受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之七)

 高温等离子体中原子的特征谱线密集在真空紫外区.所以掠入式光栅光谱仪成为一种重要的诊断工具,一直到软X射线区才逐渐为晶体光谱仪取代、晶体谱仪实质上就是利用晶体中的原子点阵来代替光栅进行光谱分析.在聚变等离子体中随着电子温度的提高,等离子体的轫致辐射和高电离态杂质的线辐射将有相当大的部分是处在软X射线区.这些X射线辐射引起的能量损失是高温等离子体能量损失的重要组成部分,因此从能量损失的观点来看,对X射线的监测是相当重要的.另一方面,X射线的探测和能谱分析可以用来确定等离子体的某些重要物理参数.例如,通过X射线连续谱的测量,可以测定等离子体电子温度;通过X射线杂质谱线多普勒展宽的测量可以测定等离子体离子温度;X射线测量还可以用来诊断等离子体中的杂质成份并用来研究杂质的空间分布及输运过程.因此,X射线的测量在高温等离子体诊断中起着非常重要的作用.     

Mn/GaAs(100)界面的形成和化学反应的研究

利用低能电子衍射(LEED)、X射线光电子能谱(XPS)、电子能量损失谱(EELS)、紫外光电子能谱(UPS),对室温下Mn在GaAs(100)4×1表面的淀积过程进行了研究。研究结果表明,当锰的覆盖度θ≥0.25nm时,LEED图案完全消失,表明Mn没有生长成单晶。LEED,EELS的结果都表明淀积初期是层状生长的。对XPS的Ga2p_3/2,As2p_3/2的峰形、强度进行分析,可以知道在很小的覆盖度下,Mn就与衬底反应。置换出的Ga被局限在离原来的界面约3nm 关键词：     

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.     

1 500 eV入射下氦原子的电子碰撞双重微分散射截面测量

本工作使用高分辨快电子能量损失谱仪,在入射电子能量1 500 eV、能量分辨200 meV和散射角度0.5°～ 4.0°的实验条件下,测量了氦原子在电离连续区24.5～28.5 eV的双重微分散射截面.通过与理论及其它入射能量实验结果的比较,认为在入射电子能量为1 500 eV 时一阶Born近似成立.     

基于前冲康普顿电子高能伽马能谱测量系统设计

除中子外,聚变核心同时释放大量高能伽马,其能谱可反映聚变过程的关键物理参数,并为过程诊断提供重要信息.由于聚变伽马的时间与能量特性,需要设计高探测效率及能量分辨率的伽马谱仪.根据高能伽马谱仪的概念设计(gamma-to-electron magnetic spectrometer),针对该系统中伽马-电子转换靶、电子偏转汇聚、电子探测等关键环节进行优化设计以提高系统探测效率及能量分辨率.其中采用Monte-Carlo程序Geant4模拟研究了伽马-电子转换靶中康普顿散射与多次库仑散射对由转换靶出射电子的能谱与角分布的影响.开发并行遗传算法对复杂几何偏转磁场参数进行优化,得到低强度(小于100 Gauss)复杂边界偏转磁场.根据系统优化设计结果,采用Geant4模拟了该系统对不同能量伽马的响应.此外,还可模拟该系统对特征聚变伽马能谱的测量,结果显示,该系统可在聚变中子产额分别为2.5×10~(15)及1.2×10~(16)条件下,对10—20 MeV高能伽马能谱测量实现能量分辨分别满足0.5 MeV(小于5%)及0.25 MeV(小于2.5%),说明该系统可用于聚变过程伽马能谱的诊断.     

空腔靶超热电子实验研究

本文介绍了激光与空腔靶、平面靶相互作用时，利用多道高能X射线滤波-荧光谱仪(FF谱仪)、高能X射线角分布探测器以及激光功率能量计，对等离子体发射的超热X射线和受激喇曼散射光进行测量的情况；给出了不同实验条件下典型的超热X射线能谱、角分布、超热电子温度Th以及受激喇曼散射光能量ESRS，对实验结果作了分析和讨论。     

氮分子a″~1Σ_g~+(v'=0)和a″~1Σ_g~+(v'=1)+b~1Π_u(v'=0)广义振子强度的高能电子散射研究

利用快电子能量损失谱仪结合相对流量技术,在入射电子能量1500 eV和能量分辨70 meV的条件下,测量了氮分子a″~1Σ_g~+(v'=0)和a″~1Σ_g~+(v'=1)+b~1Π_u(v'=0)激发态的广义振子强度.通过与已有的电子散射结果以及X射线散射结果对比发现,对于a″~1Σ_g~+(v'=0)和a″~1Σ_g~+(v'=1)+b~1Π_u(v'=0),我们的结果与X射线散射结果在大动量转移出现差异,这表明对a″~1Σ_g~+(v'=0)和a″~1Σ_g~+(v'=1),即使入射电子能量1500 eV也没有达到一阶玻恩近似条件.在动量转移平方小于2 a.u.时,a″~1Σ_g~+(v'=1)+b~1Π_u(v'=0)与X射线散射结果的符合表明,对b~1Π_u(v'=0),1500 eV入射电子能量已经达到一阶玻恩近似条件.     

ICF实验软X光能谱的基函数解谱法

 惯性约束聚变实验中,14通道软X光能谱仪是测量软X射线能谱、等效积分温度和辐射能流时间过程的重要诊断设备。基函数法是还原能谱分布的一种常用方法。通过对双峰谱形的还原,对不同类型基函数的选择、基函数参数的设置和求解方法等影响解谱的因素进行了比较分析。根据大量算例的结果,使用优化后的基函数和求解方法对实际测量辐射谱进行了计算,并与透射光栅谱仪的测量结果进行了比较。结果显示,根据谱仪通道响应选择三次样条的节点,能够较好还原软X射线的能谱。     

新实验技术在材料研究中的应用讲座 第十一讲 Auger谱仪和扫描Auger谱仪在材料研究中的应用

七十年代初发展起来的微区分析新技术──Auger谱仪(AES)及扫描Auger 谱仪(SAM)在材料研究中的应用愈来愈受到人们的重视. 长期以来,Auger效应[1]未能找到实际应用.直至1953年才由Lander[2]提出了可在超高真空中测量Auger电子,这种电子由于能保持来自表面层的特征能量信息而可用作表面分析.1968年,Harris[3]用电子能量微分法提高了灵敏度;1969年 Palmberg 等[4]利用镜筒分析器(CMA)提高了灵敏度及测量速度后,Auger 电子能谱实际应用的阶段才真正开始.1973年出现了扫描Auger微探针(SAM),为微区分析技术开创了崭新的局面[5,6]. 目前,…     

基于移位双光栅色散元件的X射线谱仪研制

本文针对激光等离子体X射线诊断的需求,设计开发了移位双光栅X射线谱仪.该谱仪采用高线对密度和低线对密度的两种光栅组成移位双光栅作为核心衍射组件,高密度光栅能够提高中、高能区(1000—5000 eV)的能谱分辨率,低密度光栅足够满足低能区(100—1000 eV)测量的能谱分辨率要求,控制了低能区谱线的分布空间,保证足够的测量范围.两种光栅相互配合实现了谱仪整体性能提升.本文提出了移位双光栅X射线谱仪结构设计方法和参数指标,完成了移位双光栅X射线谱仪的集成调试和实验应用,获得了时间分辨的X光谱实验数据,测谱范围0.1—5.0 keV,谱分辨0.04 nm,时间分辨好于30 ps.移位双光栅X射线谱仪可以最大程度地利用记录面的长度,实现高时间分辨和宽谱X射线测量.     

一个静电式电子能量分析器系统

电子能谱技术是近年来迅速发展的表面物理研究手段及化学成分与结构的有力分析工具。它的基本思想是测量在各种激发(如X射线、紫外光、电子、离子)下由物质表面逸出的电子动能谱,据以推断物质的电子能级结构,由之探讨有关的物理、化学问题[1].准确测定电子动能谱当然是电子能谱仪器的最基本的要求了.由于实际所要测量的是低能(2000 eV以下)电子,采用静电式能量分析器有显著的优点,主要是可以安排得很紧凑,工作体积小,便于采用　金属屏蔽来消除外磁场的干扰。常用的静电式能量分析器如:同心球面电容器、同轴圆柱面及同轴圆柱镜分析器等,它们…     

非圆截面环流器硬X射线辐射强度的绝对测量

本文给出了逃逸电子在孔拦上轰击出的硬X射线能谱及其辐射强度,描述了硬X射线闪烁谱还原成能谱的分析处理法,并对NaI(T1)探测器的绝对光峰效率进行了测量。     

Yb~(169)的衰变——稀土元素大变形核的激发能级的研究(Ⅰ)

本工作用有铁双聚焦β谱仪、双磁镜β谱仪和γ闪烁谱仪测量了Yb~(169)的γ射线的内转换和外转换电子线谱、γ闪烁谱和γ-γ符合能谱。定出了Tm~(169)的14条γ射线的能量和多极性:8.8,20,21,43,63.7(E1),93.9(M1),111(M1),120(E2),131.8(E2),177.5(M1),198(M1),199(M1),240和308(E2)千电子伏。并用正比计数管测量了能量为8.8千电子伏的低能γ射线。在测量结果的基础上拟出Yb~(169)的衰变纲图。最后将Tm~(169)与Tm~(167),Tm~(171)激发能级的实验数据综合一起,来看它们之间核结构的相似性,并与综合模型所预言的结果相比较。     

硅漂移电子温度测量系统的研制

在磁约束聚变装置中，对等离子体电子温度的测量一般采用电子回旋辐射法（ECE）、汤姆逊散射法以及软X射线能谱法。其中软X射线（1～20keV）能谱法是一种传统的方法，它比汤姆逊散射法的测量误差小，且有较好的时空分辨；与电子回旋辐射法（ECE）相比较，时空分辨能力相近，但可作绝对测量，并且受超热电子和逃逸电子的影响较ECE小。在软X射线能谱法的应用中，过去使用Si（Li）探测器来探测软X射线能谱，Si（Li）探测器体积大，能量分辨和量子效率低，并且需要使用液氮冷却，大体积的杜瓦（通常35L）使探测器体积庞大，     

O在预覆盖K的Ag(110)表面的共吸附及其性质

本文用X射线光电子能谱(XPS),紫外光电子能谱(UPS),电子能量损失谱(EELS)和低能电子衍射(LEED)研究了O与预覆盖K的Ag(110)表面相互作用及其性质。在低覆盖度K下,发现有两种O的吸附态,经鉴别为溶解到表面下的O^2-和表面上吸附的O^x-增加K的覆盖度,出现分子状态的吸附物O₂^δ-,它与表面下存在的K相联系。XPS和UPS均清楚地显示出对应于三种不同吸附态的光电子发射峰。Ag(110)表面预覆盖K后的粘滞系数大大增加。K和O的共吸附引起它们彼此向Ag(110)表面下的溶解。LEED实验结果表明,清洁Ag(110)表面覆盖单层K原子后衍射图形从(1×1)变到(1×2),再吸附O后表面吸附层结构变为(2×1)。另外,结合UPS和EELS测量初步考察了O/K/Ag(110)共吸附系统的电子结构。本文还提出了一个共吸附模型来解释这些现象。 关键词：     

3MeV~(12)C~ 引起Al原子内壳层多空离的研究

本文用能量分辨本领为2.40V的弯晶谱仪,对3MeV~(12)C~ 轰击Al的K_aX射线进行了高分辨研究,测量了K壳层一个空位和L壳层多个空位产生X射线的相对强度比,测定平均电离几率(E_1,o)为0.312±0.002。对实验装置和方法作了较详细的介绍。     

放疗绝对剂量的数学算法模型

本文提出一种通过物理模型计算放疗过程中每一个组织深度处绝对剂量的算法,它可代替蒙特卡罗仿真的部分工作且耗费时间更少.这个算法是基于对照射野内X射线产生电子的能量注量的积分运算,并考虑了射线的能谱及二次散射线,得到了后向散射对表面剂量的贡献比例,同时得到前向散射、后向散射及原射线剂量贡献的关系.比较了二次光子和二次电子的三维能谱,得出该能谱是粒子注量关于粒子能量和粒子运动方向的函数.为了得到每一深度处的光子注量,计算了有连续能谱的X射线的期望质量衰减系数.上述算法计算得到的绝对剂量与蒙特卡罗方式仿真的结果趋势一致,两者的差异在于算法未考虑高于二次的散射线.最后将算法应用到非均匀模体剂量计算,能准确反映其中剂量分布特点且具有较小的误差.     

高分辨X射线晶体谱仪及其在激光等离子体中的应用

对椭圆型聚焦晶体谱仪配X射线CCD相机的X射线谱测量系统进行了优化设计.优化设计后的椭圆型聚焦晶体谱仪系统的工作距离981.56 mm和摄谱范围0.133～0.756nm,并具有很好的谱分辨本领(λ/Δλ≥1000)和信噪比.新设计的椭圆型聚焦晶体谱仪首次在"神光Ⅱ"X光激光靶室上成功地获得了激光等离子体谱线信息并辨认和归类了一些离子的谱线,同时还给出了实验测定的谱仪能量分辨率.其中一些离子谱线诸如类离子共振线、伴线、互组合线和Ly-α线谱可为下一步诊断激光等离子体的电子温度和离子密度的空间分布轮廓打下了坚实基础.     

一种快速测量共聚焦X射线分析装置探测微元尺寸方法

共聚焦X射线荧光技术是一种无损的三维光谱分析技术,在材料,生物,矿物样品分析,考古,证物溯源等领域具有广泛应用。共聚焦X射线荧光谱仪的核心部件为两个多毛细管X光透镜。一个为多毛细管X光会聚透镜（PFXRL）,其存在一后焦点,作用是把X光管所发出的发散X射线会聚成几十微米大小的高增益焦斑。另一透镜为多毛细管X光平行束透镜（PPXRL）,其存在一几十微米大小前焦点,置于X射线能量探测器前端,其作用是接收特定区域的X射线荧光信号。在共聚焦Ｘ射线荧光谱仪中,PFXRL的后焦点与PPXRL的前焦点重合,所形成的区域称作探测微元。只有置于探测微元区域的样品能够被谱仪检测到,使样品与探测微元相对移动,逐点扫描,便能够对样品进行三维无损的X射线分析。探测微元的尺寸决定共聚焦X射线荧光谱仪的空间分辨率,因此精确测量谱仪的探测微元的尺寸是非常重要的。如图1所示,谱仪探测微元可以近似为椭球体,其尺寸可以用水平方向分辨率X, Y,和深度分辨率Z表示。目前,常采用金属细丝或金属薄膜通过刀口扫描的方法测量谱仪探测微元尺寸。为了精确的从三个维度测量探测微元尺寸,金属细丝直径要小于探测微元尺寸。金属细丝和探测微元都是数十微米级别的尺寸大小,很难把金属靠近探测微元。为了得到探测微元在不同X射线能量下尺寸变化曲线,要采用多种金属细丝测量。采用单个金属细丝依次测量比较耗费时间。采用金属薄膜可以很方便地测量探测微元的深度分辨率Z,但是当测量水平分辨率X, Y时,难以准确测量。为了解决以上谱仪探测微元测量中存在的问题,本文提出采用多种金属丝平行粘贴在硬纸片上作为样品用于快速测量探测微元尺寸。附有金属细丝的硬纸片靠近谱仪探测微元,可以将探测微元置于硬纸片所在平面。由于硬纸片与金属细丝在同一水平面,在谱仪摄像头的协助下,可以把金属细丝迅速的靠近探测微元。靠近探测微元后,在全自动三维样品台的协助下,金属细丝沿两个方向对探测微元分别进行一次二维扫描。通过对二维扫描数据的处理便可以获得探测微元尺寸随入射X射线能量变化曲线。采用此方法对实验室所搭建的共聚焦X射线荧光谱仪的探测微元进行了测量。     

高能电子碰撞电离对高空核爆炸辐射电离的影响

利用数值模拟程序模拟了不同高度核爆炸下距离爆点不同位置处大气的X射线电离及演化过程,分析了高能电子碰撞电离过程对高空核爆炸电离效应的影响.结果表明:高能电子碰撞电离过程对高空核爆炸的电离结果产生了重要影响,在80 km爆高1 kt当量高空核爆炸条件下,在距离爆点1.5 km处高能电子的碰撞电离效应使得电子的峰值数密度提高了约2个数量级;随着时间的增加,高能电子能谱逐渐向低能方向发展,在5μs后高能电子数密度随电子能量近似呈负指数分布;电子峰值时间与爆高有关,随着爆高的增加而增大,电离的影响区域也随着爆高的增加而增大.在80 km爆高1 kt当量情况下电离效应对近百千米范围内的微波通信具有严重影响.