强流脉冲离子束辐照双层靶能量沉积的数值模拟

利用拟合实验测得的TEMP Ⅱ型加速器磁绝缘二极管电压波形及其焦点附近束流密度曲线,建立了Gauss分布模型.采用Monte Carlo方法研究了强流脉冲离子束与铝材镀有不同厚度金膜的双层靶(金膜与铝材合称为双层靶)之间的相互作用,模拟了能量沉积的演化过程和随不同金膜厚度的变化情况.对脉冲离子束强化薄膜粘结性进行了探讨.关键词：强流脉冲离子束双层靶能量沉积Monte Carlo方法     

强流脉冲离子束辐照对不锈钢耐腐蚀性能的影响

 利用强流脉冲离子束（HIPIB）对316L不锈钢进行了表面辐照处理,研究了HIPIB辐照对其在0.5mol/L H2SO4溶液中电化学腐蚀性能的影响。极化曲线测量结果表明,HIPIB辐照能够显著提高316L的抗腐蚀性能,自腐蚀电流对辐照次数的依赖性与自腐蚀电位相比明显较强。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和电子探针（EPMA）分析辐照后试样表面形貌、表面层相结构和元素分布的变化。结果表明：HIPIB辐照使试样表面光滑化,表面层产生择优取向,且发生了杂质元素的选择性烧蚀,是316L不锈钢耐电化学腐蚀性能得以提高的主要原因。     

强流脉冲离子束辐照对不锈钢耐腐蚀性能的影响

利用强流脉冲离子束（HIPIB）对316L不锈钢进行了表面辐照处理,研究了HIPIB辐照对其在0.5mol/L H2SO4溶液中电化学腐蚀性能的影响。极化曲线测量结果表明,HIPIB辐照能够显著提高316L的抗腐蚀性能,自腐蚀电流对辐照次数的依赖性与自腐蚀电位相比明显较强。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和电子探针（EPMA）分析辐照后试样表面形貌、表面层相结构和元素分布的变化。结果表明：HIPIB辐照使试样表面光滑化,表面层产生择优取向,且发生了杂质元素的选择性烧蚀,是316L不锈钢耐电化学腐蚀性能得以提高的主要原因。     

强流脉冲离子束与靶作用域值的研究

结合Monte Carlo 方法和热力学方法,建立了脉冲离子束能量模型以及靶材相变温度模型. 利用该模型可以确定产生喷发等离子体的域值,得到强流脉冲离子束与靶材作用过程中靶材 温度的变化规律以及形成喷发等离子体的初始温度.关键词：强流脉冲离子束靶域值数值研究     

强流脉冲离子束辐照靶及其喷发的数值研究

利用拟合实测的TEMP Ⅱ型加速器磁绝缘二极管(MID)电压波形及其焦点附近束流密度曲线,建立了Gaussian分布模型,据此计算了与靶作用的离子的能量及数量,采用Monte Carlo(MC)方法计算了沉积在靶内的能量.并以此作为热源,与流体动力学(HD)模型相结合,对不同的靶状态采用相应的状态方程,模拟计算了靶内压力演化情况; 同时对烧蚀产生的等离子体采用理想气体状态方程, 结合HD方程组, 模拟计算了喷发过程中压力的空间演化过程. 关键词：强流脉冲离子束Gaussian模型HD方程数值研究     

强流脉冲离子束辐照靶材烧蚀效应二维数值研究

对强流脉冲离子束(IPIB)辐照Ti靶的烧蚀效应进行了二维数值研究.得到了表面烧蚀物质随脉冲时间的变化关系.得出TEMP Ⅱ 型加速器产生的脉冲束流辐照靶材时引起的汽、液化均是从表面开始、并且汽化过程中表面物质被层层烧蚀的结论.同时,得到中心区的平均烧蚀速度为10m/s 数量级,它远小于产生的烧蚀等离子体的喷发速度.得到脉冲期间靶材内部不同位置烧蚀斑痕形状的时间演化过程,以及束流中含有的离子种类分额不同时IPIB辐照过程产生的不同效果.关键词：强流脉冲离子束靶烧蚀过程二维数值模拟     

强流离子束在固体等离子体靶输运的混合粒子模拟方法

针对强流离子束在固体等离子体靶中的输运问题, 详细介绍一种粒子/流体混合模拟方法, 发展了二维数值模拟程序Opic2D-hybrid, 研究强流质子束在聚乙烯和固态铝靶中的集体输运行为。结果表明: 强流质子束在固体靶中输运时产生的自生磁场有利于横向箍缩质子束流。并且靶加热离化产生的大量自由电子, 也有利于减弱固体靶的阻止本领, 从而拉长质子束流射程。但是靶温度升高也会降低电阻率, 抑制自生磁场产生。同时靶离化也会带来更强的离子-离子散射效应, 导致质子束的空间扩散。这些效应彼此间相互竞争, 决定了强流质子束的输运行为。还分析了影响磁场产生的物理因素, 提出多种手段提高自生磁场强度, 从而实现强流质子束在固体靶中的箍缩传输。     

高功率离子束辐照膜基双层靶温度场的数值研究

采用TRIM程序模拟高功率离子束与铝基钛膜双层靶的相互作用.计算了束流在靶材内的能量沉积及分布情况,并以此沉积能量为热源项,采用有限差分方法求解非线性热传导方程,得到了温度场的分布规律,分析了不同离子流密度对界面物质状态的影响.结果表明,离子束电流密度在100—200 A/cm²之间取值时,脉冲结束后界面处两种物质均达到熔融状态.     

基于Monte Carlo的热脉冲法数据分析

热脉冲法是测量聚合物介质薄膜空间电荷分布的有效方法之一, 其数据的分析涉及第一类Fredholm积分方程, 只能采用合适的数值计算方法进行求解, 而Monte Carlo法是近年来提出的数值求解该方程的方法之一. 本文尝试使用Monte Carlo法在频域内实现热脉冲数据的分析, 通过一系列模拟计算讨论Monte Carlo法的分析效果. 计算结果表明: Monte Carlo法可实现对热脉冲法实验数据的有效分析, 提取被测薄膜内的电场分布, 而且计算的电场分布在整个样品厚度上都与真实分布较好地符合, 可有效地弥补尺度变换法只在样品表面附近获得较高准确度的缺陷. 该方法的局限性在于计算结果存在一定的振荡, 且在噪声和数据误差的影响下, 其准确性很大程度上依赖于奇异值分解过程中容差的选择, 在应用的方便程度方面还有待进一步提升.     

一维亚铁磁混合自旋链的磁特性的Monte Carlo模拟

基于一维自旋链模型,采用Monte Carlo方法对具有反铁磁相互作用的自旋一I和自旋-3／2交替混合的亚铁磁系统进行模拟计算,研究单离子各向异性对系统磁特性的影响．模拟结果发现：基态时系统的磁化强度在外加磁场作用下呈现出阶梯状,并获得了自旋-1和自旋-3／2交替混合的亚铁磁系统相图．最后,通过对系统能量和自旋组态的研究,解释了该系统中出现的阶梯效应和相图．     

强激光打固体靶所致硬X射线屏蔽模拟研究

强激光与固体靶相互作用产生的硬X射线已被证实为一种新的电离辐射源,其辐射防护问题引起国内外相关领域的广泛关注。为了便于开展这类电离辐射源的屏蔽设计,研究了强激光打靶所致硬X射线在常用屏蔽材料中的剂量衰减曲线和十值层（TVL）。利用蒙特卡罗程序FLUKA建立了强激光打靶所致硬X射线的屏蔽计算模型,开发了专门的统计程序,解决了屏蔽层之间由于粒子反散射造成的重复统计问题,使得可以通过一次模拟得到不同屏蔽厚度下的光子剂量。计算结果表明:当电子温度为0.5~10 MeV时,X射线在混凝土中的十值层从24 cm到56 cm不等。其中X射线的十值层会随着电子温度的增加而增加,并逐渐趋于饱和。而对于铅屏蔽,除了第一个十值层（TVL1）外,平衡十值层随电子温度的变化较小,在4.7~5.4 cm范围内。另外,当电子温度较高时,探测器到屏蔽体的距离不同会使得TVL1值存在明显的差异。     

Development of exploding wire ion source for intense pulsed heavy ion beam accelerator

A Novel exploding wire type ion source device is proposed as a metallic ion source of intense pulsed heavy ion beam (PHIB) accelerator. In the device, multiple shot operations are realized without breaking the vacuum. The basic characteristics of the device are evaluated experimentally with an aluminum wire of diameter 0.2 mm and length 25 mm. A capacitor bank of capacitance 3 μF and a charging voltage of 30 kV was used, and the wire was successfully exploded by a discharge current of 15 kA with a rise time of 5.3 μs. Plasma flux of ion current density around 70 A/cm² was obtained at 150 mm downstream from the device. The drift velocity of ions evaluated by a time-of-flight method was 2.7×10⁴ m/ s, which corresponds to the kinetic energy of 100 eV for aluminum ions. From the measurement of the ion current density distribution, the ion flow is found to be concentrated toward the direction where the ion acceleration gap is placed. From the experiment, the device is found to be acceptable for applying the PHIB accelerator.     

整体考虑靶和均整器的设计来提高医用加速器剂量率的方法

通常低能医用加速器靶的设计遵从厚靶原则, 即采用厚度等于或大于电子射程的靶, 使靶后无电子污染. 本文提出了新的靶设计概念：设计靶时, 将靶与相关系统(初级准直锥、均整器)作为一个整体考虑, 通过减小靶厚来提高光子剂量率, 利用初级准直锥、均整器来减少电子污染. 采用这种设计概念, 用蒙特卡罗方法对BJ-6—6MV单光子医用电子直线加速器的靶进行优化设计. 模拟计算10cm×10cm野, 30cm×30cm野的深度剂量曲线, 结果表明：较之现有的厚靶, 治疗剂量提高了10%, 同时表面剂量、X射线的品质仍满足国标的要求. 通过薄靶、厚靶的加速器整机对比实验, 已验证了此结论的正确性.     

强脉冲离子束辐照薄金属靶的热力学过程研究

在回顾和总结现有强脉冲离子束诊断技术和能量沉积模型的基础上, 结合红外成像诊断分析, 基于能量平衡, 提出了强脉冲离子束在固体靶中功率密度分布模型, 并采用蒙特卡罗方法对其进行计算. 以该功率密度模型作为源项, 使用有限元分析方法模拟强脉冲离子束入射100 μm不锈钢靶后内部温度场在毫秒时间范围内的分布和演化. 结果显示, 在微秒时间范围内, 热场以存在于近表面区域数倍于离子射程范围内的冲击热场为主要特征; 而在毫秒时间范围内, 靶的前后表面(纵向)已达到温度平衡, 且靶后表面温度场和入射前表面的离子束横截面能量密度具有空间分布的相似性. 这证明了, 在采用具有毫秒响应速度的红外拍摄系统的情况下, 背面红外诊断技术可以实现以较高的精度对强脉冲离子束横截面的能量分布进行诊断和分析.     

Magnetization reversal in weakly coupled magnetic patterns

Ion irradiation is an original process to pattern the structural and as a consequence the magnetic properties of ultra-thin films, down to the nanometer scale. Patterns of dots and tracks have been fabricated by focused Ga⁺ ion beam scanned onto a Co layer with perpendicular magnetic anisotropy. Depending on the dose, the magnetic behaviour of the nanometric irradiated lines can be tuned from the ferromagnetic with reduced coercivity to paramagnetic. The larger the fluence, the smaller is the exchange between dots or tracks. These systems enabled investigations of the competition between exchange and dipolar interactions. For arrays designed with high irradiation doses and only coupled by dipolar interactions, the magnetic relaxation proceeds by the magnetization reversal of individual dots and follows a power-law time decay. Monte Carlo simulations reproduce this time dependence.