Correlation between blister skin thickness, the maximum in the damage-energy distribution, and projected ranges of helium ions in Nb for the energy range 10–1500 keV

Abstract

The skin thickness of blisters formed on polycrystalline niobium under irradiation at room temperature by 4 He + at energies of 15 to 80 keV have been measured. Similar measurements were conducted for 10-keV 4 He + irradiation at 500°C to increase blister exfoliation, and thereby allow examination of a larger number of blister skins. For energies less than 100 keV the skin thicknesses are compared with both the projected range and the damage-energy distributions constructed from moments interpolated from Winterbon's tabulated values. The projected ranges and damage-energy distributions have also been computed with a Monte-Carlo program. For energies greater than 100 keV the projected ranges of 4 He + in Nb were calculated using either Brice's formalism or the one given by Schiøtt. The thicknesses of blister skins for 60 and 80-keV irradiations, and those reported earlier for 100 to 1500-keV irradiations correlate well with calculated projected ranges. For irradiation energies less than 60 keV the measured thicknesses are greater than the calculated ranges. L'épaisseur des parois de cloques formées sur du niobium polycristallin sous irradiation à la température ambiante par des ions He + d'énergies comprises entre 15 et 80 keV a été mesurée. Des mesures similaires ont été conduites pour des ions 4 He + de 10 keV irradiant du niobium à 500°C afin d'accroître l'exfoliation des cloques et par suite de permettre l'examen d'un grand nombre de parois de cloques. Pour des énergies inférieures à 100 keV les épaisseurs des parois de cloques sont comparées à la fois au parcours projeté et aux distributions dommage-énergie construites à partir des moments interpolés à partir des valeurs de Winterbon. Les parcours projetés et les distributions dommage-éinergie ont été calculés également avec un programme Monte-Carlo. Pour des énergies supérieures à 100 keV les parcours projetés de 4 He + dans Nb ont été calculés en utilisant soit le formalisme de Brice, soit celui proposé par Schiøtt. L'épaisseur des parois de cloques pour des irradiations de 60 et 80 keV et celles rapportées antérieurement pour des irradiations de 100 à 1500 keV sont en bonne corrélation avec les parcours projetés calculés. Pour des irradiations d'énergie inférieure à 60 keV les épaisseurs mesurées sont supérieures à celles des parcours calculés. An polykristallinem Niob wurde die Schichtdicke von Oberflächenblasen gemessen, die während der Bestrahlung mit 4 He + einer Energie zwischen 15 und 80 keV bei Raumtemperatur gebildet wurden. Ähnliche Messungen wurden nach einer 10 keV - 4 He + -Bestrahlung bei 500°C durchgeführt, bei der die Abblätterung der Oberflächenblasen zunimmt und dadurch eine Untersuchung vieler Schichten von Oberflächenblasen ermöglicht wird. Bei Energien unterhalb 100 keV wird die Schichtdicke mit der Projektion der Weglänge und der Verteilungskurve für die Strahlungsschadenenergie verglichen, die beide aus Momenten konstruiert wurden, welche aus tabellierten Winterbon sehen Werten interpoliert worden waren. Die Projektion der Weglänge und die Verteilungskurve für die Schadensenergie wurden ferner mit einem Monte-Carlo-Programm berechnet. Bei Energien oberhalb 100 keV wurde die Projektion der Weglänge von 4 He + in Niob entweder mit dem Briceschen oder dem Schiøttschen Formalismus berechnet. Die Schichtdicke der Oberflächenblasen bei einer 60 keV- und 80 keV-Bestrahlung und die Werte, die früher für eine 100 keV– bis 1500 keV-Bestrahlung mitgeteilt wurden, stimmen mit der Projektion der berechneten Weglänge gut überein. Bei Bestrahlung mit einer Energie unterhalb 60 keV ist die gemessene Dicke grösser als die berechnete Weglänge.