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.     

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.     

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.     

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。     

扫描电镜用于PTFE拉伸微孔膜的形态结构研究--研制中PTFE拉伸微孔膜的SEM鉴定

运用扫描电镜 (SEM )图像研究了聚四氟乙烯 (PTFE)粉料经过推挤、辊压和拉伸得到的微孔膜的形态结构 ,观察到膜是由网状纤维及由它所连接的结点所组成 .单相和双向拉伸显著影响到膜结构的改变 ,而未经热处理的拉伸膜的丝状纤维在放置中收缩改变了膜的微孔形态结构 ,但在孔径测定中没有显著变化 .认为纤维丝是PTFE粉料在推挤和辊压中形成的结点在拉伸中伸展引出的并产生孔隙 ,而由于从SEM仅能观察到 1nm深度的膜表面层 ,厚度达数十微米多孔膜的孔径分布应是很错杂的 .     

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.     

平行玻璃板对105 keV Ar7+离子的导向效应

研究了平行玻璃板对高流强（约80 nA）105 keV Ar7+离子的导向效应, 利用一维位置灵敏探测器测量了不同倾斜角下出射离子的强度及角分布。 实验结果表明, 平行玻璃板对Ar7+离子有导向作用。 与离子在微孔膜中的导向效应不同, 从平行玻璃板出射的Ar离子角分布的FWHM随着倾斜角的改变而改变, 并且出射离子角分布最大值处对应的观察角不等于倾斜角。 The transmission of 105 keV Ar7+ ions with high incident current (about 80 nA) through the gap formed by a paired parallel glass plates was investigated. The intensity and angular distribution of the transmitted ions for various tilt angles were measured using a one dimensional position sensitive detector. The results indicate the existence of a guiding effect when Ar7+ ions pass through the gap, but it is different from that for ions passing through nonacapillaries. We found a measurable dependence of the full width at half maximum (FWHM) of the transmitted ions as a function of the tilt angle. In addition, when the gap was tilted with respect to the direction of the incident beam, the observation angle related to the center of the transmitted ions profile was not equal to the tilt angle.     

低能电子穿越绝缘体微孔膜动力学过程研究

采用二维位置灵敏的微通道板探测器对能量为1500 eV的低能电子束穿过孔径为400 nm、未经照射过的的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)微孔膜后的全角分布以及时间演化进行了测量,同时采用自制的积分式能谱测量装置测量了穿透电子的能量分布。实验结果表明:在充电阶段,当入射电子束束流较弱时,透射电子强度随充电时间逐渐上升;充电过程中,透射电子的角分布宽度由小变大,但是角分布中心基本不随膜的倾角移动。对出射电子达到平衡态时的电子能谱的测量表明,穿透电子的能量保持着入射时的能量。对于理解电子在绝缘体微孔中的传输给出了新的实验证据,给出了可能形成“导向效应”的微孔内部电场的条件。     

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.     

Guided transmission of oxygen ions through Al2O3 nanocapillaries

The transmissions of oxygen ions through Al2O3 nanocapillaries each 50 nm in diameter and 10 μm in length at a series of different tilt angles are measured,where the ions with energies ranging from 10 to 60 keV and charge states from 1 up to 6 are involved.The angular distribution and the transmission yields of transported ions are investigated.Our results indicate both the existence of a guiding effect when ions pass through the capillary and a significant dependence of the ion transmission on the energy and the charge state of the ions.The guiding effects are observed to be enhanced at lower projectile energies and higher charge states.Meanwhile,the results also exhibit that the transmission yields increase as the tilt angle decreases at a given energy and charge state.     

基于多体经典轨迹蒙特卡罗方法的H+,Li3+,Be4+,O7+与He原子电荷交换过程

经典轨迹蒙特卡罗(CTMC)方法是研究离子-原子碰撞系统电荷交换过程的常用方法,广泛应用于天体物理以及实验室等离子体环境下重粒子碰撞过程的研究.本文利用四体碰撞模型(4-CTMC)研究了包括两个束缚电子的四体碰撞过程,通过数值求解四体碰撞系统的哈密顿运动方程,计算了高电荷态入射离子(Li³⁺,Be⁴⁺和O⁷⁺)同氦原子在大能量范围的单、双电子电离和俘获截面.H⁺+He碰撞截面的计算中,在50—200 keV/amu的入射能区,4-CTMC的结果几乎重复了实验结果.在高电荷态入射情形下,4-CTMC计算的单电子电离和俘获截面值相较于三体碰撞模型(3-CTMC)在100—500 keV/amu的入射能区内与实验符合更好.尽管4-CTMC和3-CTMC忽略了电子关联,均高估了双电子电离和俘获截面(与实验值相比),但4-CTMC的结果更接近实验.     

Electron stimulated desorption of H− and H+ from hydrogen covered tungsten

Electron stimulated desorption from a hydrogen covered polycrystalline tungsten surface has been investigated. The H^? and H⁺ desorption current as a function of incident electron energy was measured in both the low and high energy region. Some threshold-like structures appear in the curve of the desorption current versus incident electron energy; however, no threshold structures have been observed for H^? desorption in the high energy region. The experimental results obtained and the desorption process are discussed in some detail, including initial excitation, charge transfer and ultimate desorption.     

Infrared absorption of aligned H−Na+H− complexes in Kcl crystals

The localized vibrations of a complex in KCl consisting of a triangular array of two H^? ions and one Na⁺ ion in substitutional, neighboring positions have been observed in infrared absorption. As one would expect for such a molecule, five modes are observed: two longitudinal modes at 365 and 508 cm^-1, two complanar transverse modes along <110> at 459 and 562 cm^?1, and one transverse mode along <100> at 551 cm^?1.     

The emission spectra of H35Cl+, H37Cl+, D35Cl+, and D37Cl+ in the region 2700–4100 Å

The $\text{A}{}^2\text{Σ}{}^{\mathrm{+}}\text{-X}{}^2\text{Π}$ emission spectrum of HCl⁺ has been measured and analyzed for four isotopic combinations. These analyses extend previous work and provide rotational constants for the v = 0–2 levels of the ground state and for the v = 0–9 levels of the excited state. RKR potentials have been determined for both states, although the upper state could not be fitted precisely to such a model. Calculated relative intensities based on these potentials demonstrated that the electronic transition moment must change rapidly with lower state vibrational quantum number. Although considerable caution should be exercised in applying the concept of equilibrium constants to the $\text{A}{}^2\text{Σ}{}^{\mathrm{+}}$ state, the following are the best estimates of these constants (in cm^?1) for the $\text{X}{}^2\text{Π}$ state of H³⁵Cl⁺: B_e = 9.9406, ω_e = 2673.7, A_e = ? 643.7, and $\text{r}{}_{\mathrm{e}}\text{= 1.315}\text{A}\text{?}$. For the $\text{A}{}^2\text{Σ}{}^{\mathrm{+}}$ state of H³⁵Cl: T_e = 28 628.08, B_e ～ 7.505, ω_e ～ 1606.5, and $\text{r}{}_{\mathrm{e}}\text{= 1.514}\text{A}\text{?}$.     

H+和Ar11+激发Si的K壳层X射线发射研究

测量了50–250 keV H⁺和1.0–3.0 MeV Ar¹¹⁺ 轰击Si表面过程中辐射的X射线. 结果表明, 在Ar¹¹⁺入射的情况下, 引起了Si的L壳层上3, 4个电子的多电离.计算了Si的K壳层X射线产生截面, 并将两体碰撞近似(BEA), 平面波恩近似, ECPSSR理论计算与实验值进行了对比. ECPSSR理论与质子产生的截面数据能够很好地符合; 而考虑多电离后, BEA理论与Ar¹¹⁺的实验结果符合较好. 关键词： X射线 高电荷态重离子 多电离