铀表面离子注入碳改性层抗腐蚀性研究

研究了碳在铀表面注入、梯度注入、反冲注入及离子束辅助沉积改性工艺。采用俄歇电子谱仪（AES）分析碳改性层沿深度方向的成分分布;采用X射线衍射仪（XRD）分析改性层的结构;通过动电位极化曲线、极限湿热腐蚀实验,比较腐蚀前后样品表面的形貌变化,对改性层抗腐蚀机理进行探索。研究结果表明：几种改性工艺均实现了碳离子在铀表面的注入或沉积,碳离子注入可在铀的表面形成碳化铀;45keV能量辅助轰击沉积碳、50keV能量及梯度能量碳离子注入改性层的抗腐蚀性能较优,先离子溅射沉积再碳离子辅助沉积形成的改性层的抗腐蚀性能最差。改性层腐蚀以点蚀为主,样品的腐蚀呈现在腐蚀点向基体和周围扩展,改性层致密无缺陷的区域则未发生腐蚀。     

离子注入碳对铀抗腐蚀性能影响的研究

利用离子注入技术分别用单能量和多能量叠加注入方式在铀表面注入碳形成表面改性层，并对改性层的形貌、注入元素的分布和相结构分别进行扫描电镜（SEM）、俄歇电子能谱（AES）及表面相结构衍射谱（XRD）分析，利用电化学极化法测试注入样品的抗腐蚀性能。结果表明：离子注入碳能够提高铀表面抗腐蚀的能力。     

强脉冲离子束材料表面改性研究进展

强脉冲离子束材料表面改性技术是正在发展中的新的材料表面改性技术。近四、五年来,我们围绕发展强脉冲离子束材料表面改性技术对其主要机制(强脉冲能量效应)、离子辐照诱发的热力学过程、表面熔坑现象及大面积均匀离子束技术开展了比较全面的基础性研究。研究表明,强脉冲离子束改性除了离子注入的元素掺杂效应外,其更可利用强脉冲能量沉积诱发的热力学效应,有望突破离子射程对改性层厚度的限制,并高效利用离子剂量和能量,成为新一代低成本、高效率、高生产率、实用化的离子束材料改性与合成工艺。本文对于上述研究的主要进展和相关问题进行了总结和评论。     

强脉冲离子束材料表面改性研究进展

强脉冲离子束材料表面改性技术是正在发展中的新的材料表面改性技术。近四、五年来 ,我们围绕发展强脉冲离子束材料表面改性技术对其主要机制 (强脉冲能量效应 )、离子辐照诱发的热力学过程、表面熔坑现象及大面积均匀离子束技术开展了比较全面的基础性研究。研究表明 ,强脉冲离子束改性除了离子注入的元素掺杂效应外 ,其更可利用强脉冲能量沉积诱发的热力学效应 ,有望突破离子射程对改性层厚度的限制 ,并高效利用离子剂量和能量 ,成为新一代低成本、高效率、高生产率、实用化的离子束材料改性与合成工艺。本文对于上述研究的主要进展和相关问题进行了总结和评论     

当前离子束研究与发展的课题

利用定向高能的离子束来改善材料的表面敏感性能已在全世界进行了几乎二十年了。在此期间，大量的改善性能的试验已在实验室里得到证实，而有些应用目前正寻求工业应用。目前氮离子注入使精密部件抗腐蚀，包括钛合金外科用的假肢和精选工具，就属于这些转向的研究和发展课题。通常称为离子束辅助沉积（ＩＢＡＤ）的离子束轰击连同物理气相沉积的混杂结合已成为一种有效的处理技术。它将离子束许多好的特性与常规的涂层技术相结合，例     

硅离子注入聚合物摩擦特性研究

采用金属蒸汽真空弧（MEVVA）离子注入机引出的Si离子进行了聚酯薄膜（PET）改性研究，注入后的聚酯膜表面结构发生了很大的变化。用透射电子显微镜观察了注入聚酯膜的横截面，结果表明，在注入层形成颗粒的沉积。红外吸收测量揭示这些颗粒为SiC和富集的碳颗粒。这些颗粒增强了注入层表面强化效果。用纳米硬度计测量显示，Si离子注入可明显地提高聚酯膜表面硬度和杨氏模量，从而极大地的增强了表面抗磨损特性。最后讨论了Si离子注入聚酯膜改善特性的机理。     

O钝化对铀铌合金电化学腐蚀行为的影响

采用电化学方法研究了铀铌合金经CO（0.3MPa)钝化前后的电化学耐蚀性能,并用X射线光电子能谱（XPS）分析了铀铌合金经CO钝化后表面层的组成。研究结果表明：铀铌合金经CO钝化后表面生成了致密的钝化膜,这层钝化膜增大了腐蚀过程的阳极阻力,提高了铀铌合金的电化学耐蚀性能。     

利用离子束技术及PECVD制备碳化硅

阐述利用离子注入、离子束增强沉积、反应离子束溅射及反应离子束辅助沉积等方法制备碳化硅薄膜的实验结果，并报道利用等离子体增强化学气相沉积技术制备可光致发光的非晶态α－ＳｉＣ：Ｈ薄膜的工作。     

提高铀抗氢化性能的碳氧离子组合注入

利用离子注入方法,将CO2气体离解后的离子,在不同能量、束流下注入贫铀表面.利用俄歇能谱仪(AES)分析改性层中元素的浓度分布,用低角度X射线衍射仪(GAXRD)分析离子注入层的结构.在t=100℃、p＝0.2 MPa条件下,利用铀-氢气体反应测试离子注入C、O后贫铀的铀氢反应孕育期,用扫描电镜(SEM)观察试样氢化反应前后的表面形貌.结果表明注入C、O离子后,形成了结构致密的改性层.在35 kV/8～9 mA/3 h(注入能量/注入束流/注入时间)注入条件下,改性层由UO2和石墨C组成;在65 kV/8～9 mA/3 h和3 kV/80 mA/3 h注入条件下,改性层为UO2和少量UC.UO)2和UC为低氢渗透材料,抑制了氢向基体界面的迁移和渗透,从而降低了氢化物在界面形核和长大的几率,增强了铀抗氢化性能.氢化反应后,空白贫铀试样表面出现较多的蚀坑,并造成大面积脱落,而注入样品的表面仅出现较少孤立的蚀点.     

磁控溅射制备金属铀膜

研究了通过磁控溅射方法制备高纯金属铀膜的可行性。采用X射线衍射（XRD）、俄歇电子能谱（AES）、扫描电镜（SEM）、表面轮廓仪分析了沉积在单晶硅或金基材上铀薄膜的微观结构、成分、界面结构及厚度、表面形貌和表面粗糙度。分析结果表明：磁控溅射制备的铀薄膜为纯金属态,氧含量和其它杂质含量均低于俄歇电子能谱仪的探测下限;溅射沉积的铀镀层与铝镀层之间存在界面作用,两者相互扩散并形成合金相,扩散层厚度约为10nm。铀薄膜厚度可达微米级,表面光洁,均方根（RMS）粗糙度优于15nm。     

Ion beam propagation and focusing

Inertial confinement fusion with ion beams requires the efficient delivery of high energy (1 MJ), high power (100 TW) ion beams to a small fusion target. The propagation and focusing of such beams is the subject of this paper. Fundamental constraints on ion beam propagation and focusing are discussed, and ion beam propagation modes are categorized. For light ion fusion (LIF), large currents (2–33 MA) of moderate energy (3–50 MeV) ions of low atomic number (1A12) must be directed to a target of radius 1 cm. The development of pulsed power ion diodes for LIF is discussed, and the necessity for virtually complete charge neutralization during transport and focusing is emphasized. Fornear-term LIF experiments, the goal is to produce pellet ignition without the standoff needed for the ultimate reactor application. Ion diodes for use on Sandia National Laboratories Particle Beam Fusion Accelerators PBFA-I (2–4 MV, 1 MJ, 30 TW, operational) and PBFA-II (2–16 MV, 3.5 MJ, 100 TW, scheduled for operation in 1985) are discussed. Ion beam transport from these diodes to the pellet is examined in reference to the power brightness . While values of =2–5 TW/cm²/sr have been achieved to date, a value of 100 TW/cm²/sr is needed for breakeven. Research is now directed toward increasing , and means already exist (e.g., scaling to higher voltages, enhanced ion diode current densities, and bunching), which indicate that the required goal should be attainable. Forfar-term LIF applications, the goal is to produce net energy gain with standoff suitable for a reactor. This may be achieved by ion beam transport in preformed, current-carrying plasma channels. Channel transport research is discussed, including experiments with wire-initiated, wall-initiated, and laser-initiated discharge channels, all of which have demonstrated transport with high efficiency (50–100%). Alternate approaches to LIF are also discussed, including comoving electron beam schemes and a neutralized beam scheme. For heavy ion fusion (HIF), moderate currents (10 kA) of high energy (10 GeV) ions of high atomic number (A200) must be directed to a target of radius 0.3 cm. Conventional accelerator drivers for HIF are noted. For a baseline HIF reactor system, the optimum transport mode for low charge state beams is ballistic transport in near vacuum (10^–4–10^–3 Torr lithium), although a host of other possibilities exists. Development of transport modes suitable for higher charge state HIF beams may ultimately result in more economical HIF accelerator schemes. Alternate approaches to HIF are also discussed which involve collective effects accelerators. The status of the various ion beam transport and focusing modes for LIF and HIF are summarized, and the directions of future research are indicated.     

箍缩反射离子二极管产生的强流脉冲离子束特性

通过对离子束流密度分布的测量和对被离子束轰击的铜箔不同半径处表面微观形貌的分析,研究了200kV箍缩反射离子二极管产生的离子束特性。结果表明：轴线上离子束流密度最大。     

Transient Behavior of Negative Hydrogen Ion Extraction from Plasma

For plasma source,the extraction of negative ions is quite diferent from that of positive ions.To understand the efect of extraction field on plasma,the time-dependent behavior of negative hydrogen ion extraction from a negative ion source has been studied by particle-in-cell simulation in the collisionless limit.The simulations have shown that,due to the diference in dynamics between electrons and ions,the imbalance of the numbers of charged particles occurs in the source,results in the broadening of plasma sheath and the great increase of plasma potential.The resultant high sheath field and the ambipolar electric field in plasma make the negatively charged particles congregate inside the sheath and move toward the extraction outlet.The emission area of negative ions is much smaller than that of the extraction aperture,which is in sharp contrast to the case of positive ion extraction.     

钨掺杂的提铯离子筛的制备及离子交换性能研究

以ZrOCl₂、Na₂MoO₄、Na₂WO₄、K₄P₂O₇为原料,通过沉淀反应、Cs⁺嵌入、固位、抽出等一系列程序合成了用于提取铯的钨掺杂离子筛(W-Cs-IS),研究了W的掺杂比例对离子筛Cs⁺交换性能的影响。用X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）及能谱分析（EDS）、氮气吸附-解吸等手段表征了产物的微观结构,并测试了其耐酸性。结果表明：掺杂的W部分存在于产物表面,Mo包藏于内部;离子筛由不规则颗粒及膜状部分组成,具有微孔结构,微孔尺寸约为20 nm;在HCl和HNO₃中均显示出良好的耐酸性。W掺杂有利于提高离子筛的交换性能。随着掺杂比例的增加,离子交换容量先提高后基本不变,在中性（pH=6.98）和酸性（pH=1.05）条件下分别可达到1.66 mmol/g和1.47 mmol/g。W-Cs-IS对模拟高放废液中的Cs⁺和Sr²⁺具有较高的选择性,可同时将Cs⁺和Sr²⁺从高放废液中提取出,对模拟高放废液中Cs⁺的提取率可达到88.2%。     

航空轴承表面改性的研究

本文介绍了采用离子注入的两种工艺路线(直接注入和离子束混合),对两种航空轴承材料(GCr15和Cr4Mo4V)经过单一元素或多元素组合的注入或混合处理后性能的影响。试验结果表明:两种工艺对两种材料表面改性的效果是相当的,都能大大提高材料表面抗腐蚀性能和耐磨性能。     

高功率脉冲离子束注入初步研究

离子注入用于半导体器件和大规模集成电路的生产中,显示出这种工艺的许多优越性。七十年代初期,哈威尔实验室等研究部门开始进行离子注入技术在非半导体材料中的应用研究。大量实验结果表明,仅几千埃的注入深度就能对金属材料的磨损和抗氧化性能起积极的影响,如一定浓度的氮离子注入钢能显著提高钢材的耐磨性,而且小于0.5μm的注入层能使20μm深度处的耐磨性仍有改善;适当剂量的Cr和Zr注入氧化铝陶瓷中,能起到硬化作用;     

离子注入、分析联用靶室

近年来,离子注入和离子束分析技术,应用相当广泛,已扩展到许多新的领域,形成了一种多学科性的边缘学科。 离子注入已作为一种成熟的技术广泛地应用在半导体工业上,在半导体制造工艺方面,它比传统的热扩散法显示出多方面的优越性。同时在材料改性方面也引起人们的极大兴趣,许多金属部件在实际使用时起作用的是金属表面的性质,而离子注入正好是能够改变金属表面性质(如硬度、磨损、腐蚀等)的有效途径。此外,离子注入技术用来改变光学表面指定区域的反射率、折射率,这在“集成光学”中是一项有效技术,也有人利用离子注入技术研制记忆元件(如磁泡)以及提高超导材料的超导性能等。     

全永磁ECR离子源研究进展

ECR(电子回旋共振)离子源是产生稳定的强流多电荷态离子束流最有效装置.全永磁ECR离子源因其独特的特点为很多中小型多电荷态离子束流实验平台与离子注入机等系统所采用,为后者产生重复性好、稳定性强的多电荷态离子束流.本文着重论述了中国科学院近代物理研究所研制的几台全永磁多电荷态ECR离子源及其特性与典型性能,如能产生强流高电荷态离子束流的高性能全永磁离子源LAPECR2,能产生强流中低电荷态离子束流的LAPECR1,能产生多电荷态重金属离子柬流的LAPECRl-M等.这些性能稳定的离子源为提高近代物理研究所相关试验平台的性能提供了关键的束流品质保障.     

Development of laser ion source for heavy ion applications

We have been developing a high-performance laser ion source (LIS) for practical applications since 2009. Ideally, the LIS should generate a carbon beam with a peak current of 20 mA and a pulse duration of over 1 μs. We selected a Nd:YAG laser with a Gaussian-coupled resonator as the laser source based on our experience of generating high-charge-state ion beams. This laser can produce fundamental pulses with a power of 650 mJ and durations of about 6 ns. The graphite target used is 10 cm high and 10 cm in diameter, as it can be irradiated with up to 10⁵ laser shots. The maximum extraction voltage was designed to be 50 kV. We have already finished designing the LIS and we commenced fabrication. We intend to measure the source performance by performing plasma and beam tests up to the end of March 2011.     

大张角的Bragg探测器

本文介绍的大张角Bragg探测器的张角为±8°的锥形腔体。在整个探测器的灵敏区内,电场是均匀场。用ThC-ThC′源的α粒子(8.785MeV)测试,其能量分辨率为0.8％,电荷数分辨率为1.8％。