EBIT中等離子體的分析和高電荷態(tài)離子與固體表面濺射實(shí)驗(yàn)的研究.pdf

1、高電荷態(tài)離子(Highly Charged Ion--HCI)是核電荷數(shù)較高同時外殼層電子被大量剝離的離子。高電荷態(tài)離子的研究對天體物理、量子色動力學(xué)、原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)和原子質(zhì)量測量等研究領(lǐng)域都有著重要的意義。由于高電荷態(tài)離子所攜帶的巨大勢能，高電荷態(tài)離子也有望成為表面分析和表面改性的新工具。在醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面，高電荷態(tài)離子易于被加速的特性，使其成為重離子治癌的首選離子。 本文介紹了高電荷態(tài)離子的特性，產(chǎn)生高電荷態(tài)離子的離子源以及國內(nèi)

2、外對高電荷態(tài)離子與固體相互作用研究的主要方向和國內(nèi)外在實(shí)驗(yàn)和理論研究的動態(tài)；描述了ECR(Electron Cyclotron Resonance)源和EBIT(Electron Beam Ion Trap)的工作原理，詳細(xì)介紹了高電荷態(tài)離子在固體表面濺射實(shí)驗(yàn)的樣品制備、碰撞靶室以及束流光學(xué)系統(tǒng)；同時還重點(diǎn)介紹了電子束離子阱和X射線探測系統(tǒng)。簡單介紹了Wien filter的工作原理，詳細(xì)描述了Wien filter的測試過程以及相關(guān)的

3、控制解譜軟件。 在實(shí)驗(yàn)方面，本文研究了電子束離子阱的工作參數(shù)對離子源輸出和工作穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電子束的密度對電子能量的敏感性。因此電子的能量不僅會影響到暗電流大小，而且可以直接影響到離子的輸出，而真空度對束流輸出的影響取決于離子的電荷態(tài)。當(dāng)阱區(qū)的氣壓升高時，總的輸出電流增大，低電荷態(tài)離子的流強(qiáng)增大，高電荷態(tài)離子流強(qiáng)；當(dāng)阱區(qū)氣壓降低時，總的輸出電流減少，低電荷態(tài)離子流強(qiáng)減少，高電荷態(tài)離子流強(qiáng)增大。關(guān)于勢阱深度對輸出的影響，

4、在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中當(dāng)勢阱深度為20 V，在恒流模式下高電荷態(tài)離子的輸出最大。引出電壓對束流的影響不明顯，最佳的引出電壓為4keV。 同時，我們測量了高電荷態(tài)離子在電子束離子阱中的X射線譜和引出束流譜。利用雙電子重組的過程，鑒別不同電荷態(tài)的Kr離子。得到了在勢阱開啟和關(guān)閉條件下勢阱中的電荷態(tài)分布，進(jìn)一步得到了特定電荷態(tài)(28

5、方面，我們使用不同能量的高電荷態(tài)Arq+、pbq+離子入射金、銀、銅、鈮、鎢、云母、硅和SiO2材料表面，并用微通道板測量了濺射產(chǎn)額的角分布；得到了濺射產(chǎn)額隨入射離子的電荷態(tài)和動能變化的關(guān)系曲線。測量結(jié)果表明：當(dāng)離子入射絕緣體和導(dǎo)體表面時，濺射產(chǎn)額隨著入射角增大而減少，在晶體硅表面濺射產(chǎn)額有明顯的溝道效應(yīng)。在Arq+離子pbq+離子入射材料表面隨著入射離子動能的增加呈現(xiàn)出不同的趨勢。當(dāng)Ar離子以E(96 keV

6、入射材料表面時，隨著動能增加濺射產(chǎn)額減少；當(dāng)Pb離子以E(196 keV