高能质子束流强度绝对测量的二次电子补偿原理研究

高能质子入射到金属接收体表面诱发的二次电子直接影响束流强度的测量精度,如何消除二次电子影响是实现束流高精度测量的关键.根据高能带电粒子在金属表面诱发二次电子发射理论,对高能质子束流强度测量的二次电子补偿原理进行了研究,设计了二次电子补偿结构.采用三块金属极板构成的实验装置在高能质子源上开展实验研究,实验测得在中间极板上输出的电流与入射质子束流强度的比值小于0.7%,中间极板上二次电子得到补偿,验证了二次电子补偿原理的正确性.研究表明,采用设计的二次电子补偿结构对高能质子束流强度进行测量时二次电子贡献小于1%.     

强电场中的脉冲束流强度测量方法

针对强电场中电场渗透的问题,采用特殊的法拉第筒法测量脉冲束流强度:在法拉第筒入口处用栅网屏蔽强电场,并用在收集板上加正压的方式抑制二次电子。采用解析计算和数值模拟方式对栅网的形状进行了选择,在同样的栅网丝宽和透过率的前提下,通过正六边形栅网的渗透电场最弱,因此选择正六边形栅网。将设计的法拉第筒用于一台真空弧离子源的束流强度测量,获得了该离子源的束流强度波形,其峰值流强约为550 mA;利用测量结果计算了混合离子束在Cu收集板上的二次电子发射系数,约为2.0。     

介质型脉冲高能中子探测器

首次报道一种基于反冲质子法和高速带电粒子在物质表面引起二次电子发射的高能中子探测方法,研制成功的新一代强流脉冲高能中子探测器,即介质型脉冲高能中子探测器.与传统的强流脉冲中子探测器相比,该探测器对中子的探测及信号的传输过程是在介质中完成的,因而不需要真空和高压也可以正常工作,并具有多项优异的物理性能.该探测器的输出信号来自于高能中子在聚乙烯转换靶产生的高能反冲质子和这些质子穿越电荷收集极表面时产生的部分二次电子.选择适当的卡阈吸收片和电荷收集极材料,二次电子在探测灵敏度中的份额及其随能量的变化可由实验测定.     

中能质子注量率测量

质子是太空辐射环境中的主要粒子成分,随着半导体工艺向着小尺寸高集成度方向不断发展,质子单粒子效应不容忽视.通过加速器模拟空间辐射进行地面实验是评价质子单粒子效应最重要的手段,质子注量率的准确测量是器件考核评估过程中最关键的环节.本文基于原子能院100MeV质子单粒子效应辐照装置,突破了宽量程中能质子注量率测量技术,开发了法拉第筒、塑料闪烁体探测器和二次电子发射监督器等探测工具,可以对束流进行宽量程范围准确测量,解决了质子注量率在10~6—10~7 p·cm^-2·s^-1范围内难以测量的关键难题,并进行了注量率不确定度的分析研究,同一注量率下法拉第筒和塑料闪烁体探测器的实验测量误差与理论分析误差相符.对中能质子注量率测量达到了国际同类装置水平.该研究建立的中能质子注量率测量系统和不确定度分析方法,为准确评估元器件辐射效应奠定了基础.     

基于二次电子发射的离子束剖面测量

介绍了利用二次电子发射测量束流强度分布的基本原理。针对能量为几十keV的低能离子束,制作了一个基于印刷线路板工艺的离子束剖面测量系统模型。模型采用宽度1.8 mm的金属条作为收集电极,相邻两条之间的间距为2 mm。利用电子回旋共振源对束流剖面测量系统进行了性能测试,考察了网栅电压对信号收集的影响以及系统的线性响应和成像特性。结果表明,探测器输出信号与束流强度之间具有较好的线性关系,系统能得到离子束的一维横向强度分布,位置分辨率2 mm。     

用量热法测量离子源引出束参数

一、引言 离子源不仅在核物理实验,而且在半导体掺杂,金属表面改性,防腐辐照方面均有广泛用途。 从离子源中引出的离子束带有电荷,用法拉第筒等探测器,直接测量离子电流是很方便的。但是,电测法存在一个共同的问题,当离子束轰击到探测器的表面或内壁时,产生二次电子发射,其发射系数受多种因素的影响,很难校正,影响测量数据的精度。     

提高砷化镓二次电子发射系数的探讨

介绍了延长负电子亲和势二次电子发射材料砷化镓的逸出深度的设计,并给出了经过特殊设计的这种砷化镓的能级示意图,然后对通常的砷化镓和经过特殊设计的砷化镓的二次电子发射系数的理论值进行了比较,得出:当原电子入射能量较低（小于10 keV）时,两种砷化镓的二次电子发射系数差值较小;当原电子入射能量较高（大于20 keV）时,经过特殊设计的砷化镓的二次电子发射系数比普通砷化镓的二次电子发射系数大,而且随着原电子入射能量的升高,两种砷化镓的二次电子发射系数差值也在增大。     

粒子束团状态对测量束流发射度及能量的影响

为了验证国产质子注入器的参数是否满足需求,注入器团队设计了束流测量系统用于测量国产质子直线注入器束流的流强、发射度、能量以及能散等关键指标。此测量系统包含了采用变聚焦法测量发散度、采用分析磁铁测量束流能量和能散的主要功能。利用束流输运线设计软件Tracewin(版本2.11.4.1)进行了系统束线的物理设计,对束测系统测量质子束流的发散度和能量的精度进行了模拟计算。由于经过RFQ-(APF)DTL加速后的粒子束团为“拖尾”的非理想粒子束团,需要针对非理想束团对束测系统测量发射度和能量产生的影响进行分析。通过对模拟计算结果的分析,发现相对于测量理想粒子束团的结果非理想粒子束团对束测系统测量发射度精度影响较大;非理想粒子束团对束测系统测量能量精度影响较小。     

质子束轰击金属靶面的二次电子效应的模拟研究

基于粒子云网格计算方法,对质子束轰击靶面产生二次电子的效应进行了模拟研究,得到了不同电场强度对质子束的品质以及其产生的二次电子的数量的影响。研究表明,50 kV电压下,质子束束腰宽度1.8 mm,并有近10%的质子束打在阴极侧壁上;150 kV电压下,质子束束腰宽度1.2 mm。这说明,抽取电场强度小时质子束分散,其束流品质下降;抽取电场强度大时质子束紧凑。通过调控抽取、加速电压,可以有效地控制到靶质子流的聚散状况,以及由此产生的二次电子的强度及分布。     

一种二次电子发射的复合唯象模型

二次电子发射模型的精度对二次电子倍增击穿阈值的模拟计算影响很大, 针对现有两种经典二次电子发射唯象模型的不足, 以修正Vaughan模型作为Furman模型中的真二次电子发射系数计算模型, 建立起一种二次电子发射的复合唯象模型. 该模型不仅适用于倍增击穿过程的数值模拟, 还很大程度上提高了与实验数据拟合的准确性. 通过对银和铝合金两种材料二次电子发射系数实验结果和模型拟合结果的对比发现, 在不同入射角情况下, 复合唯象模型的平均误差较原有两种模型降低了10%以上. 关键词： 二次电子发射 唯象模型 击穿阈值     

高速H2+离子轰击C靶诱发二次电子的发射行为与入射角的关系

运用Monte-Carlo方法结合半经验理论研究了高速H2+离子轰击C靶诱发二次电子的发射行为与入射角的关系。分别研究了电子发射产额与入射角以及发射统计性与入射角的关系。结果表明，由于H2+上的价电子的影响使得背向电子发射产额不遵守余弦倒数关系。斜入射时候的前向与背向电子产额的比值跟正入射时的情况不同。电子的发射统计跟入射角没有关系。标志偏离Poission分布的值 b，随入射能量的增加而增大。     

O~(2+)离子穿过碳膜引起的前后表面电子发射

测量了入射能为1.9~11.3 keV/u的O~(2+)离子穿过碳膜诱导的前向、后向(分别对应出射表面和入射表面)电子发射产额。实验中,通过改变入射离子的能量和流强,系统地研究了电子能损和离子束流强度对前向、后向电子发射产额的影响。结果表明,在本实验的能量范围内,前向、后向电子发射产额与对应表面的电子能损有近似的正比关系,而与束流强度无关。分析还发现引起后向电子发射的动能阈值约为0.2 keV/u,势能电子发射产额约为1 e~-/ion。     

高入射能量下的金属二次电子发射模型

基于高入射能量电子产生二次电子发射的物理过程, 分别对高入射能量电子产生的真二次电子和背散射电子的概率进行理论分析与建模. 利用Bethe能量损失模型和内二次电子逸出概率分布, 推导出高入射能量电子产生有效真二次电子发射的系数与入射能量的关系式; 根据高入射能量电子在材料内部被吸收的规律, 推导出高入射能量电子产生背散射电子的系数与入射能量之间的关系式. 结合两者得到高入射能量下金属的二次电子发射模型. 利用该模型计算得到典型金属材料Au, Ag, Cu, Al的二次电子发射系数, 理论计算结果与采用Casino软件模拟金属内部散射过程得到的数值模拟结果相符. 关键词： 二次电子发射 高入射能量 金属表面 散射过程     

Experimental study and Monte Carlo simulation of the correlation between electron emission and stopping power for swift proton impact on amorphous carbon target

It is usually well accepted that for swift protons, the induced backward and forward electron emission yield is proportional to the projectile electronic stopping power. This was observed in particular for thin amorphous carbon foils. However, this law was established from a non extensive set of experimental data and somewhat confirmed by rough macroscopic theories. We then developed a standard Monte Carlo simulation to predict the yield dependence on proton energy [0.5–10 MeV] and for a wide range of foil thickness. After evaluating the reliability of this simulation, we showed and explained why the law of proportionality cannot generally hold for forward electron emission. In particular, the ratio between forward yield and stopping power generally depends on foil thickness and proton energy. We performed a new experiment that confirmed our theoretical predictions. Received 9 March 2001     

近玻尔速度Ne2+离子穿过碳膜引起的电子发射

本文测量了入射能为2–25 keV/u的Ne²⁺离子穿过不同厚度碳膜诱导的前向、后向 (分别对应出射表面和入射表面) 电子发射产额. 实验中通过改变炮弹离子的能量, 系统的研究了势能沉积、电子能损以及反冲原子对前向、后向电子发射产额的贡献. 结果表明, 离子的势能沉积只对后向电子发射有贡献, 前向、后向电子发射产额分别与Ne²⁺离子在薄膜出射、入射表面的电子能损近似成正比关系, 其中电子能损很低 (对应于离子能量很低) 的时候, 反冲原子对电子发射的贡献不能忽略. 关键词： 近玻尔速度 电子发射 电子能损 反冲原子     

近程碰撞对He+离子诱发背向电子发射贡献比例的计算

用Monte Carlo方法模拟了高速He+离子入射到C，Cu和Al固体表面所诱发的电子发射.用这个程序计算了背向的电子发射产额，并且同时计算了近程碰撞对总的背向电子发射产额的贡献比例，对C，Cu和Al其值分别是05，055和0.42.对在近程碰撞中产生的高能δ电子（E＞10O eV）对背向电子发射行为的影响也进行了详尽地讨论，只有那些能量为几百个eV的δ电子对产额的贡献比例较大.对于C靶，δ电子对电子阻止本领最大值附近的二次电子发射行为会产生影响.计算所得到的电子发射产额与实验结果符合得很好. 关键词： 二次电子发射 Monte Carlo模拟 近程碰撞 δ电子     

金属二次电子发射系数表达式

根据二次电子发射的主要物理过程,推导出二次电子发射系数和单位背散射电子产生的内二次电子数与原电子产生的内二次电子数之比、原电子入射能量、参数、最大二次电子发射系数、背散射系数之间的关系式。根据实验结果,给出了2~10 keV比率的表达式。根据推导的关系式,用实验数据分别计算出6种金属的平均参数。发现6种金属的平均参数都近似为一个常数11.89(eV)0.5。根据推导的关系式和计算的参数,推导出以背散射系数、原电子入射能量和最大二次电子发射系数为变量的二次电子发射系数通式。用该通式计算出二次电子发射系数,并与相应的实验值进行了比较,最后成功地推导出金属2~10 keV的二次电子发射系数通式。     

The influence of ion bombardment on emission properties of small dust grains

Dust grains that are present in many plasma and vacuum systems and in the space usually carry a non-negligible charge. Their charging significantly depends on surface properties of the grain material. In cold plasma, charging is mainly given by electron attachment, nevertheless, when plasma becomes hot, other processes (secondary electron emission, field emission, etc.) take place. Emission properties of the grain surface could be modified by grain baking or by ion bombardment. Our study is carried out at the dust charging experiment dealing with a single dust grain electro-dynamically levitated in a 3D quadrupole trap. The grain can be exposed to the ion beam in the energy range of 100 eV–5 keV and to the electron beam in the energy range of 100 eV–10 keV. We have chosen He⁺ and Ar⁺ ions for the surface treatment and the observed influence on the surface properties is discussed in terms of secondary emission. A non-negligible shift of the secondary electron emission yield, as well as a change of energy distribution of secondary electrons, were measured after Ar⁺ bombardment. A preliminary study suggests that the effects of He⁺ and Ar⁺ are comparable.     

4H-SiC NMOS电子、质子辐照数值模拟

 分析了高能电子、质子对4H-SiC的损伤机理,建立了4H-SiC NMOS器件物理模型。电子、质子辐照效应模型。应用ISE-TCAD软件进行数值模拟计算,得出在能量为2.5 MeV、注量为5×10¹³ cm^-2的电子辐照及能量为6.5 MeV、注量为2×10¹⁴ cm^-2的质子辐照下,4H-SiC NMOS转移特性曲线和亚阈值漏电流曲线变化的初步规律。数值模拟结果与相同条件下Si NMOS实验结果吻合较好。