北京慢正电子强束流运行性能测试

慢正电子强束流采用高能脉冲电子束流轰击金属钽靶, 以产生正负电子对的方式提供正电子, 作为慢正电子束流方法学研究和薄膜材料缺陷研究的束流基础. 本文是在该装置实现运行后, 对慢正电子束流的强度、能散、形貌等运行性能的测试工作的介绍, 以及慢正电子湮没多普勒测量系统的调试和标准样品的测量结果.     

北京慢正电子强束流磁场输运系统设计研究

针对基于北京正负电子对撞机的慢正电子强束流系统对输运磁场的设计要求,本文对不同规格的磁场输运线圈模型、长螺线管端口处磁场的补偿以及地磁场和弯管道对正电子束流的影响等进行了计算,提出适用于本系统传输慢正电子束流的输运磁场分布、补偿线圈、调整线圈的加工参数,计算表明,系统的总体磁场不均匀度小于10髎.实际运行束流测试表明,所设计的磁场系统能够很好的将慢正电子束流输运到约16m远的样品测量室,慢正电子束斑尺寸基本没有变化,满足慢正电子束流系统的设计要求.     

基于北京慢正电子强束流的微脉冲化系统设计

慢正电子湮没寿命测量是研究材料表面微观缺陷的重要分析方法．束团化系统是实现慢正电子湮没寿命测量的核心部件, 主要由斩波、聚束两部分组成, 它可以将随时间连续分布的束流束团化, 从而获得正电子湮没寿命测量的时间起点及满足时间分辨率要求的束团．本文以粒子动力学计算为基础, 完成了束团化系统的物理设计, 其时间分辨率设计值为150ps(FWHM)．     

质子辐照铝膜反射镜的慢正电子湮没研究

采用分光光度计测定了60keV质子辐照后铝膜反射镜反射光谱的变化规律.用慢正电子湮没等分析技术研究了辐照损伤的微观机制.结果表明，当质子辐照主要作用于反射镜铝膜层中时反射镜在200—800nm波长范围内反射率随辐照剂量增加而下降.入射质子可对铝膜中的缺陷产生填充作用，减小铝膜中电子密度，增加弱束缚电子带间跃迁.紫外至可见光能量较高的波段可引起带间激发跃迁，使相应的谱段反射率下降，导致反射镜光学性能的退化. 关键词： 反射镜 光学性能 质子辐照 慢正电子湮没     

质子辐照ZnO白漆光学退化的慢正电子湮没分析

采用慢正电子湮没光谱研究低能质子辐照下ZnO白漆的光学退化。研究结果表明,随质子辐照注量的增加, 多普勒展宽谱的S参数逐渐减小,W参数逐渐增大。质子辐照下S-W参数拟合曲线的斜率发生改变。S参数的减小可以归结为锌空位含量的减少以及准正电子素的形成。准正电子素{单电离氧空位（捕获一个电子）+正电子}的形成,能够降低正电子湮没的速率,导致S参数减小。S参数的减小证实了质子辐照导致ZnO白漆中单电离氧空位数量的增加。S-W参数拟合曲线斜率的变化可以归结于质子辐照下双电离氧空位向单电离氧空位的转变。     

正电子放射层析成象系统设计的计算机模拟

在一个简单实用的数学模型基础上,利用现代计算机技术对正电子放射层析成象系统(PET)进行了模拟,并详细讨论了闪烁晶体材料的物理、几何特性以及探测器环直径的大小对于PET系统的空间分辨率的影响.本文所得的结论对于开发和设计PET系统来说,是非常有用的.     

超短超强激光产生正电子的蒙特卡罗模拟

通过理论分析,建立了超短超强激光与固体靶作用产生正电子的蒙特卡罗模拟模型及Geant4模拟程序。模拟研究了靶材料、靶厚度及超热电子温度等对正电子产额的影响,结果表明：对铝、铜、锡、钽、金、铅6种靶材料,金靶的正电子产额最高,是优秀的正电子产生靶;不同超热电子温度下存在不同的最佳靶厚度,在最佳靶厚度以下,正电子产额随靶厚度增长而增大,靶厚度取3 mm较为合适;超热电子温度越高,正电子产额也越高,提高激光强度是增加正电子产额的有效途径。模拟研究给出了正电子角分布及其能谱,结果显示,正电子发射明显前倾,从大于90方向范围发射的正电子数量极少,且超热电子温度越高前倾特点越明显,能量呈类麦克斯韦分布,靶背法线方向出射的正电子的温度随超热电子温度升高而升高。

     

超短超强激光产生正电子的蒙特卡罗模拟

通过理论分析,建立了超短超强激光与固体靶作用产生正电子的蒙特卡罗模拟模型及Geant4模拟程序。模拟研究了靶材料、靶厚度及超热电子温度等对正电子产额的影响,结果表明:对铝、铜、锡、钽、金、铅6种靶材料,金靶的正电子产额最高,是优秀的正电子产生靶;不同超热电子温度下存在不同的最佳靶厚度,在最佳靶厚度以下,正电子产额随靶厚度增长而增大,靶厚度取3 mm较为合适;超热电子温度越高,正电子产额也越高,提高激光强度是增加正电子产额的有效途径。模拟研究给出了正电子角分布及其能谱,结果显示,正电子发射明显前倾,从大于90方向范围发射的正电子数量极少,且超热电子温度越高前倾特点越明显,能量呈类麦克斯韦分布,靶背法线方向出射的正电子的温度随超热电子温度升高而升高。     

激光固体靶相互作用产生正电子的模拟研究

采用Monte Carlo程序Geant4对激光固体靶相互作用正电子产生进行了研究。研究了超热电子能量分布函数对正电子产生的影响,结果表明采用不同的分布函数,最多可致正电子产额约3倍的差异,分布函数的最大截止能量在30 MeV以上时正电子产额趋于饱和。研究了正电子产生与超热电子发散角的关联,结果表明发散角模型对正电子产额影响不大,而正电子角分布对超热电子发散角较为敏感,且靶背鞘场对正电子发散角的减小贡献巨大。模拟结果显示靶厚度的增加可导致正电子发散角的增大,而当靶厚度超过2 mm时,发散角基本保持不变。此外,模拟了超热电子发散角、靶厚度及靶背鞘场对正电子电子份额比及正电子份额比角分布的影响。     

L波段强流单束团注入器的束流动力学计算

自由电子激光器要求高亮度、低能散度的电子束注入波荡器(Undulator)。本文叙述提供高亮度电子束的高频电子直线加速器中的注入器部分的设计计算。注入器由L波段(1300MHz)的十二分频和三分频两个谐振腔预聚束器和一个基波频率的变相速聚束器组成。粒子运动方程中考虑了空间电荷效应和束流负载效应。电子枪的注入参数:脉冲宽度T=4ns;电流I=5A;电子的初始动能E_0=100keV;电子束分布为高斯型。参数优化设计结果:单束团宽度小于25ps,峰值电流达400A以上,电子的平均归一化能量>4,束团内的能量差小于200keV。     

BEPC电子直线加速器束流线改进和e,π试验束

在BEPC电子直线加速器上建立起了E1,E2,E3试验束,其中E1初级束专门提供给强流慢正电子装置应用,E2束是初级正/负电子束,E3为次级高能e±,π±和质子等单粒子试验束,其动量连续可调.粒子定位误差0.2—0.4mm,混合负粒子计数率3—4Hz.已成功地为BESⅢ的TOF探测器模型测试提供试验束流.     

Design of a Pulsed Low Energy Positron System Based on Beijing Intense Slow Positron Beam

The design of a pulsing system for an intense slow positron beam is described in this paper. Slow positron annihilation lifetime measurement is an important method to study the depth-dependent characteristics of the surface and near surface. The start signal for slow positron lifetime measurement can be obtained from the pulsing system, which consists of a reflection type chopper, a prebuncher and a buncher. On the basis of the simulation of dynamics process by Parmela, the frequency of the buncher and the positron energy have been chosen to be 150MHz and 330eV respectively. The designed time resolution of this system is about 150ps (FWHM).     

22Na放射源慢正电子束流插入装置的研制

北京慢正电子强束流是利用北京正负电子对撞机电子直线加速器电子打靶产生的高强度低能单色正电子束流. 为了提高强束流的机时利用效率和节省强束流用于新建实验站的调试机时, 设计了一套基于²²Na放射源的慢正电子束流装置插入到强束流输运线上. ²²Na放射源慢正电子束流插入装置主要包括²²Na放射源及慢化体、E×B能量选择器、多级静电加速管、磁场输运系统、真空系统、高压绝缘和辐射防护措施等.     

Al/GaSb异质结的慢正电子研究

用单能慢正电子束和 X 射线衍射方法研究了 Al/n-GaSb 金属半导体异质结在不同温度退火的情况下的演变.采用三层模型既 Al/界面/GaSb 对 S-E 实验数据进行拟合.结果发现在未退火样品的 Al 和 GaSb 之间存在一个厚度大约5nm 的界面层.在经过400℃退火后,该界面厚度增加到约400nm,且 S 参数下降.这可能是由于在退火过程中,界面区域的原子在界面处相互扩散所引起的.Al 膜的 S_(Al)参数降低且效扩散长度 L_(Al)增加,说明 Al 膜内的空位缺陷经过退火被消除且进行结构重整,晶格结构不断变好的结果.衬底 GaSb 的 S_B 参数和有效扩散长度 L_B 的演变表明,经过250℃退火后,原有的正电子捕获中心消失：但是经进一步400℃退火,又产生了新的正电子捕获中心.这可能来源于其他类型的与 V_(Ga)相关缺陷的正电子捕获以及 Ga_(Sb)晶格反位引起的正电子浅捕获.X 射线衔射的测量结果证实了正电子方法的结论.     

金刚石膜微结构的慢正电子束测量研究

用慢正电子束辅助以拉曼光谱方法对一批较高质量的PECVD金刚石膜的微结构进行测量研究．拉曼光谱实验结果显示,这批金刚石膜中金刚石相含量比较高,正电子湮没实验进一步从微观结构上指出各个金刚石膜之间存在很大差异,并且从缺陷角度发现各样品中缺陷尺寸和缺陷浓度不一样,造成膜质量不同．S-E曲线变化趋势反映出各样品金刚石晶体结构存在明显不同．这表明正电子湮没技术是测量金刚石膜微结构的有力手段．     

Defect Characterization of 6H-SiC Studied by Slow Positron Beam

利用单能慢正电子束流,对原生的和经过电子辐照的6H-SiC内的缺陷形成及其退火行为进行研究．发现在n型6H-SiC中,经过退火后缺陷浓度降低．这主要是因为在退火过程中缺陷和间隙子的相互作用所引起．n型6H-Si经过1400 oC、30 min真空退火后,在SiC表面形成一个大约20 nm的Si层,这是在高温退火过程中Si原子向表面逸出的有力证明．在高温退火中,在样品的近表面区域有一个明显的表面效应,既在这些区域的S参数整体较大,这种现象与高温退火中Si不断向表面逸出有关．经过10 MeV的电子辐照,在n型6H-SiC中,正电子有效扩散长度从86.2 nm减少至39.1 nm,说明在样品中由于电子辐照产生大量缺陷．但是对p型6H-SiC,经过10 MeV电子辐照后有效扩散长度变化不大,这与其中缺陷的正电性有关．同时还对n型6H-SiC进行了1.8 MeV电子辐照后的300 oC退火实验,发现退火后缺陷浓度不减反增,这主要是因为在退火过程中,一些双空位缺陷和Si间隙子互相作用从而产生了VC缺陷的缘故．     

Computer Simulation of the Periodic Electrostatic Focusing Converter

A computer study was made of the various physical processes that take place in the periodic electrostatic focusing, direct energy converter. Computer simulation techniques are described and the results are presented. The effect that space charge, secondary electrons, beam size, charge exchange, and ionization have on conversion efficiency is examined. The results are applied to the design of a reactor. Finally, future plans for studies of direct converters are discussed.