离子束辅助沉积立方氮化硼的试验研究

运用离子束辅助沉积(IBAD)法在硅片上制备了立方氮化硼(c—BN)薄膜，研究了辅助能量、辅助束流及辅助束中氮气含量等参数对膜中c—BN含量的影响。用红外光谱(FTIR)及X射线光电子能谱(XPS)分析技术对得到的c—BN膜进行了分析。结果表明：合适的离子辅助能量能够获得c—BN含量高的薄膜；膜中c—BN的含量随辅助气体中N2含量的提高而增加；辅助束流对薄膜的形成影响不明显。     

HI-13串列加速器重离子辐照核孔膜的实验研究

扼要介绍了几年来在HI-13串列加速器上开展的辐照核孔膜的实验研究的一些结果,包括重离子种类的选择,能量和束流强度对核孔膜指标的影响以及提高辐照均匀性的措施等。实验用膜材为10～30μm厚PET(聚酯)薄膜,束流为3.5～4.5MeV/N的S束,核孔膜孔密度为10~5～10~8cm~(-2),均匀性为80％左右。     

HI-13串列加速器重离子辐照核孔膜的实验研究

扼要介绍了几年来在HI-13串列加速器上开展的辐照核孔膜的实验研究的一些结果,包括重离子种类的选择,能量和束流强度对核孔膜指标的影响以及提高辐照均匀性的措施等。实验用膜材为10～30μm厚PET(聚酯)薄膜,束流为3.5～4.5MeV/N的S束,核孔     

用质子弹散符合测量方法分析薄膜中氢分布的蒙特卡罗研究

本文从离子与物质相互作用的基本原理出发,用蒙特卡罗方法模拟了用质子弹性散射符合分析方法分析表面含氢的几组不同厚度的金属薄膜样品的实验,详细介绍了模拟过程中影响深度分辨率的多种因素,如束流能量、能损歧离、角度歧离等。本文基于2×1.7MV串列静电加速器可以提供的质子束能量范围,通过模拟计算得到用能量为1.5 Me V的质子束分析厚度为1~3微米的铝膜,深度分辨可以达到0.2微米。本文还给出了内部含氢的多层铝膜的模拟结果,表明此方法可以很好地分析薄膜内部氢元素的深度分布。     

重离子同步加速器中剥离累积时碳膜对束流的影响研究

治癌专用重离子加速器HITFiL中同步加速器的注入系统采用了剥离注入方式。剥离膜的存在使束流克服了刘维定理的限制从而累积达到较高流强,但粒子多次穿越剥离膜也会造成束流损失并使得束流品质变坏,其中包括:1)粒子从膜原子中俘获电子使粒子电荷态发生改变而导致束流损失;2)剥离膜对束流的多重库仑散射导致束流发射度增长;3)束流在剥离膜中的能损及能量岐离导致束流中心动量减少并使得动量分散增长。本文通过研究剥离注入过程中粒子与物质的相互作用规律,用蒙特卡罗方法建立了剥离膜与粒子的作用模型,在对ACCSIM程序改进的基础上研究了剥离膜对束流的影响。     

离子束辅助沉积制备TiN/Si3N4纳米超硬膜的工艺研究

采用离子束辅助沉积法(Ion beam assisted deposition,IBAD)在单晶硅片上进行沉积制备了TiN/Si3N4纳米复合超硬薄膜;研究了辅助束流、轰击能量和Ti:Si靶面积比等工艺参数对TiN/Si3N4超硬纳米复合薄膜性能的影响.此外采用纳米硬度计、光电子能谱(X-ray photoelectron spectrum,XPS)和x射线衍射分析(X-raydiffraction,XRD)方法研究了纳米复合薄膜的性能、成分与组织结构;采用原子力显微镜(Atomic forcemicroscopy,AFM)分析了薄膜的表面形貌,并初步探讨了TiN/Si3N4纳米复合超硬薄膜的生长机理.     

离子源及厚靶参数对氘氚反应中子源中子产额的影响

用厚靶氘氚(D-T)反应中子产额的计算方法模拟计算了入射氘离子能量为120 keV时D-T中子源的中子产额。研究了氘离子源产生的束流中单原子氘离子(D+)及双原子氘离子(D2+)比例对中子产额的影响。结果表明,提高D+比例,同时降低D2+比例将有效提高中子产额。另外还研究了不同靶膜材料及组分引起的中子产额变化。表明中子产额与靶膜中氚的含量成正比,与靶膜元素的原子质量成反比。同时分析讨论了离子源品质及靶参数对中子源整体性能的影响,得出离子源束流品质的提高对中子源整体的设计至关重要。最后,模拟计算了靶膜表面有氧化层情况下中子产额的变化,并与实验结果作了对比。在此基础上提出了一种新的靶设计方案,并对其物理可行性进行了研究。     

碳剥离膜的厚度对电荷态分布的影响

在SSC加速器的前束流输运线上探索碳剥离膜的厚度对被剥离后束流电荷态分布的影响,是本实验的目的。因为作为SSC的注入器,我们回旋加速器束流的引出能量较高,因此碳剥离膜的平衡厚度要求大大超过一般用在串列静电加速器头部所使用的碳膜厚度,有人曾用公式x(μg/cm~2)=5.9285+22.386w-1.1292w~2来估计碳膜的平衡厚度与能量之间的关系,误差范围为100％。式中,w以MeV/A为单位。为了研究碳剥离膜的厚度对束流电荷分布的影响我们进行了如下实验。     

YBa2Cu3O7—x／La2／3Ca1／3MnO3异质结构薄膜的微结构

本通过高分辨X射线衍射及掠入射(GID)的实验方法对生长在SrTiO3衬底上的LLa2/3Ca1/3MnO3和YBaCu3O7单层膜及YBa2Cu3O7-x/La2／3Ca1／3MnO3异质结构双层薄膜的微结构进行了研究。结果发现,所有薄膜都呈c向生长。由于热膨胀系数的不同而引起的热应力使得LCMO膜的晶格参数与靶材的相差较大。La2/3Ca1/3MnO3在单层腹及双层膜中都由靶材的立方结构变成了薄膜状态的四方结构。YBa2Cu3O7在单层膜及双层膜中都由靶材的正交结构变成了薄膜状态的四方结构。La2/3Ca1/3MnO3膜与YBa2Cu3O7膜在不同的样品中处于不同的应力状态。     

气溶胶样品氢含量的质子弹性散射分析

利用单个标准样品比较法质子弹性散射分析（PESA）对一组采集在核孔膜上的气溶胶样品的氢含量进行定量分析。在质子束能量为2.5MeV、散射角为40°时，PESA测量10μm厚核孔膜上气溶胶中H含量的探测限为0.36μg/cm²。几个样品H含量的测量结果在3.2~37.5μg/cm²之间，显著高于探测限。质子能量在1.0~2.5MeV范围内，3.5μmMylar膜的束流归一化H峰面积随入射质子能量的变化在±3%以内。所以，不同厚度的气溶胶样品可采用同一个标准样品来进行PESA测量。     

铀上激光辅助化学气相沉积镍薄膜研究

为防止金属铀的腐蚀,本文采用激光辅助化学气相沉积(LACVD)方法在铀上制备了镍薄膜。采用SEM、XRD分析了薄膜的形貌、物相以及界面特性,采用黏胶拉伸测试表征了膜-基结合性能,采用电化学极化法分析了薄膜的抗腐蚀性能。结果表明:压力和温度对化学气相沉积(CVD)方法制备镍薄膜的质量有较大的影响。随着基底温度和沉积气压的降低,薄膜变得致密、平整,质量提高。在优化的工艺条件165℃、3Pa下,CVD方法所得镍薄膜非常致密。采用LACVD方法时,激光能量为200mJ时所制得的薄膜致密,300mJ时膜变得粗糙。无激光辅助时,CVD方法所制得的薄膜较易剥落,激光辅助下所得薄膜的膜-基结合力较好。LACVD方法大幅提高了薄膜的抗腐蚀性能,抗腐蚀性能的提高主要源于激光辅助使薄膜致密化,提高了薄膜与基底的结合力。     

低能Ar离子束辅助沉积Cu、Ag、Pt薄膜

采用低能Ar离子束辅助沉积方法,在Mo/Si(100)衬底上分别沉积Cu、Ag、Pt薄膜.实验发现,若辅助轰击的Ar离子束沿衬底法线方向入射,当离子/原子到达比为0.2时,沉积的Cu膜呈(111)晶向,而Ag、Pt膜均呈(111)和(100)混合晶向.当辅助轰击的Ar离子束偏离衬底法线方向45°入射时,沉积的Cu、Ag、Pt膜均呈(111)择优取向.采用Monte Carlo方法模拟能量为500 eV的Ar离子入射单晶Ag所引起的原子级联碰撞过程,分别算得Ar离子入射单晶Ag(100)面、(111)面时,Ar离子的溅射率与入射角和方位角的关系.对离子注入的沟道效应和薄膜表面的自由能对薄膜择优取向的影响作了初步的探讨和分析.     

闪烁体薄膜在线测量质子束流强度

质子单粒子效应实验研究和质子加速器研究中,质子束流强测量关系着实验结果的可靠性和准确性。法拉第筒、金硅面垒探测器、金刚石探测器等传统探测方法均为拦截式测量,无法实现束流的在线测量。本文用闪烁体薄膜在线监测质子束流强。质子束流穿过薄膜闪烁体,沉积部分能量使其发光,用光电倍增管收集光信号,从而得到束流的强度信息。通过质子与闪烁体材料相互作用的理论计算得到闪烁体材料对质子束流的响应关系。在北大2×6 MeV串列加速器上对3–10 MeV的质子束流进行了实验测量,验证了其响应关系。     

采用辐射变色薄膜的束流位置诊断研究

依据SC200超导质子回旋加速器的束流特性及调试需求,在质子束加速及引出的过程中需精确测量主机束流的位置信息。提出了采用辐射薄膜进行加速器束流位置诊断的方法,通过剂量计算得到了不同测量位置的薄膜最佳使用类型,借助测试平台对所有选型的薄膜进行实验验证。为优化薄膜的辐照变色效果,结合剂量及实验分析给出了不同测量位置的最佳照射时间。完成了所测位置的薄膜固定装置设计,并提出将薄膜变色区域可视化得束流位置信息的处理方案。     

FEL中的束流发射度分析

根据自由电子激光器(FEL)对电子束流品质的要求,对束流发射度以及引起束流发射度变化的因素,诸如加速过程中微波场的突变、能量增加、波导结构的尾场效应和传输过程中的空间电荷效应、粒子密度分布的影响及偏转系统中的尾场效应等等,进行了物理上的分析,对其中某些情况,给出了束流发射度变化量的具体估算。     

医用回旋加速器生产正电子核素~(18)F条件分析与优化

分析医用回旋加速器正电子核素18F的照射条件和轰击参数对生产的影响,优化生产条件并给出最佳的轰击参数以期获得高效的生产产额。使用Origin 9.0软件绘制核素18F产量随不同质子束流强度和轰击时间的变化趋势曲线,以蒙特卡罗方法建立回旋加速器质子辐照靶室模型,分析不同质子能量、Havar膜和靶水厚度等对核素18F产量的影响,并给出18F生产最佳的束流强度、轰击时间和质子能量等生产参数。回旋加速器运行期间束流应充分聚焦于照射靶室中心位置,最大化的利用束流以引发足够多的核反应;根据质子束流的能量选择合适的Havar膜和靶水厚度,20 Me V质子束流轰击生产正电子核素18F的靶室系统使用Havar膜总计厚度60μm,靶水厚度3 mm,可获得最佳18F产量。总体而言,18F的产量随束流强度而增大,轰击时间越长18F产量越大,但随着轰击时间的延长增长趋势变缓,轰击时间建议60 min左右。正电子核素18F的生产需要选择合适的Havar膜和靶水厚度(当质子能量为20 Me V时,推荐Havar厚度60μm,靶水厚度3 mm),轰击时间建议60 min左右,开机启动稳定一段时间后再开始照射。     

ADS注入器Ⅰ束流相位及能量测量系统设计

针对加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)注入器Ⅰ束流调试要求,需要精确测量束流的相位和能量。本文研究束流的相位和能量高精度测量方法,设计了基于快速电流变压器(Fast Current Transformer,FCT)信号的相位及能量测量系统。该系统包括FCT探头、前端电子学、数据采集和处理三个部分,通过正交采样的方式实现束流的相位测量,然后利用飞行时间法实现束流能量的测量。测试结果表明,该系统在实验室测试相位分辨率为±0.8°,在线测试相位分辨率为±2°,满足直线加速器的设计要求。     

等离子增强化学气相沉积制备氧化硅薄膜的质谱诊断研究

以六甲基二硅氧烷((CH3)3-Si-O-Si-(CH3)3,HMDSO)为单体,采用等离子增强化学气相沉积技术制备氧化硅薄膜,研究引起薄膜生长的前驱体、中间产物及活性自由基或分子.通过四极杆质谱仪对气相中的中间产物及活性粒子进行原位诊断,进行了不同功率、气压及O2与HMDSO比例(X)等对它们含量的影响研究.实验发现:高功率,低气压,及高O2含量有利于有机硅化合物的裂解.我们认为氧化硅沉积过程中质荷比为147的离子是气相反应形成含硅粒子的主要前驱体,对薄膜的形成起主要作用.     

核辐射探测器金刚石膜制备技术研究

根据核辐射探测器的要求,研究了不同处理方式下的基片对金刚石膜质量的影响以及气源中不同甲烷浓度对金刚石膜质量的影响。采用微波等离子体化学气相沉积法在Si(100)基片上制备出了金刚石薄膜,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射和激光Raman光谱分别对金刚石膜的表面及截面形貌、晶体取向和纯度进行分析。实验结果表明:用金刚石粉研磨基片有利于金刚石膜沉积;甲烷浓度过高或过低都不利于制备高质量的金刚石膜;当CH4/H2为1.4/400时制备的金刚石薄膜(111)晶面择优取向最好。根据研究所获得的对金刚石薄膜质量影响规律,制备了达到辐射探测器质量要求的金刚石膜。     

氚靶片核素组成对氘氚中子源强的影响

氘氚中子源通过氘离子束轰击氚靶片引发氘氚聚变反应,产生14.1 MeV高能中子。高能中子调控后亦可产生宽能谱中子场,是先进核能及核技术交叉应用研究的重要实验平台。作为中子源的核心部件,氚靶片由靶片基底和储氚薄膜组成,其中储氚薄膜的核素组成会影响氚原子密度与入射氘离子射程,最终直接关系到中子源强的高低。本文基于MATLAB和SRIM软件建立氘氚中子源强计算模型,对比计算了不同新型储氢金属材料组成的储氚薄膜(TiT_2、MgT_2、Mg_2NiT_4、VT_2、LiBT_4和LaNi_5T_6)和不同氘离子能量对中子源强的影响。计算结果表明,在同等束流条件下,MgT_2的中子源强相比TiT_2可提高30%以上,且制备工艺较为成熟,是氘氚中子源的优秀储氚薄膜材料。