离子束分析进展

1983年在美国亚里桑那州州立大学召开了第六届国际离子束分析会议。这次会议的侧重方向是低能离子散射。近年来,由于超高真空技术、高速计算机、飞行时间方法、离子源等技术的发展和应用,散射截面、射程、阻止本领等各种基本参数的精确化,促进了低能离子散射技术的发展,使它成为表面结构分析中的重要手段。必须指出,上述多方面技术的进步所产生的影响,不仅仅局限于低能离子散射,而是遍及离子束分析的整个领域。     

3×10~(12)s~(-1)强中子发生器后分析系统调试结果

一、引言兰州大学强中子发生器于1988年通过部级鉴定,氘离子束达30 mA,中子产额达3×10~(12)s~(-1)。然而,由于它是采用混合离子束,靶寿命只有十几个小时。在聚变堆第一壁材料研究中,要求的累计中子注量超过10~(17)cm~(-2)。因此,辐照时间需几百小时。因为氚靶价格昂贵,用混合离子束进行材料辐照损伤研究,其费用是很高的。     

复旦大学的3MV串列静电加速器(英文)

一台美国国家静电公司(NEC)制造的、端电压为3MV的9SDH-2型串列加速器于1987年在复旦大学安装并投入运行。本文叙述了机器本身以及在第一年运转中所出现的问题和经验。加速器建立了三条束流管线:一条是超高真空靶室系统,用它已进行了Al(100)清洁表面的研究;另一条是微米束系统,已能提供2μm的质子束;第三条为通用束线,已用它研究了~(56)Fe的核共振对KX射线产额的影响。目前,在该束线上还进行离子束分析,如用8.8MeV He~(++)进行高Tc超导体非卢瑟福散射实验等。     

橡树岭的表面改性中心

【美国《橡树岭国家实验室评论》1992年第25卷第2页第129页报道】橡树岭国家实验室的表面改性和性质表征合作研究中心(SMAC)的研究人员,专门从事将离子束打入或打后附着在各种各样靶的表面,以改变这些材料的物理性质。进行离子束处理目的,是产生或加强材料的特定表面性质,例如硬度、导电性、导     

一个短间隙离子束减速系统

当今,甚低能离子束(几十ey—几个keV)在材料科学中发挥着越来越大的作用。低能离子注入和低能离子束沉积(尤其是经过质量分析的)在离子溅射等应用基础研究和各种功能膜的制备等方面有着宽广的应用前景。应用实验室电磁同位素分离器制备核物理实验用各种稳定同位素靶(几十—几百μg/cm~2的薄靶)时为了提高收集效率(要使自溅射系数小于1),也需     

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     

290MeV/u ~9C离子束在液态水靶中输运的蒙特卡洛模拟

9C离子束是双重辐射源于在治疗肿瘤有明显优势。我们用蒙特卡洛程序FULKA模拟了290 MeV/u 9C离子束在水靶中的输运,研究其能量沉积、核碎片分布以及核碎片注量的深度分布,可为9C离子束肿瘤治疗剂量学提供参考。     

高功率离子束模拟材料的X射线热-力学效应研究

主要介绍了利用高功率离子束模拟1keV黑体辐射X射线对材料的热—力学效应(thermal—mechanical effects)的初步研究结果。计算了“闪光二号”加速器产生的高功率离子束(质子束)和1keV黑体辐射X射线在材料中的能量沉积剖面，计算结果表明二者的能量沉积范围和剖面变化趋势基本一致。给出了利用“闪光二号”加速器高功率离子束辐照不同材料样品的初步实验结果。所辐照的样品表面镀层被剥离掉，Cu和Al样品表面有明显的熔融痕迹，样品的质量损失约几十毫克，3mm厚的石墨样品碎裂成数块，1mm厚的Al靶形变达到6mm。实测的5mm厚硬Al靶背面应力波峰值约35MPa。因而可以利用“闪光二号”加速器产生的高功率离子束模拟1keV黑体辐射X射线的热—力学效应。     

用背散射技术分析核靶的污染

在使用真空蒸发和电镀两种方法制备核靶的过程中,基衬、脱膜剂和坩埚等都会给核靶带来污染。用合适的方法分析核靶的污染,从而改进制备工艺,是制靶技术迫切需要解决的问题。我们用背散射技术分析了核靶中的杂质,使用2MeV的~4He~ 离子束,散射角为160°和135°,探测系统的能量分辨率为16keV。     

离子束散射分析

离子束散射技术得到广泛应用还只有十几年的历史。目前,在国际上它已广泛应用于电子材料、核能材料及材料科学等领域。它的主要优点是简单、快速、直观、可靠。它无需标准样品即可进行定量分析,无需腐蚀、剥离表层即可给出深度分布信息。     

金属中氦泡对背散射分析能谱的影响

分别从理论和实验上研究了钛镆中氦泡演化对离子束背散射能谱(RBS)的影响。理论分析表明能谱的展宽除了受材料的能量阻止和多重散射效果及实验系统特性的影响外,氦泡也是一个重要的影响因素。理论上,当由离子束分析给出氦泡占材料的体积分数及氦泡引起的能散时,可计算出氦泡的尺寸和密度。实验结果显示了含氦钛镆RBS谱后沿随着氦浓度和退火温度的升高逐渐展宽,表明随着氦泡尺寸和浓度的变大,离子束分析能谱也不断展宽。这使在考虑了材料中氦泡的影响后,离子束分析能真实地反映材料的性质,同时也可从离子束分析得出材料中氦泡的演化信息。     

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     

离子注入用高低温变温靶室

本文介绍了一个在77-800K范围可变温度下进行离子注入和就地电学测量的靶室。该靶室曾为金属、硅化物以及某些超导材料的离子束混合实验在10W左右的束流功率下使用了几年,温度漂移在±3K。     

背散射模拟谱与实验谱的显示软件的应用

材料科学的研究在国防事业、工农业生产和国计民生的各个方面有着重要的意义。加速器离子束分析如背散射分析(RBS),沟道分析(Channeling)、核反应分析(NRA)及质子荧光分析(PIXE)等以其不破坏样品,分析灵敏度高,迅速可靠等特点在材料科学研究领域占有独特的优势。它适于研究半导体、超导和各种金属材料。特别是背散射分析非常适于分析材料表面几百纳米薄层内的原子组分、深度分布及不同材料之间的界面反应等,这些分析为研究各种材料的特性,提高它们的品质,研制各种新型特殊材料提供了可靠的理论与实验的依据,为了提高背散射分析的精度,更迅速地处理实验数据,同时也     

用重离子辐照制备核微孔滤膜

用加速器引出的重离子束制备核微孔滤膜的优点是:能够提供多种单能、均匀、垂直的高能重离子束,因而它已成为制备核微孔滤膜的理想手段。氧是制备聚碳酸酯核微孔滤膜的临界重离子。本实验用1.5米回旋加速器引出的不同能量的氧离子束探索了照射方法、化学蚀刻条件及核微孔滤膜的化学稳定性等,制得了一定规格的核微孔滤膜。     

离化团束沉积装置的研制

材料表面改性领域的最新发展要求注离子改性范围在纳米量级,离子能量从几个eV到几百个eV,且必须具有强束流。通过离化团束(ICB)技术就可实现上述要求。 团粒是几十、几百或数千个原子或分子的聚合体,它很容易被电离和加速。1972年,Takagi等人通过一个喷嘴利用高温蒸发和膨胀进入真空形成了室温固体团粒,从此开始了离化团束沉积技术的发展。在常规离子束技术中采用原子或分子态离子,而离化团束采用电离的原子团。与单个原子束相比较,团粒束有不同的辐照效应,诸如沉积、溅射、损伤累积和动态退火等。团粒离子对材料的碰撞为表面处理     

基于逆康普顿散射源核废物成像技术的研究进展及仿真模拟

高放射性水平废物具有放射性核素浓度高、毒性大、持续释放衰变热和衰变时间长等特性,使其处置的难度和风险极高。核废物的精准检测和评估对深地质处置的安全有着重要意义。以核共振荧光方法与三维透射成像相结合的核废物检测方法近年来开始逐步发展并被认为是最有潜力的发展方向。紧凑型逆康普顿散射X/γ射线源是核共振荧光技术应用的核心装置,能够满足工程现场应用和精准无损检测的需求。介绍了国内这类先进辐射源的发展应用情况和相关研究现状。基于紧凑型伽马射线源装置,结合蒙特卡洛模拟,揭示了核废物、废物罐及其外围膨润土的响应机制,实现了对交界区域的成像分析。相关表征数据可作为输入参数,提高屏蔽材料多场耦合的数值模拟精度,预测关键放射性核素的迁移规律,评价屏障系统的可靠性和核废物的泄露风险,为核废物深地质处置的核素识别、检测和安全评估提供有效的技术支撑。     

用背角准弹散射研究近库仑势垒能区重离子核反应

利用背角准弹散射的方法开展了近库仑势垒（近垒）能区重离子核反应机制的研究。高精度测量了深垒下能区16O+152,154Sm、184W、¹⁹⁶Pt和²⁰⁸Pb等体系的背角准弹散射激发函数,用耦合道计算抽取了核势的表面弥散参数,结果表明考虑耦合道效应得到的表面弥散参数值正常。基于背角准弹散射势垒分布对核结构的敏感性,尝试用深垒下能区16O+152Sm、170Er和174Yb等体系的背角准弹散射来抽取形变靶核的十六极形变参数,所抽取值与已有结果趋势一致,说明了该方法的可行性。此外,研究了弱束缚核体系的破裂效应,其表现为背角准弹势垒分布较全熔合势垒分布向低能移动,所得结果进一步说明势垒分布同时含有核结构和核反应机制的信息。     

散裂中子源靶站和中子散射谱仪的概念设计

本文介绍了可应用于多学科应用的散裂中子源(CSNS)靶站和中子散射谱仪概念设计的进展。CSNS靶站将由重水冷却多片钨靶,铍/铁反射体和铁/重混凝土生物屏蔽体组成。采用三个WING型慢化器:水(室温),液体甲烷(100K)和液体氢(20K),设有18个水平中子孔道。MonteCarlo模拟显示优化的靶截面高宽比为1:2.5左右。额定的100kW核功率的质子束轰击后,慢化器处钨靶溢出的脉冲中子通量约为2.4×1016cm?2·s?1。有限元方法计算表明,钨靶体内的总发热量是47kJ/s。即使使用截面较小的钨靶,在通常的水冷速率下,靶体温度也仅略高于90°C。靶体的热应力形变最大不超过0.2mm。根据经济实用原则选择建造粉末衍射仪、小角散射仪、反射仪及直接几何非弹性散射仪等四类有代表性的中子散射谱仪,就能覆盖>80%的中子散射研究领域。