碳离子碰撞引起的金L壳层X射线产生截面的实验研究

实验测量了20～50 MeV的C离子和Au原子碰撞中Au产生的L壳层X射线,研究了Au的L各支壳层产生截面σ(L_l)、(L_α)、(L_β)、(L_γ)和总截面的比值σ(L_(total)与入射离子能量的关系.利用L壳层的辐射跃迁几率,Croster～Kroning跃迁率和L亚壳层的荧光产额将平面波波恩近似(PWBA)和ECSSR理论计算的电离截面转换为L层X射线产生截面,并与实验结果相比较,结果表明σ(L_l)、(L_α)、(L_γ)和总截面σ(L_(total))实验测量值随入射离子的变化趋与ECPSSR和PWBA所预测的结果一致,ECSSR理论值更接近我们的实测测量值,但是数值大于实验测量结果.     

光电离过程中Fe靶和V靶特征辐射的角相关研究

在发射角120°—170°的范围内,应用硅漂移探测器以10°为间隔对中心能量为13.1 keV的韧致辐射诱发Fe靶和V靶发射的典型K系X射线光谱进行了测量.得到特征X射线Kα和Kβ的特征谱线,考虑探测器对特征X射线的探测效率、靶对入射光子和出射光子吸收的校准及大气对特征X射线的吸收后,结果显示不同探测角度下Kβ与Kα的强度比为一常数.将本次实验探测角度为150°时的Kβ/Kα强度比值的实验值、理论计算值和Ertuğral的实验结果进行对比,发现实验结果与预期相符.对比不同探测角度下的强度比变化趋势推断特征X射线的角度依赖关系,分析认为Kα和Kβ在探测范围内是各向同性发射的.     

近Bohr速度I20+离子在不同靶面上的L壳层X射线辐射

在兰州重离子加速器国家实验室,利用硅漂移X射线探测器探测了4.5 MeV I20+离子入射到Fe,Co,Ni,Cu,Zn靶表面时产生I的L壳层X射线.实验观察到Ll,Lα1,2,Lβ1,3,4,Lβ2,15,Lγ1,Lγ2,3,4,4,等6组分辨较好的谱线,各分支X射线的能量发生了蓝移;Lβ1,3,4,Lβ2,15与Lα1,2谱线的相对强度比随靶原子序数的增大基本线性增加,Ll与Lα1,2,Lγ2,3,4,4,与Lγ1 X射线的相对强度比近似与靶原子序数的平方成正比.分析表明,玻尔速度附近能量的低速高电荷态离子与固体靶原子碰撞产生的内壳层过程存在直接库仑电离和电子俘获的双重综合作用,这使得内壳层X射线发射时,外壳层仍存在多个空穴,导致辐射X射线的频移和分支比的变化.     

高能脉冲C~(6+)离子束激发Ni靶的K壳层X射线

精确测量离子与原子碰撞引起的靶原子内壳层电离截面,对研究原子内壳层过程以及建立合适的理论模型具有重要的意义.现有的实验数据和理论模型大都集中在中低能区,高能区由于受到实验条件的限制,几乎没有相关实验数据的报道,哪种理论更适合描述高能重离子入射的靶原子内壳层电离截面,还需要进行深入的实验研究.采用电子冷却存储环提供能量分别为165,300,350,430 MeV/u的C~(6+)离子束轰击Ni靶,测量Ni的K壳层X射线.分析了实验中探测到的Ni的K_β和K_α射线强度比,发现入射粒子能量的变化对该强度比影响不明显.分别应用两体碰撞近似(BEA)、平面波玻恩近似(PWBA)和ECPSSR理论对Ni的K壳层X射线的产生截面进行理论计算,并将理论结果与实验结果进行比较.     

碳离子碰撞引起的金L壳层X射线产生截面的实验研究 （原子分子会议文稿）

实验测量了20-50MeV的C离子和Au原子碰撞中Au产生的L 壳层X射线,研究了Au的L各支壳层产生截面的比值σ（Ll）/σ(Lα) 、σ（Lβ）/σ(Lα)、σ（Lγ）/σ(Lα)和总截面的比值σ（Ltotal）/σ(Lα)并将其绘制成与入射离子能量的关系图。利用L壳层的辐射跃迁几率,Croster-Kroning跃迁率和L亚壳层的荧光产额将平面波波恩近似（PWBA）和ECSSR理论计算的电离截面转换为L层X射线产生截面,并与实验结果相比较,结果表明σ（Ll）/σ(Lα) 、σ（Lγ）/σ(Lα)和总截面的比值σ（Ltotal）/σ(Lα)与ECSSR理论预测结果吻合得比较好,σ（Lβ）/σ(Lα)比两种理论预测的值偏小。     

keV能量电子致Al,Ti,Zr,W,Au元素厚靶特征X射线产额与截面的研究

本文使用5—27 ke V能量范围的电子轰击纯厚Al (Z=13), Ti (Z=22), Zr (Z=40), W (Z=74)和Au (Z=79)靶,利用硅漂移探测器(SDD)收集产生的X射线,给出了K, L壳层特征X射线产额的测量结果,并将所得实验数据与基于扭曲波玻恩近似理论模型(DWBA)的蒙特卡罗模拟值进行了比较,两者在小于或约为10%的范围内符合.根据测得的特征X射线产额进一步得到了相应的内壳层电离截面或特征X射线产生截面.通过对比电子入射角度为45°和90°的两种情况下解析模型与蒙特卡罗模拟的特征X射线产额,发现在入射角度为90°时两者符合较好.同时,本文还给出了次级电子、轫致辐射光子对特征X射线产额的贡献,该贡献与入射电子能量关系较弱,表现出与原子序数较密切的相关性.     

洞态Ar原子K_α和K_β伴线和超伴线的理论计算

基于全相对论多组态Dirac-Fock方法,对L壳层旁观空穴下Ar原子退激衰变辐射K-X射线K_(α1,2)(K→L_(3,2))和K_(β1,3)(K→M_(3,2))的6908条伴线和超伴线跃迁能、跃迁概率进行了系统计算,计算结果与文献已有数据比较具有很好的一致性.通过对(K~(-1)L~(-1),l=0-8)伴线和(K~(-2)L~(-l),l=0-8)超伴线跃迁谱线卷积得了其合成谱,给出了L壳层不同空穴数下K-X射线伴线和超伴线的平均能量和平均跃迁强度.结果表明,退激辐射X射线能量以及能移与L壳层空穴个数呈现明显的线性关系.基于结论,进一步给出了跃迁能移与L壳层空穴个数之间的关系表达式.研究结果可以为解释离子、原子碰撞过程中产生的X射线谱提供重要的理论支持.     

低能高电荷态O~(q+)离子与Al表面作用产生的X射线

报道了 1.5—20 keV/q的高电荷态O~(q+)(q=3—7)离子与Al表面相互作用发射的O原子的特征X射线谱.分析表明,对于O~(q+)(q=3—6)离子入射时发射的X射线,是由于离子进入表面后与Al原子发生紧密碰撞导致的;而O~(7+)离子入射时的X射线,主要来自于"空心原子"的衰变.在动能相等的条件下,存在K壳层空穴的O~(7+)离子的X射线产额相较于O~(q+)(q=3—6)离子高一个数量级,不存在K壳层空穴的O~(6+)离子的X射线产额也要高于O~(3+),O~(5+)离子.总体来说,X射线产额以及电离截面与入射离子的初始电子组态有关,且随离子入射动能的增加而增加.根据半经典两体碰撞模型,本文估算了入射离子与靶原子相互作用时分别产生O和Al的K_α-X射线的动能阈值.对于入射动能低于动能阈值且电子组态为1s~2的O~(6+)离子与样品表面相互作用,可能存在多电子激发使O~(6+)离子产生K壳层空穴.     

重粒子碰撞过程在惯性约束核聚变诊断的作用

应用连续扭曲波程函初态近似方法(CDW-EIS)计算了入射粒子能量从30 keV到10 MeV α粒子与各价碳原子1s壳层的碰撞电离的总截面,进而得出在惯性约束核聚变(Inertial Controlled Fusion, 简称ICF)聚变条件下该反应的速率系数.同时利用Bethe公式,我们也计算了电子与各价碳原子1s壳层碰撞电离总截面及ICF环境下该反应的速率系数.通过比较α粒子及电子与碳原子碰撞K-壳层电离Kα信号贡献大小,探讨Kα信号利用诊断α粒子分布的可能性.     

低能高电荷态Arq+(q=12,13)离子诱发钼L壳层X射线强度的研究

本文报导了低能高电荷态Arq (q=12,13)离子诱发的钼L壳层X射线强度随入射粒子能量的变化趋势,研究表明当入射粒子能量高于220 keV时,钼L壳层X射线强度有明显增加的的趋势.同时,我们提出了一个简单的模型去估计这种趋势随入射能量的变化.模型计算的结果与实验值符合的比较好.     

高反射效率高定向性的热解石墨晶体X射线谱仪

基于高定向热解石墨晶体(highly oriented pyrolitic graphite,HOPG)研制了一种新型反射式X射线谱仪.该谱仪具有高反射效率、较高能谱分辨率及相对较宽的能谱测量范围.根据计算,在相同的入射条件下,该谱仪的效率比一般X射线弯晶谱仪高3个量级;谱仪能谱分辨率理论值最高达350;理论探测范围是6.891keV至9.193 keV.我们将该谱仪应用在高功率密度激光与固体靶相互作用的实验中,发现在普通弯晶谱仪无法采到信号的实验条件下,HOPG谱仪依然采集到清晰的Cu K谱线.分析发现在8.048 keV(Cu的Kα光子能量)附近的能谱分辨能力最高达到40 eV,分辨率大于200.     

Ar16+和Ar17+离子与Zr作用产生的X射线谱

将超导离子源提供的10-20keV/q Ar16 和Ar17 离子入射到Zr金属表面,在相互作用中产生的X射线谱表明,高电荷态Ar16 离子在金属表面中性化过程中有可能存在多电子激发,使Ar16 的K壳层电子被激发形成空穴,在退激过程中发射特征Kα-X射线.空心原子Ar的K层发射X射线强度随入射离子的动能而减弱,靶原子Zr的L壳层发射X射线强度随入射离子动能的增加而增强.Ar17 的单离子的Kα-X射线产额比Ar16 单离子的Kα-X射线产额大5个数量级.     

不同动能的~(129)Xe~(26+)与Au表面作用产生的X射线谱

测量了动能为350—600 keV和1.8—3.9 MeV的129Xe26+入射Au表面产生的X射线谱.结果表明,350—600 keV的Xe26+仅激发出了Au的Mα特征X射线,而1.8—3.9 MeV的Xe26+可激发出Au的Mζ,Mα,Mγ和Mδ特征X射线.分析了X射线强度和产额比与入射离子动能的关系,并估计了Xe26+激发Xe的L-X射线的动能阈值.     

Chemical Effect on K Shell X-ray Fluorescence Parameters and Radiative Auger Ratios of Co, Ni, Cu, and Zn Complexes

对钴、镍、铜、锌元素组成的不同配合物K壳层X射线的产生截面、谱线强度比、俄歇辐射强度比进行了测定,同时研究了化学效应对K壳荧光参数和俄歇辐射强度比的影响,并根据电荷转移过程解释了这些参数的变化. 采用59.5 keV的γ射线²⁴¹Am的环形放射源对样品进行激发. 用分辨率为150eV的Ultra-LEGe探测器在5.9 keV测定样品产生的K壳X射线.     

大气压尖板电极结构重复频率纳秒脉冲放电中X射线辐射特性研究

文章通过碘化钠晶体和光电倍增管构成的X射线探测系统,研究了上升沿15ns,脉宽30-40ns量级,电压90kV的大气压重频纳秒脉冲气体放电中X射线的辐射特性,X射线有效探测能量范围为10-130keV.结果表明放电产生的X射线主要集中在20-90keV能量范围,而能量在十几keV的软X射线和超过90keV的高能X射线数量很少.X射线辐射计数随脉冲重复频率的增加而增加,随着气隙距离的改变存在峰值,且峰值出现在弥散放电模式.     

射线探测用碲锌镉晶体及其器件研究

采用改进的布里奇曼(B ridgm an)方法进行锌组分为0.15碲锌镉(Cd0.85Zn0.15Te)晶体的生长。通过严格控制晶体生长过程中Cd的蒸气分压,使得所生长的碲锌镉晶体在结晶质量方面达到了较好的水平。对其性能进行测试,红外透射比T>60%、沉积相密度<1×104/cm2、位错腐蚀坑密度DEPD<6×104/cm2、X射线衍射双晶回摆曲线半峰全宽FWHM<20 arcsec、电阻率ρ>1010Ω.cm。利用所生长的晶体初步制作了平面型单元碲锌镉射线探测器,所用晶体的尺寸为5 mm×5 mm×2.5 mm,制成的探测器在室温下对125I和241Am放射源进行了探测测量。对125I放射源,探测出了强度为74.5%的27.5 keV的γ射线特征峰,不能仔细分辨出强度为39.8%的27.2 keV的γ射线特征结构;对241Am放射源,探测出了59.5 keV的γ射线特征峰,分辨率优于6 keV,半峰全宽FWHM<10%,同时还能检测出Te、Cd的X射线逃逸的混合峰以及241Am低能Te-K系、Np-L系的两个X射线特征峰。     

一种聚焦型X射线探测器在轨性能标定方法

X射线探测器是X射线天文观测及脉冲星导航的核心器件,受发射振动、高能粒子辐射损伤及元器件老化等影响,X射线探测器空间观测性能会逐渐变化,X射线探测器在轨标定有利于观测天体X射线辐射信息的准确获取及精确建模.研究利用了脉冲星辐射能谱标定X射线探测器性能的方法,能较好地消除探测器本底及空间环境噪声的影响,通过处理脉冲星导航试验卫星(XPNAV-1卫星)的Crab脉冲星观测数据,评估了我国首款聚焦型X射线探测器的在轨性能.计算结果表明,XPNAV-1卫星上聚焦型X射线探测器的有效面积在0.6-1.9 keV能段内优于2 cm~2,其中在0.7 keV能量处取得最大值3.06 cm~2,探测效率约10%;有效面积随着探测能量增大而减小,在2—3.5 keV能段内有效面积约为1 cm~2,而大于5 keV能段的有效面积约为0.1 cm~2,且此能段估计精度明显受光子统计误差影响.同时研究了考虑能量响应矩阵的探测器有效面积标定新方法,利用地面性能测试中五个特征能谱处的能量分辨率重构其能量响应矩阵,重新标定了聚焦型X射线探测器有效面积,发现该能量响应矩阵对结果影响较小.最后建议观测某些超新星遗迹监测能量分辨率及能量线性等指标的变化.     

X射线偏振探测器中的极化光电过程模拟

采用蒙特卡罗程序Geant4模拟2～10 keV线偏振X射线光子在几种常用工作气体中的极化光电过程,明确了光电子出射位置、方位角分布与入射光子偏振方向、能量之间的响应关系。光电子的出射方向在入射光子偏振方向上的分布概率最高,且出射光电子的方位角分布可近似为余弦平方函数。光子能量增大时,各角度光电子计数不同程度地减少,但都呈现出在方位角为0或π（-π）时有极大值的统计规律。此外,揭示并量化了气体厚度、气体组成、气体体积分数之比和光子能量对探测效率的影响规律。气体厚度越大、平均原子序数越大,则探测效率越高。光子能量增大会导致探测效率降低,而对于由Xe或Ar组成的工作气体,当光子能量大于某壳层电子结合能时,由于相应壳层电子开始被弹射出,探测效率会有一定程度的提高。这些结果可为X射线偏振探测器的结构设计提供理论依据和数据支持。     

碘化汞材料固有空间分辨的蒙特卡罗模拟研究

采用蒙特卡罗方法模拟了直接转换X射线探测材料HgI2在医用X射线范围的固有空间分辨性能,模拟基于最新版本的EGSnrc模拟软件的用户代码DOSRZnrc,模拟了HgI2材料对无限小锥束入射X射线的调制传递函数(MTF)。考虑到荧光光子和散射光子重吸收,高速电子射程扩展以及离轴X射线入射对空间分辨力的影响,把模拟结果和文献解析方法获得的结果做了对比,两者符合较好。模拟结果表明,初级高速电子射程和入射角度对材料固有空间分辨力影响很大,材料分辨对入射X光子能量很敏感,高能时分辨力特性急剧变差,而对材料厚度很不敏感。相对于非晶硒(α-Se),HgI2材料具有更好的固有空间分辨力,尤其在50 keV能量以上时。在fMTF=0.5时,能量为20 keV,50 keV和100 keV的X射线入射,HgI2和非晶Se固有空间分辨力分别为390 lp/mm,170lp/mm,52 lp/mm和390 lp/mm,80 lp/mm,22 lp/mm。     

单光子计数型CCD的蒙特卡罗模拟

建立了适用于研究PI-LCX:1300型单光子计数型CCD量子效率及多像素事件的蒙特卡罗模拟模型,采用蒙特卡罗程序Geant4对0.5~30.0 keV能量区间的X射线在CCD芯片中的输运进行了模拟研究。研究了X射线在CCD芯片中的能量沉积谱,给出了CCD探测X射线的效率曲线,其结果与厂家提供的效率曲线一致。研究了Si片厚度对探测效率的影响,结果表明在有效探测范围内,Si片越厚探测效率越高,而对较高能量的X射线,此趋势不明显。研究了能量沉积分布在多个像素中的问题,结果表明周围像素中的能量沉积主要由中心像素的特征X射线及瑞利散射X射线所贡献,在5~30 keV之间X射线能量越高,能量沉积效率越低,多像素污染效果越弱。