100-keV质子在聚碳酸酯微孔膜中传输的动态演化过程

本工作测量了100 keV质子穿过倾角为+1°的聚碳酸酯(PC)纳米微孔膜后, 出射粒子电荷态、位置的分布以及相对穿透率随时间的演化. 实验发现, 100 keV(E/q约为100 kV)质子穿过绝缘纳米微孔的物理机理与keV能区的导向过程有根本的不同. 在实验测量初期, 微孔内部无电荷沉积, 质子主要通过在微孔内表面以下的多次随机二体碰撞过程为主要传输机理; 而当充放电平衡后, 微孔内部有明显的电荷斑, 主要传输机理为电荷斑辅助的表面以上(或近表面)的镜面散射行为. 这一物理图像使质子穿过微孔的物理认识更加深入和完整, 也将促进百千电子伏质子微束的应用.     

低能Cl^-在Al2O3绝缘微孔膜中的输运过程

研究了10 keV Cl^-离子穿越Al2O3绝缘微孔膜的物理过程,发现穿越的Cl^-其分布中心在初束中心即0°附近,Cl^-离子穿透率下降与几何穿透一致,这是典型的直接几何穿越有一定角发散的微孔导致的结果;而出射的Cl0和Cl^+以微孔轴向为中心分布,Cl^+和Cl0穿透率下降慢于几何穿透.模拟计算发现沉积电荷会使出射粒子中Cl^-占主要成分,并使出射Cl^-角分布中心移动到微孔轴向方向而随微孔膜倾角移动;而在不考虑沉积电荷的情况下,计算结果较好地符合了实验结果.通过分析在不同倾角下散射过程对出射粒子的角分布和电荷态分布的影响,发现绝大部分的Cl0是通过一次和两次散射出射的,其中一次散射出射的Cl0占主要成分,从而导致出射的Cl0沿微孔轴向出射而Cl^+主要是经过一次碰撞出射.这导致了随倾角增大,出射的Cl0穿透率下降速度比Cl^+小,Cl0所占比例相对增大较快,从而导致观测到的Cl^+/Cl0的比例下降.本文结果更仔细地描述了低能离子穿越绝缘体微孔的物理机理,印证了之前实验和理论工作的结果,发现在10 keV以上能区的Cl^-离子穿越绝缘微孔膜的过程中,沉积电荷并未起到主要作用,其主要穿透特征是散射过程造成的.     

30 keV H+在聚碳酸酯微孔膜中动态输运过程的实验和理论研究

测量了30 keV的H⁺入射倾斜角度为-1°和-2°的聚碳酸酯微孔膜后,出射粒子二维分布图、角度分布、相对穿透率以及出射H⁺电荷态纯度随沉积电荷的演化.实验中30 keV的H⁺在微孔膜中输运特性与之前其他能区离子在微孔膜中输运特性有显著不同,实验中直接观测到出射粒子导向部分和散射部分的动态演化过程,出射的H⁺由沿微孔孔轴方向的导向H⁺和沿入射束流方向的散射H⁺两部分组成,随着微孔内电荷斑的沉积,出射的导向H⁺的占比不断减小,出射散射H⁺占比不断增加;出射H⁰占总出射粒子的比例不断减小,其中心方向逐步向入射束流方向偏转.微孔膜处于不同倾斜角度时,微孔内沉积电荷斑的位置和电场强度是不同的.同时模拟计算了入射H⁺在微孔内部的运动轨迹、微孔内部电荷斑电势和场强分布,实验结果和理论结果得到了很好的验证.对出射离子导向部分和散射部分的动态演化过程的观测和理论解释,使得对中能区离子在微孔膜中输运机制有更好的认识.     

30 keV He~(2+)在不同倾斜角度的聚碳酸酯微孔膜中的传输过程

本文测量了30 keV的He~(2+)入射倾斜角度分别为-0.5~?,-1~?,-1.5~?和-2.5~?的聚碳酸酯纳米微孔膜后,出射粒子角度分布、电荷态分布以及相对穿透率随时间的演化.当微孔膜倾斜角度在-0.5~?,-1~?和-1.5~?时,出射的He~(2+)离子始终保持在入射束流方向,出射的He~0原子出射方向由微孔孔道方向逐渐转移到入射束流方向,在实验过程中观测到明显的电荷交换,这一现象与之前发现的导向效应不同,微孔内部沉积的电荷斑和微孔内表面原子的短程集体散射作用,克服入射离子的横向动量,使入射离子在微孔内表面以上以类似镜面掠射的方式出射,并发生时间演化效应,主要传输机制为电荷斑辅助的表面以上的类似镜面掠射行为.而当倾斜角度在-2.5~?时,出射的He~(2+)离子始终保持在入射束流方向,出射的He~0原子始终保持在微孔孔道方向,沉积的电荷斑很难克服入射离子的横向动量,没有时间演化效应,主要传输机制为微孔内表面以下的多次随机非弹性碰撞过程.这一物理图像使中能离子入射不同倾斜角度的微孔膜物理认识更加深入和完整.     

300和600keV O~(7+)离子与宏观玻璃管的相互作用

实验研究了300和600 ke V的O7+离子与宏观玻璃管内壁的相互作用,利用位置灵敏法拉第筒测量了传输离子的偏转角和传输效率随倾斜角的变化关系,观察到偏转角不等于倾斜角的不完全导向现象。实验结果证实,高能入射离子在玻璃管内壁产生的沉积电势相对于入射离子动能横向分量较小,难以使传输离子沿着玻璃管的轴向出射,从而发生不完全导向现象;并且,入射离子的能量越高,导向效应越不明显。     

100keV质子与低高能质子在绝缘微孔中输运特性的对比分析

为研究中能区带电粒子在绝缘微孔中传输的物理图像,利用MATLAB程序和蒙特卡罗方法建立理论模型,得到入射能量为10 keV,100 keV和1 MeV的质子,以-1?倾斜角入射到微孔后,出射粒子角分布、沉积电荷斑分布,以及粒子在微孔内的运动轨迹等传输特性.研究结果表明,在10 keV的低能区,微孔内壁沉积电荷的导向效应是主要的传输机制.在1 MeV的高能区,进入表面以下多次随机非弹性碰撞是主要的输运机制.在100 keV的中能区,无电荷斑时,主要是以进入表面以下的随机二体碰撞为传输机制;在电荷斑累积过程中,增强的库仑排斥力逐渐抑制入射质子在微孔内壁表面发生电子俘获;当达到充放电平衡后,主要传输机制为电荷斑辅助的近表面镜面散射行为.这一特性加深了对中能区质子在微孔中输运行为的认识,有助于对百keV质子微束的控制和应用.     

低能Cl-离子在绝缘纳米微孔膜中的传输过程

理论模拟结合实验研究了16-keV Cl-离子穿越不同厚度(7和12 μm)的Al₂O₃微孔膜的物理过程,发现负离子传输中并不存在与正离子传输类似的明显的导向现象。在只考虑散射过程的情况下,模拟出的穿透粒子角分布及电荷态分布与实验结果符合很好,出射的Cl-离子沿初束方向分布;Cl0、Cl+离子沿微孔轴向分布。仔细分析了不同出射粒子的角分布,发现出射的Cl+在微孔轴向与初束方向之间分布;经单次散射出射的Cl0沿微孔轴向分布,而经多次散射出射的Cl0向初束方向移动。发现了Cl-离子穿越不同厚度的具有相同微孔直径的Al₂O₃微孔时,较厚的膜出射的Cl+/Cl0比例低。理论分析显示,这是由散射过程的特性造成的,随着微孔膜厚度的增加,出射的Cl0中经单次碰撞的比例变小,而多次散射出射的比例增加,从而导致Cl+离子转化为Cl0的几率要远大于Cl0转化为Cl+离子的几率,使得长的微孔出射的粒子中Cl+/Cl0比例低。     

不同Ep/q值的离子与氧化铝毛细孔的相互作用

绝缘材料毛细孔的离子导向效应研究在被动型离子光学元件开发方面有着重要的意义.进行了150keVO3+,0.32 MeVO+,2 MeV O2+等具有不同Ep/q值的离子与氧化铝毛细孔的相互作用研究.对于150keVO3+入射离子,离子沿毛细孔穿越的过程中存在着导向效应:随着毛细孔相对于入射离子束的偏转,入射离子依然能够显著地穿过毛细孔,而且保持电荷态不变;出射离子的角分布谱发生与毛细孔偏转相同的偏移;毛细孔不同偏转角度时的穿透率可以很好地被高斯函数拟合.对于0.32 MeV O+,2 MeV O2+离子入射氧化铝毛细孔,没有导向效应发生.导向效应能够发生的入射离子的Ep/q最大值小于320 kV.     

强扰动区C~(q+)离子与He原子碰撞中有效电荷研究

本文利用经典过垒电离模型(Class Over Barrier Ionization)处理100-400ke V/amu强扰动区(q/v1)的不同价态非全裸离子Cq+(q=1-4)与全裸离子H1+,He2+,Li3+与He原子碰撞过程.发现相同价态下,全裸离子的双单电离截面比R21明显低于非全裸离子,原因在于两者的电子结构明显不同.非全裸离子的外壳层电子在碰撞过程中会有一定几率过垒,这在以往的研究中并未考虑.利用模型计算结果与实验数据的比对,估计入射离子第二有效电荷,最终确定入射离子在电离过程中的第一和第二有效电荷.     

高电荷态离子126Xeq+与Ti固体表面作用的激发光谱

报道用150keV的高电荷态离子¹²⁶Xe^q+（6≤q≤30）轰击Ti固 体表面产生2 00—1000nm波段发射光谱的实验结果.结果显示，用电荷态足够高的离子作光谱激发源，无 需很强的束流强度（nA量级），便可激发起样品表面的原子和离子在可见光波段的特征谱线 .当入射离子剥离度q>q_c≈20时，Ti原子及其离子的特征谱线强度突然显著增强 ；不 同金属靶，特征谱线突然增强的q_c值不同.理论分析表明，这与q大于此临界值 后，单电子转移释放能量激发靶材料传导电子气体的表面等离激元密切相关. 关键词： 低速高电荷态离子 特征谱线 经典过垒模型 等离激元     

Chemical effects of Ne bombardment on the MoS2(0001) surface studied by high-resolution photoelectron spectroscopy

The effect of 1 keV Ne⁺ bombardment on the clean MoS₂(0001)-1 × 1 surface with fluences between 4 × 10¹⁴ and 4 × 10¹⁶ Ne⁺/cm² was studied using high-resolution photoelectron spectroscopy excited with synchrotron radiation. Spectra of the Mo 3d and S 2p core levels were measured with photon energies that ensured that the kinetic energy of the photoelectrons was the same, resulting in the same depth being probed for both core levels. For lower fluences (i.e., 2 × 10¹⁵ Ne⁺/cm²), S vacancy defect formation occurs in the MoS₂ lattice, with the concurrent formation of a small amount (< 10%) of dispersed elemental molybdenum [Mo(0)]. For fluences greater than l × 10¹⁶ Ne⁺/cm², the Mo(0) is the predominant species in the surface region, while the remaining species consist of amorphous MoS_2−x and polysulfide species. Valence band spectra taken with photon energies of 152 and 225 eV were consistent with the core level results. The movement of the valence band maximum toward the Fermi level indicated the formation of a metallic surface region. Annealing the sample to temperatures up to 1000 K resulted in the formation of metallic Mo coexisting, in approximately equal amounts, with reformed MoS₂ in a surface with no long-range order as determined by LEED. Finally, a qualitative depth distribution of the chemical species present after Ne⁺ bombardment was determined by varying the photon energies used for the core level spectra. The results indicate that the preferential sputtering of sulfur over molybdenum occurs predominantly through a mechanism involving chemical bonding effects, specifically, through the preferential emission of polysulfide ions over other species in the bombarded region.     

Al_2O_3微孔膜对60keV O~+离子的“导向”效应

在不同入射角度条件下,研究了60keV的O+离子入射孔径分别为50nm和30nm,厚度为10μmAl2O3微孔膜的角分布.实验结果表明离子透射微孔膜时发生了导向效应,随着入射角度的增大,透射于孔径大的微孔膜离子计数下降比较快,透射于孔径小的微孔膜离子计数下降比较缓慢.建立了一个初步的理论模型,对以上现象给出了较好的解释.     

Pseudospark produced pulsed electron beam for material processing

An intense pulsed electron beam produced by a pseudospark discharge is used for material processing. The electron beam propagates in a self-focused manner in the background gas. Hardly 12 ns after the beginning of the discharge the fraction of space charge neutralization is about 96%. To sustain the neutralization effect high energy electrons (E <500 keV) are accelerated in radial direction at the beam head, due to strong electric field gradients. At current maximum the beam pinches due to its own magnetic field. At peak current of 400 A and charging voltage up to 16 kV power density reaches 10⁹ W/cm ² on the target surface. Some results of copper thin films are presented. Due to the high expansion velocity of 10⁴ m/s of the ablated target material a copper-matrix has been masked     

Free radicals inhibitor effect on makrofol E nuclear tracks. Preliminary data

Thin foils of Makrofol E prepared with and without inclusion of a free radical scavenger (DPPH), were irradiated at the Tandar facilities. 374 keV and 50 keV ¹⁶O⁺⁺ ions from a Varian Ion Implanter and ⁷Li⁺ ions at different energies from a Tandem accelerator were used. Replicas of the etched foils were observed by transmission electron microscopy.

Track 3iameters exhibited a slight difference between the treated and untreated foils in the case of irradiation with ¹⁶O ions. A larger difference between the groups in the case of ⁷Li ions was found.