiden, wie erforderlich ist, um einen Einkristall der erwünschten Größe herzustellen. Natürlich ist die Herstellung einer größeren Menge von durch chemisches Dampfabscheiden aufgebrachtem Diamant zum Einsatz bei der Herstellung mehrerer Kristalle vorgesehen. The thickness of the chemical vapor deposition on the Substrate applied diamond layer is not critical. In general, it is suitable at least as much diamond deposit as required to make a single crystal the desired size. Of course it is Manufacture of a larger amount by chemical Vapor deposited diamond for use in the Production of several crystals provided.

Es ist möglich, das Produkt des Verfahrens zum chemischen Dampfabscheiden direkt in Diamant hoher thermischer Leitfähigkeit umzuwandeln, indem man eine Hochdruckeinrichtung benutzt, wie im folgenden beschrieben wird, wobei das Produkt in Form einer Platine, Platte oder gebrochener Stücke benutzt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird jedoch am wirksamsten ausgeführt, wenn der isotopenmäßig angereicherte Diamant zuerst zerkleinert wird.It is possible to use the product of the chemical process Vapor deposition directly in high thermal diamond Convert conductivity by using a High pressure device used as described below is, the product in the form of a board, plate or broken pieces is used. The invention However, the most effective procedure is when the Diamond isotopically enriched first crushed becomes.

Die Zerkleinerung kann in üblicher Weise erfolgen, wie durch Zerstoßen und pulverisieren. Die Teilchengröße ist nicht kritisch, solange ein genügender Grad der Zerkleinerung erhalten wird. Die als "Diamantgrieß" bekannte Form ist geeignet.The comminution can be carried out in a conventional manner, such as by crushing and pulverizing. The particle size is not critical as long as a sufficient degree of Crushing is obtained. The "diamond semolina" known form is suitable.

Stufe B, die Herstellung von einkristallinem Diamant, ist üblich, ausgenommen, daß das der in Stufe A erzeugte isotopenmäßig angereicherte Diamant als Rohmaterial benutzt wird. Man erreicht zwei Dinge, indem man Diamant statt Graphit oder einer anderen allotropen Form des Kohlenstoffes als Rohmaterial benutzt:Stage B is the manufacture of single crystal diamond usual, except that that generated in stage A. isotope-enriched diamond used as raw material becomes. You can do two things by using diamond instead Graphite or another allotropic form of Carbon used as raw material:

Es kann ein leicht erhaltenes isotopenmäßig angereichertes Material benutzt werden und die Volumenkontraktion, die bei der Umwandlung von Graphit und anderen allotropen Formen in Diamant auftritt, wird vermieden, was die Herstellung eines Einkristalles regulärer Struktur und hoher Qualität gestattet.It can be an easily preserved isotope-enriched Material can be used and the volume contraction that occurs when converting graphite and other allotropic shapes occurring in diamond avoided what the manufacture of a single crystal regular structure and high quality allowed.

Der Prozeß der Herstellung von einkristallinem Diamant unter hohem Druck ist ebenfalls bekannt, und eine detaillierte Beschreibung davon wird nicht für erforderlich angesehen. Es wird in diesem Zusammenhang z. B. Bezug genommen auf die "Encyclopedia of Physical Science & Technology", Band 6, Seiten 492 bis 506, Academic Press, Inc. 1987; das Buch von Strong "The Physics Teacher" Januar 1975, Seiten 7 bis 13 und die US-PS 40 73 380 und 40 82 185, um allgemeine Beschreibungen des Verfahrens zu erhalten. Dieses Verfahren schließt allgemein die Diffusion des Kohlenstoffes, das als Quellenmaterial eingesetzt wird, durch ein flüssiges Bad eines metallischen Katalysator- Lösungsmittels-Materials ein, und zwar bei Drucken in der Größenordnung von 50 000 bis 60 000 bar und bei Temperaturen im Bereich von etwa 1300 bis 1500°C. Ein negativer Temperaturgradient, üblicherweise von etwa 50°C, wird vorzugsweise zwischen dem umgewandelten Material und dem Abscheidungsbereich aufrechterhalten, der den Diamantkeim enthält, auf dem das Kristallwachstum beginnen kann.The process of manufacturing single crystal diamond under high pressure is also known, and a detailed description of it is not required for viewed. In this context, e.g. B. Reference taken on the "Encyclopedia of Physical Science & Technology ", volume 6, pages 492 to 506, Academic Press, Inc. 1987; Strong's book "The Physics Teacher" January 1975, pages 7 to 13 and US-PS 40 73 380 and 40 82 185 to provide general descriptions of the process receive. This process generally excludes diffusion the carbon used as source material through a liquid bath of a metallic catalyst Solvent material, namely when printing in the Magnitude of 50,000 to 60,000 bar and at Temperatures in the range of approximately 1300 to 1500 ° C. A negative temperature gradient, usually around 50 ° C, is preferably between the converted material and the deposition area that maintains the Contains diamond seed on which crystal growth begins can.

Katalysator/Lösungsmittel-Materialien, die in Stufe B brauchbar sind, sind an sich bekannt. Sie schließen z. B. Eisen, dessen Mischungen mit Nickel, Aluminium, Nickel und Kobalt, Nickel und Aluminium sowie Nickel, Kobalt und Aluminium ein sowie Mischungen von Nickel und Aluminium. Eisen/Aluminium-Mischungen werden für die Herstellung von einkristallinem Diamant häufig bevorzugt, wobei ein Material, das zu 95 Gew.-% aus Eisen und 5 Gew.-% Aluminium besteht, für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt ist.Catalyst / solvent materials used in stage B are useful are known per se. You close z. B. Iron, its mixtures with nickel, aluminum, nickel and Cobalt, nickel and aluminum as well as nickel, cobalt and Aluminum and mixtures of nickel and aluminum. Iron / aluminum mixtures are used for the production of single crystal diamond is often preferred, with a Material made of 95% by weight iron and 5% by weight aluminum exists for the purposes of the present invention is particularly preferred.

Nach der Zubereitung des einkristallinen Diamant ist es häufig bevorzugt, den Teil durch Polieren zu entfernen, der dem Kristallkeim zuzuschreiben ist.After the preparation of the single crystal diamond it is often preferred to remove the part by polishing that is due to the crystal seed.

Die Herstellung von isotopenmäßig angereichertem einkristallinen Diamant wird durch ein Beispiel veranschaulicht, bei dem eine Schicht durch chemisches Dampfabscheiden zuerst auf ein Molybdänsubstrat in einer Kammer aufgebracht wurde, die aus Quarz und Kupfer konstruiert war, die beide keine beträchtlichen Mengen von Kohlenstoff lösen. Das Substrat wurde vertikal in einer Ebene angeordnet, die parallel zu der Ebene eines Wolframdrahtes von 0,8 mm Durchmesser und in einer Entfernung von 8 bis 9 mm davon angeordnet war. Der Behälter wurde bis zu einem Druck von etwa 10 Torr evakuiert, der Faden durch einen elektrischen Strom auf etwa 2000°C erhitzt und eine Mischung aus 98,5 Vol.-% Wasserstoff und 1,5 Vol.-% Methan in den Behälter geleitet. Das eingesetzte Methan war im wesentlichen verunreinigungsfrei und 99,9% davon enthielten das Kohlenstoff-12-Isotop. Nach dem Entfernen und der massenspektroskopischen Analyse des so erhaltenen Diamant wurde festgestellt, daß 99,91% des darin enthaltenen Kohlenstoffes Kohlenstoff-12 war.The production of isotope-enriched single crystal diamond is given by an example illustrates in which a layer by chemical Vapor deposition first on a molybdenum substrate in one Chamber was applied, which was made of quartz and copper was constructed, neither of which was a significant amount of Loosen carbon. The substrate was placed vertically in a Arranged parallel to the plane of a Tungsten wire 0.8 mm in diameter and in one Distance of 8 to 9 mm from it was arranged. The Container was pressurized to about 10 torr evacuated, the thread through an electric current heated to about 2000 ° C and a mixture of 98.5 vol .-% Hydrogen and 1.5 vol .-% methane passed into the container. The methane used was essentially contamination-free and 99.9% of it contained it Carbon 12 isotope. After removing and the mass spectroscopic analysis of the diamond thus obtained it was found that 99.91% of that contained Carbon was carbon-12.

Der isotopenmäßig angereicherte, durch chemisches Dampfabscheiden erhaltene Diamant wurde zerkleinert und pulverisiert und als Kohlenstoffquelle für das Wachsen eines einkristallinen Diamant unter hohem Druck und hoher Temperatur benutzt. Im besonderen wurde ein üblicher Gurthapparat bei 52 000 Atmosphären und 1400°C unter Einsatz einer Katalysator/Lösungsmittel-Mischung aus 95 Gew.-% Eisen und 5 Gew.-% Aluminium benutzt. Es wurde ein kleiner (0,005 Karat) einkristalliner Diamantkeim normaler isotoper Verteilung zum Initiieren des Wachstums benutzt, und es wurde ein negativer Temperaturgradient von etwa 50°C zwischen dem chemisch-dampfabgeschiedenen Diamant und dem Kristallkeim aufrechterhalten. Das Verfahren wurde fortgesetzt, bis ein Einkristall von 0,95 Karat hergestellt worden war. Es zeigte sich durch Analyse, daß 99,93% des darin enthaltenen Kohlenstoffes das C-12-Isotop war. Der Diamant wurde auf einer üblichen Diamantscheibe poliert, um den Kristallkeim zu entfernen.The isotope-enriched, by chemical Vapor-deposited diamond was crushed and powdered and as a carbon source for growing a single crystal diamond under high pressure and high Temperature used. In particular, it became a common one Belt device at 52,000 atmospheres and 1400 ° C below Use of a catalyst / solvent mixture 95% by weight of iron and 5% by weight of aluminum are used. It was a small (0.005 carat) single crystal diamond seed normal isotopic distribution to initiate growth was used and a negative temperature gradient of about 50 ° C between the chemical vapor-deposited diamond and maintain the crystal nucleus. The procedure was continued until a single crystal of 0.95 carats was produced had been. It was shown by analysis that 99.93% of the carbon contained therein was the C-12 isotope. The Diamond was polished to a standard diamond wheel to remove the crystal nucleus.

Die außerordentlich hohe Strahlungshärte des wie beschrieben hergestellten Diamant wurde während eines Versuches festgestellt, seine thermische Leitfähigkeit durch Spiegelungsnachweis thermischer Wellen zu messen, die durch Auftreffen eines modulierten Argon-Ionen- Laserstrahles auf seiner Oberfläche erzeugt wurden. Es war zuerst erforderlich, einen laserabsorbierenden Film auf der Oberfläche des Diamant abzuscheiden. Im Falle von natürlichem Typ IIa-Diamant erfolgte dies durch die Wirkung eines Argon/Fluor-Excimer-Lasers, der bei einer Wellenlänge von 193 nm betrieben wurde, was die Oberfläche unter Bildung einer Graphitschicht von etwa 60 nm Dicke graphitisierte. Die Laser-Beschädigungsschwelle von natürlichem Diamant wurde zu 300 Millÿoule/cm² bestimmt. Ähnliche Versuche, die Oberfläche des isotopenmäßig angereicherten Diamant zu graphitisieren, waren nicht erfolgreich, selbst wenn der Laserfluß um einen Faktor 10 verstärkt wurde. Die Laser-Beschädigungsschwelle des isotopenmäßig angereicherten Diamant war größer als 3000 Millÿoule/cm².The extraordinarily high radiation hardness of the diamond produced as described was determined during an attempt to measure its thermal conductivity by means of reflection detection of thermal waves which were generated by the impingement of a modulated argon ion laser beam on its surface. It was first necessary to deposit a laser absorbing film on the surface of the diamond. In the case of natural Type IIa diamond, this was done by the action of an argon / fluorine excimer laser operating at a wavelength of 193 nm, which graphitized the surface to form a graphite layer about 60 nm thick. The laser damage threshold of natural diamond was determined to be 300 millÿoule / cm ² . Similar attempts to graphitize the surface of the isotopically enriched diamond were unsuccessful even when the laser flux was increased by a factor of 10. The laser damage threshold of the isotope-enriched diamond was greater than 3000 millÿoule / cm ² .

Theoretische Betrachtungen bezüglich des Diamant zeigen, daß die hohen Laser-Bestätigungsschwellen der Gegenstände dieser Erfindung im Bereich von etwa 150 bis 220 nm liegen. In Abhängigkeit von den Wechselwirkungsarten zwischen angeregten Elektronen und Phononen im Diamantgegenstand ist es auch möglich, daß die höhere Schwelle bei Wellenlängen unterhalb von 115 nm gefunden wird.Theoretical considerations regarding diamond show that the high laser confirmation thresholds of the objects of this invention range from about 150 to 220 nm. Depending on the types of interaction between excited electrons and phonons in the diamond object it is also possible that the higher threshold at wavelengths is found below 115 nm.

Die optischen Gegenstände dieser Erfindung schließen Fenster, Linsen, Gitter und Spiegel ein, die für das Auftreffen von Strahlung, insbesondere Lichtstrahlung und noch mehr Laser geeignet sind. Sie sind von besonderem Wert im Falle von freie-Elektronen-Laser, die durch Anordnen des optischen Gegenstandes in einem Abstand in der Größenordnung von 5 m oder weniger von der Laserquelle fokussiert oder reflektiert werden können.The optical articles of this invention close Windows, lenses, grilles and mirrors that are used for the Impact of radiation, especially light radiation and even more lasers are suitable. They are of special value in the case of free electron lasers, which are arranged by arranging the optical object at a distance in the Magnitude of 5 m or less from the laser source can be focused or reflected.

Der Einsatz von Diamant als aktivem Material in einem Laser ist ebenfalls bekannt. Laser, die isotopenmäßig angereicherten Diamant als aktives Material umfassen, sind daher ein anderer Aspekt der Erfindung. The use of diamond as an active material in a laser is also known. Lasers that are isotope-like include enriched diamond as an active material hence another aspect of the invention.

Die erfindungsgemäßen Gegenstände sind von üblicher Konstruktion, außer hinsichtlich des benutzten Diamantmaterials. Sie können daher nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden.The objects of the invention are more common Construction, except for the one used Diamond material. You can therefore according to known Processes are made.

Claims

1. Optical object opposite Radiation damage is constant, the Article comprises a single crystal diamond which at least 99.2% by weight of carbon-12 or Carbon-13 exists.

2. Optical article according to claim 1, in the diamond is at least 99.2% carbon-12.

3. The article of claim 2 which is a laser window.

4. The article of claim 2, which is a laser mirror.

5. The article of claim 2 which is a laser lens.

6. The article of claim 2 which is a laser grating.

7. The article of claim 2, which is an active Is laser material.

8 .. The article of claim 2, wherein the diamond at least 99.9% consists of carbon-12.

9. The article of claim 8 which is a laser window.

10. The article of claim 8, which is a laser mirror.

11. The article of claim 8 which is a laser lens.

12. The article of claim 8 which is a laser grating.

13. The article of claim 8, which is an active Is laser material.