扫描质子微探针质子束刻写

质子束刻写技术利用MeV能量的聚焦质子束对抗蚀剂材料直接刻写m甚至nm尺度微结构。研究了质子束刻写中抗蚀剂胶层样品厚度与涂层机旋转速度的关系以及曝光对抗蚀剂的影响,解决了质子束刻写中抗蚀剂厚胶层样品的制备、固化、显影等技术问题,利用扫描质子微探针系统,在正型抗蚀剂胶层上刻写出m尺度的海宝图形、 双矩形结构,在负型抗蚀剂上刻写出m尺度的平行线条、十字形微结构。     

离子微束技术及其多学科应用

通过微米孔准直或电磁聚焦技术可将加速器产生的MeV离子束形成微米尺寸的离子束斑(微束), 从而用来研究固体和生物样品的微米空间分辨的材料信息和辐照响应。 结合MeV离子微束的发展历史综述了微束技术和跨学科应用, 包括利用微束开展具有空间分辨的离子束分析、 单粒子效应、 微纳加工和细胞辐射响应等研究。 介绍了中国科学院近代物理研究所的高能重离子微束辐照装置, 该装置成功地将总能量为1 GeV的C离子在大气中聚焦为1 μm×2 μm的微米束斑。 Beam of MeV ions from particle accelerators can be confined by collimators or focused by electrical/magnetic quadruples into micrometer size, and this microbeam can be used to obtain spatial information or radiation effect in solids and biological samples. This paper reviews the technical developments and the multi disciplinary applications of microbeam, including ion beam analysis, single event effect in semiconductor devices, proton beam writing and cellular response to targeted particle irradiations. Finally, the high energy heavy ion microbeam facility at the Institute of Modern Physics of Chinese Academy of Sciences is introduced, which has successfully focused 1 GeV Carbon ions into a beam spot of 1 μm×2 μm in air.     

多功能扫描质子核探针信号探测和数据获取系统

为了在一次扫描质子核探针实验中能获取多种物理信息,研制了多功能信号探测与数据获取系统。系统由组合探测器、多站多参量数据采集与束流扫描、样品台控制与显微观测三个子系统组成。组合探测器包括了Si(Li)X射线探测器,高纯Geγ射线探测器,以及Au(Si)面垒带电粒子探测器,可完成多种物理参数的同时获取。系统的核心数据采集与束流扫描系统基于NI公司的PXI-7852R数据采集卡和LabVIEW软件平台,具备了多个物理信号采集、多能谱显示以及束流扫描和二维成像等功能。六轴高精度真空样品台由计算机控制,可实现显微图像对样品的定位及对扫描区域的可视化选择。初步实验验证了该系统的可靠性与稳定性。     

核探针技术及其应用

核探针的概念起源于电子探针,它综合了离子束分析技术的特点,已成为很有应用前景的分析工具.本文结合上海新建成的核探针,介绍它们的原理、结构和部分应用. In concept,the scanning nuclear microprobe is similar to the scanning electron micro-probe,but has much higher sensitivity for microanalysis.The main features and the construction of thenew-built Nuclear Microprobe in Shanghai are described.It has been proved to be an ideal tool for mi-croanalysis in the fields of medical and biology,metallurg,microelectronics,archaeology and earthsciences.Its potentiality is demonstrated with examples in the applications of these fields.     

基于同步辐射的快速扫描X射线微束荧光成像方法

在上海光源硬X射线微聚焦光束线站(BL15U1)上, 基于EPICS软件平台, 集成运动控制, 光强探测, 荧光探测等功能, 实现了\"飞行\"模式 (on-the-fly) X射线扫描微束荧光成像方法. 用\"飞行\"扫描X射线荧光成像法获得了标准镍网, 以及微量元素Cu, Zn,K, Fe在样品老鼠脾内的分布图像, 结果显示该方法不但在速度上有了极大的提高, 而且获得的元素分布图像具有高质量.关键词：快速扫描X射线微束荧光成像同步辐射微量元素分布     

强流质子束辐照形成的冲击波

对强流质子束在铝材料中引起的冲击波进行了数值模拟,其中强流质子束在铝中的能量沉积行为采用蒙特卡罗方法模拟,而能量的非均匀沉积后引起的力学效应采用一维流体弹塑性模型进行计算。计算给出了强流质子束在铝材料中的能量沉积曲线和引起的冲击波的时间演化规律。     

激光加速质子束空间电荷力研究

激光加速器可以输出具有独特品质的质子束,例如μm尺寸、ps脉冲长度和高峰值电流。强流粒子束的空间电荷力效应较强,对面向应用的束流传输提出了挑战。通过二维PIC模拟研究了激光加速后与质子速度接近的电子的影响。采用椭球模型估算空间电荷力的影响,比较不同电荷分布的差异。结果表明每束团质子数超过1010后空间电荷力显著影响质子束传输,甚至严重破坏束流品质。空间电荷力的影响在20 ps后显著减弱,离开靶约1.2 mm。     

基于玻璃毛细管的大气环境MeV质子微束的产生与测量

本文采用玻璃毛细管产生了大气环境中工作的2.5 MeV质子外束微束,并对束斑直径及能量分布随玻璃毛细管与束流方向之间角度(倾角)变化进行测量.测量结果表明,在玻璃毛细管轴向与束流方向一致时(倾角为0°),产生的微束中存在保持初始入射能量的直接穿透部分以及散射部分,其中直接穿透的质子占比最大,束斑直径也最大.随着玻璃毛细管倾角的增大,当其大于几何张角时,束斑直径变小,产生的微束全部为能量减小的散射部分,直接穿透质子消失.我们对质子在玻璃毛细管内传输时的内壁散射过程进行了模拟计算及离子轨迹分析,发现大角度的散射部分决定了形成的外束微束斑外围轮廓,而束斑中心区域由不与毛细管内壁产生任何作用的直接穿透离子构成,其大小由玻璃毛细管出口直径以及几何容许张角决定.采用玻璃毛细管产生的外束微束具有产生简单廉价,微束区域定位简单的特点,有望在辐射生物学、医学、材料等领域得到广泛应用.     

毛细管准直微束过程模拟与微束品质分析

利用GEANT4程序对复旦大学单粒子微束的毛细管准直过程进行了蒙特卡罗模拟。计算结果表明:当前采用的1 m孔径、1 mm长度的毛细玻璃管准直器能够引出峰值能量2.2 MeV、能量分辨130 keV、束径2.4 m的质子微束,可达到装置对微束能量与束径分辨的设计指标,从理论上明确了毛细管准直微束引出的可行性。针对影响入射目标细胞微束品质的主要因素,分析了微束品质与准直系统和入射束流各状态参数的依赖关系,为毛细管准直微束的引出与优化提供了必要的理论依据。     

毛细管准直微束过程模拟与微束品质分析

利用GEANT4程序对复旦大学单粒子微束的毛细管准直过程进行了蒙特卡罗模拟。计算结果表明：当前采用的1 m孔径、1 mm长度的毛细玻璃管准直器能够引出峰值能量2.2 MeV、能量分辨130 keV、束径2.4 m的质子微束,可达到装置对微束能量与束径分辨的设计指标,从理论上明确了毛细管准直微束引出的可行性。针对影响入射目标细胞微束品质的主要因素,分析了微束品质与准直系统和入射束流各状态参数的依赖关系,为毛细管准直微束的引出与优化提供了必要的理论依据。     

扫描透射离子显微成像系统的建立和实验研究

基于上海应用物理研究所的扫描质子微探针系统,对扫描透射离子显微成像（STIM）技术进行了仿真分析和实验研究,建立了基于中值滤波方法的数据处理程序,获得了大鼠股骨切片的面密度分布和薄壁小球的离轴STIM图像。理论分析和实验结果显示：由在轴探测数据的中值滤波结果可以计算出定量的面密度分布信息,由能量窗滤波的离轴探测数据则可以给出高分辨的定性图像,这在薄样品、强束流、以及质子激发X荧光（PIXE）分析同时进行的STIM分析中尤为有用;增加获取的事件数、选择合适的滤波方法可以使测量误差远小于阻止本领计算带来的误差。该方法可以用于测量几十μm尺度样品的绝对质量以及辅助PIXE技术进行元素定量分布分析。     

扫描透射离子显微成像系统的建立和实验研究

 基于上海应用物理研究所的扫描质子微探针系统,对扫描透射离子显微成像（STIM）技术进行了仿真分析和实验研究,建立了基于中值滤波方法的数据处理程序,获得了大鼠股骨切片的面密度分布和薄壁小球的离轴STIM图像。理论分析和实验结果显示：由在轴探测数据的中值滤波结果可以计算出定量的面密度分布信息,由能量窗滤波的离轴探测数据则可以给出高分辨的定性图像,这在薄样品、强束流、以及质子激发X荧光（PIXE）分析同时进行的STIM分析中尤为有用;增加获取的事件数、选择合适的滤波方法可以使测量误差远小于阻止本领计算带来的误差。该方法可以用于测量几十μm尺度样品的绝对质量以及辅助PIXE技术进行元素定量分布分析。     

Differential phase contrast with a segmented detector in a scanning X‐ray microprobe

Scanning X‐ray microprobes are unique tools for the nanoscale investigation of specimens from the life, environmental, materials and other fields of sciences. Typically they utilize absorption and fluorescence as contrast mechanisms. Phase contrast is a complementary technique that can provide strong contrast with reduced radiation dose for weakly absorbing structures in the multi‐keV range. In this paper the development of a segmented charge‐integrating silicon detector which provides simultaneous absorption and differential phase contrast is reported. The detector can be used together with a fluorescence detector for the simultaneous acquisition of transmission and fluorescence data. It can be used over a wide range of photon energies, photon rates and exposure times at third‐generation synchrotron radiation sources, and is currently operating at two beamlines at the Advanced Photon Source. Images obtained at around 2 keV and 10 keV demonstrate the superiority of phase contrast over absorption for specimens composed of light elements.     

微束核反应及其对流体包裹体的应用

本文主要介绍了扫描质子探针中微束核反应分析原理。给出了用８７２ｋｅＶ质子能量的＾１９Ｆ（ｐ,αγ）＾１６Ｏ共振反应测量氟元素的方法,并利用扫描质子探针对地幔流体包裹体内的氟元素含量进行了测量。     

通道靶对超强激光加速质子束的聚焦效应

发散角过大是制约超强激光与固体靶相互作用加速产生高能质子束应用的一个重大物理难题.本文提出了一种结构化的通道靶型,与超强激光相互作用可提高质子束的发散特性,通道壁上产生的横向电荷分离静电场可对质子有效聚焦.采用二维particle-in-cell粒子模拟程序对激光通道靶相互作用过程进行了研究,分析了加速质子束的性能特点.模拟结果表明,与传统平面靶相比,通道靶可以在不过多损失能量的情况下产生具有更好准直性的质子束,尤其当通道靶的直径与激光焦斑尺寸和质子源尺寸相当时,横向静电场能够有效聚焦质子束,并且可保证相对较高的激光能量利用率.     

小波函数反馈法实现对强流束晕混沌的有效控制

提出小波函数反馈控制法,分别实现了在四种不同的初始质子分布情形下对强流质子束的束晕混沌的有效控制.控制后束晕强度因子变为零,束均方根半径、束横向动量平方和的平均值和相对平均发射度比控制前都减少至1/2—1/3.结果表明该方法十分有效,具有应用前景关键词：小波函数反馈法束晕混沌强流质子束     

强流回旋加速器综合试验装置的设计与建造

为了试验研究强流回旋加速器的整机设计技术, 主磁铁、束流诊断等关键部件的设计与加工工艺技术, 以完成100MeV回旋的设计验证, 并为今后逐步提高流强创造试验条件, 自2004年以来, 陆续研究、设计、加工了一些关键部件, 先后实验研究达到了单项技术指标; 目前, 已集成为一套强流回旋加速器的综合试验装置. 本文报告该试验装置的设计与设备制造情况、磁场测量与垫补结果、10—15mA负氢离子源、高频腔和注入系统实验研究、内靶束流调试等工作.