氢化钛镍合金阴极真空弧放电离子特性研究

本文将氢化钛镍合金材料应用于强流长脉冲(200 A/270μs)真空弧放电实验中,该材料能在强流长脉冲真空弧放电产生的高温条件下保持较好的稳定性。使用飞行时间谱仪获得了氢化钛镍合金阴极真空弧放电产生的离子电荷态分布和离子成分。结果表明:Ti~(n+)和Ni~(n+)电荷态为1+、2+和3+,在放电过程的早期(0～30μs),H~+成分随时间逐渐增加,在30μs时达到最大比例57%,而Ti~(n+)和Ni~(n+)(n=1,2,3)离子成分随时间逐渐减少,在30μs时达到最小比例43%;在放电过程的后期(30～270μs),H~+成分迅速下降且在75μs后保持在总离子流的12%左右直至放电结束,Ti~(n+)和Ni~(n+)(n=1,2,3)含量随时间逐步增加,且在75μs后保持在总离子流的88%左右直至放电结束。     

圆柱形与圆锥形放电腔室中氢等离子体组分与状态研究

采用圆柱形和圆锥形的放电腔室,使用氢气作为放电气体在不同的射频功率下进行了放电。使用质谱诊断和Langmuir探针诊断相结合的方法对两种放电腔室中的氢等离子体的离子组分、离子能量分布（IED）、等离子体电势、电子密度和有效电子温度进行了对比研究。根据等离子体的诊断结果,讨论了圆锥形与圆柱形两种放电腔室中的放电特性。结果表明：圆柱形放电腔室中含有更多的亚稳态氢原子H ^*,而圆锥形放电腔室中含有更多的H⁺离子。圆锥形放电腔室中等离子体具有更高的电子密度和离子密度及更低的等离子体电势。     

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%。     

基于磁偏转的真空弧离子源成分诊断

采用磁偏转的方法,对金属氢化物电极真空弧离子源放电产生的等离子体进行了成分诊断。采用了Ti D2电极材料进行放电,测量了在30-80 A弧流情况下的各离子的组分。实验结果表明,弧流越大时等离子体的密度越大,在现有引出结构下,由于等离子体发射面的凹凸变化导致测得的离子信号出现双峰。通过增加栅网可以减少等离子密度,双峰情况会有所减少。另外,随着弧流增大,氘所占比例会有所增加,弧流达到60 A以上氘含量增幅不明显。     

层状金属硫化物硫化锡钾的制备及其对Sr2+的吸附性能研究

本文用水热法合成了硫化锡钾（KSnS）,利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）仪等对KSnS的形貌和组成进行了表征分析,并通过静态吸附实验分别研究了pH值、接触时间、共存离子和Sr²⁺初始浓度对KSnS吸附Sr²⁺的影响。结果表明,在40 ℃、pH=7.25、Sr²⁺初始浓度为5.5 mg/L的条件下,KSnS对Sr²⁺的吸附平衡时间约为35 min,Sr²⁺去除率为99.62%。吸附反应可操作pH值范围较宽,52+去除率保持在80%以上。溶液中含有K⁺、Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等共存离子时,二价离子的干扰大于一价离子。KSnS对Sr²⁺的吸附动力学行为可用准二级动力学方程描述,吸附过程属于化学吸附。通过Weber-Morris模型和Boyd模型分析可知,液膜扩散是主导吸附速率的步骤。     

高温、高压和pH值多种因素作用下蒙脱石层间Cs+/UO2+2水化和扩散行为的分子模拟

作为核废物地质处置库缓冲回填材料的主要成分,蒙脱石在特殊环境（高温、高压和pH多种因素作用）下吸附阻滞核素的行为对缓冲回填材料的性能评估至关重要。为从微观分子尺度探究特殊环境下蒙脱石层间核素离子的吸附扩散行为,本文采用蒙特卡罗（MC）和分子动力学（MD）方法,分别研究了Cs⁺/UO²⁺₂在蒙脱石层间的吸附行为,以及高温、高压和pH值多种因素作用下的水化和扩散动力特征。MC结果表明：蒙脱石层间的Cs⁺、UO²⁺₂周围分别会形成1层和2层水化壳,且层间水分子与四面体中氧原子之间形成了明显的氢键;当c=1.25 nm时,蒙脱石层间最多可吸附285个水分子。MD结果表明：高温、高压和pH值都会对Cs⁺、UO²⁺₂的水化和扩散产生影响。常温、常压下pH值分别为11.85、12.15时,Cs⁺、UO²⁺₂水化壳中的水分子数最多;pH值分别为12.15、11.85时,Cs⁺、UO²⁺₂的扩散系数最大,分别为5.31×10^-13 m²/s和1.11×10^-12 m²/s。与常温、常压相比,高温、高压下Cs⁺、UO²⁺₂水化壳中的水分子数最多时,pH值分别为7.00、12.15;而Cs⁺、UO²⁺₂扩散系数最大（1.12×10^-12 m²/s、1.01×10^-12 m²/s）时的pH值均为12.15。     

亚铁氰化镍对铯离子的吸附机理研究

亚铁氰化镍（KNiFC）配合物常用于对放射性废水中铯、锶等放射性离子的吸附。本文以Ni(NO₃)₂和K₄Fe(CN)₆为原料通过共沉淀法制备KNiFC配合物,将配合物与CsCl溶液按一定比例混合以吸附溶液中的Cs⁺,通过TEM、原子吸收分光光度计、XRF、XRD、穆斯堡尔谱等手段对KNiFC吸附Cs⁺前后的形貌、结构、吸附化学计量学及各元素的摩尔比进行表征来探讨KNiFC对Cs⁺的吸附机制。结果表明：KNiFC具有粒径约为15～20 nm的椭球形特征,且溶液中的Cs⁺主要通过与KNiFC中的K⁺交换而达到吸附效果;吸附后,KNiFC晶体结构发生了较大变化,但依旧保持了良好的对称性。     

低能高电荷态氮离子与Cu表面相互作用致K-X射线发射的研究

利用中国科学院近代物理研究所的电子回旋共振离子源引出的高电荷态氮离子(N^q+,q=3,5,6),在4.5～120 keV动能范围内系统测量了N^q+(q=3,5,6)与Cu表面碰撞产生的K-X射线能谱;基于原子壳层电离理论计算了K-X射线产额值及其电离截面值。结果表明:N^q+(q=3,5)离子进入靶表面后与Cu原子发生紧密碰撞,在直接库伦电离的作用下发射K-X射线,并且随着入射离子动能的增加,K-X射线产额和K壳层电离截面均单调增大;对于N⁶⁺离子,K-X射线产额与其入射动能没有明显的依赖关系,且在Cu表面形成的"空心原子"级联退激产生的K-X射线产额约占其总K-X射线产额的97%。另外,N⁵⁺离子入射时的K-X射线产额明显高于N³⁺离子入射时的产额。本工作对离子与表面相互作用中形成的"空心原子"的退激过程具有重要的参考价值,并为理解"空心原子"的退激过程和彗星X射线机理的研究提供了基础数据。     

CS-30回旋加速器制备111In

在四川大学CS-30回旋加速器上通过核反应^NatCd（p,xn）¹¹¹In进行了制备放射性核素¹¹¹In的研究。实验选用高纯度的天然镉作为靶材料,并采用电沉积法制备靶件,研究了辐照靶件的溶解以及放射化学分离方法。结果表明,采用26 MeV的质子轰击天然靶件,并采用CL-P204树脂将In与Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺等杂质进行分离,可以得到产额（EOB 48 h,即轰击结束48 h后）约为25~28 MBq/（μA•h）的¹¹¹In,其放射性核素纯度大于99%,Cu²⁺和Cd²⁺等化学杂质总质量浓度小于8.0 mg/L。     

聚丙烯腈基钛酸钾球形复合吸附剂的制备及其对Sr2+的吸附性能研究

以钛酸钾（KTiO）为有效成分、聚丙烯腈（PAN）为基体,制备了聚丙烯腈基钛酸钾球形复合吸附剂（PAN-KTiO）。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等对PAN-KTiO进行了表征,并通过静态吸附实验,研究了接触时间、pH值、竞争离子、Sr²⁺初始浓度等对PAN-KTiO吸附Sr²⁺效果的影响,分析了吸附过程的反应动力学和吸附等温线。结果表明,PAN-KTiO对Sr²⁺的吸附平衡时间约为24 h,PAN-KTiO吸附Sr²⁺时,溶液最佳pH值约为6.55;Ca²⁺、Mg²⁺对Sr²⁺在PAN-KTiO上的吸附存在较强的抑制作用;准二级动力学方程能更好地描述PAN-KTiO对Sr²⁺的吸附动力学过程,而Langmuir模型能更好地描述PAN-KTiO对Sr²⁺的吸附等温线;PAN-KTiO对Sr²⁺的吸附过程是以化学吸附为主的单分子层吸附,PAN-KTiO对Sr²⁺的饱和吸附容量可达53.850 mg/g。     

BRISOL钠同位素放射性核束的产生

北京放射性核束装置在线同位素分离器（BRISOL）采用100 MeV、200 μA回旋加速器提供的质子束打靶产生中、短寿命放射性核束,在线分析后供物理用户使用,其质量分辨率好于20 000。为开展²⁰Na核的奇异衰变特性研究,研制了氧化镁靶,并采用100 MeV质子束轰击氧化镁靶在线产生了^20～26Na⁺的钠同位素放射性核束。当质子束流强为8 μA时,²⁰Na⁺离子束的最大产额为2×10⁵ s^-1,²¹Na⁺离子束的最大产额为4×10⁸ s^-1。完成了北京放射性核束装置首个放射性核束物理实验,累计供束近200 h。     

北京放射性核束装置在线同位素分离器的研制

北京放射性核束装置在线同位素分离器（BRISOL）采用100 MeV、200 μA回旋加速器提供的质子束打靶产生中、短寿命放射性核束,进行在线分析后供物理用户使用,其质量分辨率好于20 000。BRISOL装置现已建成,并开展了氧化镁、氧化钙靶的在线实验,在线产生了³⁷K⁺、³⁸K⁺、²⁰Na⁺、²¹Na⁺等多种放射性核束。本文详细介绍该装置的研制及运行情况。     

CSNS强流负氢离子源及其改进

中国散裂中子源（CSNS）的离子源是1台强流负氢离子源,该离子源负氢束流的能量为50 keV,负氢流强可达40 mA,束流占空比最高为1.25%（重复频率为25 Hz,脉宽为500 μs）。目前该负氢离子源已投入到CSNS中使用。由于等离子体放电电极受带电粒子溅射的缘故,在1.5%（25 Hz,600 μs）的占空比、负氢流强30 mA运行下,离子源的寿命约为30 d。为提高离子源使用的稳定性,对离子源进行改进优化,提高了离子源的运行效率和稳定性。     

Temperature dependence of the chemical sputtering of amorphous hydrogenated carbon films by hydrogen

The temperature dependence of chemical erosion and chemical sputtering of amorphous hydrogenated carbon films due to exposure to hydrogen atoms (H⁰) alone and combined exposure to argon ions and H⁰ was measured in the temperature range from 110 to 950 K. The chemical erosion yield for H⁰ alone is below the detection limit for temperatures below about 340 K. It increases strongly with increasing temperature, goes through a maximum around 650–700 K and decreases again for higher temperatures. Combined exposure to Ar⁺ and H⁰ results in substantial chemical sputtering yields in the temperature range below 340 K. In this range the yield does not depend on temperature, but it increases with energy from about 1 (eroded carbon atoms per impinging Ar⁺ ion) to about 4 if the ion energy is increased from 50 to 800 eV. For temperatures above 340 K the measured erosion rates show the same temperature dependence as for the H⁰-only case, but they are higher than for H⁰-only. The difference between the Ar⁺ and H⁰ and the H⁰-only cases increases monotonically with increasing ion energy.     

Design of the stripping unit and the electromagnetic analysis unit for the E//B NPA on HL-2A/2M tokamak

An E//B neutral particle analyzer is under development for fast ion diagnosis on HL-2A/2 M tokamak. The stripping unit is composed of a stripping room (equipped with two differential tubes and a gas supply bellows), a vacuum chamber and a vacuum pumping system. The stripping efficiency of the stripping room is calculated in the form of global efficiency R × f₊₁, where R is the non-scattered-away rate and f₊₁ is the fraction of charge state +1. The magnetic field of the E//B analyzer is produced with a permanent magnet. The yoke and the poles of the magnet are made of mild steel and the magnet plates are made of NdFeB. The magnetic poles are specially designed to focus the ion trajectories and to increase the use rate of the magnet. The shape of the magnet and the electric plates are carefully designed so that the ions are dispersed into two lines of H⁺ and D⁺ on the detector plane. For each line, the energy increases from 10 to 200 keV from one side to another.     

Interactions of slow H, H2, and H3 with thin carbon foils

Interaction processes resulting from the transit of incident 2–30 keV H⁺, H⁺₂ and H⁺₃ through 1.2 to 2.5 μg cm⁻² carbon foils are investigated by examining the charge state and angular scatter distributions of atomic and molecular species that exit the foils. A comparison of the scatter distributions of exiting H⁺₂ and H⁰ from incident H⁺₂ and H⁺₃ show that the atomic components of transmitted molecules scatter independently from foil atoms. For a given foil thickness, the measured fractions of H⁺₂ from incident H⁺₂ and H⁺₃ are inversely proportional to the square of the angular scatter half-width.     

30%TBP/煤油中DBP和MBP的离子色谱分析

采用离子色谱作为检测仪器,建立了简单、快速、灵敏地测定30%TBP/煤油中DBP和MBP的新方法。以去离子水为反萃剂将有机相中DBP和MBP反萃到水相,去除有机相干扰,离子色谱仪进行检测。当DBP浓度在0.01～6.0 mmol/L、MBP浓度在0.02～2.5 mmol/L时,标准曲线均具有良好的线性,相关系数r²均达到0.999,DBP的检出限为5.0 μmol/L,MBP的检出限为4.0 μmol/L。采用建立的方法对模拟30%TBP/煤油生成的辐解产物进行重加回收实验,DBP的重加回收率在92%～96%,模拟样品6次平行测定的s_r=2.1%。     

30％TBP/煤油中DBP和MBP的离子色谱分析

采用离子色谱作为检测仪器,建立了简单、快速、灵敏地测定30%TBP/煤油中DBP和MBP的新方法。以去离子水为反萃剂将有机相中DBP和MBP反萃到水相,去除有机相干扰,离子色谱仪进行检测。当DBP浓度在0.01～6.0 mmol/L、MBP浓度在0.02～2.5 mmol/L时,标准曲线均具有良好的线性,相关系数r²均达到0.999,DBP的检出限为5.0 μmol/L,MBP的检出限为4.0 μmol/L。采用建立的方法对模拟30%TBP/煤油生成的辐解产物进行重加回收实验,DBP的重加回收率在92%～96%,模拟样品6次平行测定的s_r=2.1%。     

Kinetic electron emission yield induced by H and He ions versus stopping power for Al, Cu, Ag and Au

For H⁺ and He²⁺ ions impinging on Al, Cu, Ag and Au targets we measured simultaneously the yield, γ, of emitted electrons and the electronic energy loss, S_e, in the energy range 0.5 to 4.8 MeV. The targets were prepared under high-vacuum conditions before they were transferred to an ultra-high-vacuum chamber without breaking the vacuum. The targets were sputter cleaned and their composition was examined by Auger electron spectrometry. The values of γ were obtained by current integration and S_e was determined from the energy width of Rutherford backscattering spectra. For H⁺ ions impinging on Cu, Ag or Au and He²⁺ on Al and Cu, the expected proportionality between γ and S_e was found within the experimental errors of 2%. For H⁺ ions on Al and He²⁺ ions on Ag and Au targets, significant deviations were observed.     

Ion beam induced luminescence of materials

Ion beam interactions with many insulating materials produces strong luminescence and this may be collected and analysed to gain information on the defect structures present. The use of light ions such as H⁺ and He⁺ with MeV energies allows penetration to a depth of several microns in most materials. The variation of ion species and energy allows precise control of ion-induced damage and ionisation within the material. This control of depth, ionisation, and damage can be superior to that of the traditional cathodo-luminescence technique and comparison with spectra from the two methods often yields differences in sensitivity to different emission bands and features.