Numerical Modeling of Interference Effects of X-Ray Scattering by Carbon Nanostructures in the Deposited Films From Tokamak T-10

Abstract

Проведён численный анализ вкладов в кривые рентгеновского рассеяния от различных каналов интерференции (между отдельными углеродными наноструктурами в аморфной среде и других каналов) для интерпретации дифрактометрии плёнок, образованных внутри вакуумной камеры токамака Т-10. Показана применимость ранее сформулированного метода оптимизационной идентификации топологического состава углеродных наноструктур размером от ~1 до ~10 нм по кривым рассеяния в диапазоне значений модуля вектора рассеяния 5 нм -1 < q < 70 нм -1 для плотностей образца до 1,8 г/см 3 при условии, что в оптимизации дополнительно учтены нелинейные эффекты интерференции рассеяния на аморфном компоненте, а наноструктурный компонент преобладает над аморфным углеводородным. Во-первых, показано, что учёт возможной кластеризации наноструктур может улучшить совпадение с экспериментом в области меньших значений q, пока не включённых в интерпретируемый диапазон. Во-вторых, сформулирована и на расширенном классе наноструктур выполнена оптимизация по модифицированной процедуре, учитывающей вклад примесей и нелинейные эффекты вследствие конечной плотности частиц в образце. В-третьих, прямое моделирование рентгеновского рассеяния на оптимальном ансамбле углеродных наноструктур в аморфной среде (углеводороды с примесью тяжёлых атомов) с учётом всех каналов интерференции показало малые отличия от кривой, полученной путём модифицированной оптимизации без учёта рассмотренных эффектов интерференции. Ключевые слова: численное моделирование, оптимизационные методы, углеродные наноструктуры, рентгеновская дифракция, пылевые осадки, токамак. NUMERICAL MODELING OF INTERFERENCE EFFECTS OF X-RAY SCATTERING BY CARBON NANOSTRUCTURES IN THE DEPOSITED FILMS FROM TOKAMAK T-10. V.S. NEVEROV, A.B. KUKUSHKIN, N.L. MARUSOV, I.B. SEMENOV, V.V. VOLOSHINOV, A.P. AFANASIEV, A.S. TARASOV, А.А. VELIGZHANIN, Ya.V. ZUBAVICHUS, N.Yu. SVECHNIKOV, V.G. STANKEVICH.A numerical study of the contribution to the x-ray scattering curves from the various interference channels (between single carbon nanostructures in amorphous medium and other channels) to interpret the results of the x-ray diffractometry of the films, deposited in the vacuum vessel of tokamak Т-10, is carried out. The applicability of the formerly suggested method of optimization identification of the topological contents of carbon nanostructures with dimensions from 1 nm to 10 nm from the scattering curves in the range of scattering vector magnitude q from 5 nm -1 to 70 nm -1 , for the sample densities up to 1.8 g/cm 3 , is shown provided the optimization procedure additionally takes into account the nonlinear interference effects of scattering by the amorphous component, and the nanostructured component dominates over the amorphous hydrocarbon. First, it is shown that the allowance for possible clustering of nanostructures can improve the agreement with the experiment at lower values of q, now not included yet to the interpreted range of q. Second, optimization problem with a modified procedure that takes into account the contri...