電子碰撞原子內(nèi)殼層電離截面的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、低能電子碰撞原子內(nèi)殼層電離截面測量的研究在理論和實(shí)際應(yīng)用方面都具有重要意義。一方面，目前的理論還不成熟，需要精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)理論，促其發(fā)展；另一方面，內(nèi)殼層電離截面數(shù)據(jù)在許多高科技應(yīng)用領(lǐng)域必不可少。然而，現(xiàn)有的內(nèi)殼層電離截面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為缺乏，且存在不同作者給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分歧較大現(xiàn)象。因而改進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和發(fā)展數(shù)據(jù)處理方法是這一課題研究的關(guān)鍵。 本論文對(duì)影響電離截面實(shí)驗(yàn)結(jié)果的各種可能因素都做了細(xì)致地研究。主要為以下幾個(gè)方面:1．記錄

2、入射電子數(shù)的法拉第筒頂孔和側(cè)孔會(huì)引起電子逃逸，電子逃逸率的估算用一般方法解決存在著困難。作者應(yīng)用PENELOPE程序，構(gòu)建一個(gè)符合法拉第筒幾何特征的系統(tǒng)文件，通過模擬大量電子在法拉第筒中的輸運(yùn)，得到本工作中電子在法拉第筒中的逃逸率不到0.3[％]的結(jié)論：2.Si(Li)探測器幾keV能區(qū)的刻度問題一直存在著困難，而本工作要求必須對(duì)Si(Li)探測器低能區(qū)(1.4keY～13.5keY)進(jìn)行準(zhǔn)確的效率刻度。工作中，作者將19keV電子碰撞

3、厚碳靶的實(shí)驗(yàn)韌致輻射譜與PENELOPE計(jì)算得到的理論韌致輻射譜進(jìn)行比較，得到了Si(Li)探測器相對(duì)效率刻度曲線。得到的Si(Li)探測器相對(duì)效率刻度曲線在lOkeV以下的能區(qū)較為理想，而在10keV以上的區(qū)域，由于統(tǒng)計(jì)漲落原因，得到的相對(duì)效率刻度曲線起伏較大。我們截取相對(duì)效率刻度曲線起伏較小的低能段，采用最小二乘法對(duì)Si(Li)探測器各厚度參數(shù)進(jìn)行擬合，由擬合結(jié)果即可算得Si(Li)探測器整個(gè)探測能區(qū)準(zhǔn)確的相對(duì)效率刻度曲線。這時(shí)，再

4、由<'241>Am標(biāo)準(zhǔn)源得到的13.871keV全能峰處的絕對(duì)探測效率值，確定出Si(Li)探測器的絕對(duì)效率刻度曲線。這樣高于lkeV能量的Si(Li)探測器效率刻度值都可準(zhǔn)確得到；3．采用薄靶厚碳襯底做樣品時(shí)，入射電子在靶膜中的多次散射和能損及襯底表面的反射電子、韌致輻射光子對(duì)內(nèi)殼層電離截面的測量都有影響，因此需對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。我們發(fā)展了完全的蒙特卡羅修正方法處理數(shù)據(jù)：對(duì)大量入射電子在薄膜厚襯底樣品中的輸運(yùn)過程進(jìn)行模擬，以完成膜厚

5、及襯底存在引起的全能峰凈計(jì)數(shù)增加程度的估算。蒙特卡羅方法模擬時(shí)，輸入材料數(shù)據(jù)中采用的內(nèi)殼層電離截面數(shù)據(jù)不同，得到的反映膜厚及襯底對(duì)電離截面測量結(jié)果影響的修正因子值也有差別。作者討論了蒙特卡羅模擬得到的修正因子值受輸入材料數(shù)據(jù)庫中內(nèi)殼層電離截面影響的程度。用完全的蒙特卡羅修正方法得到的結(jié)果較以往采用的解析法更為準(zhǔn)確，給截面結(jié)果引入的誤差低于3％：4用盧瑟福背散射方法對(duì)膜厚進(jìn)行了測量，以檢驗(yàn)制靶者提供的膜厚值是否準(zhǔn)確。 作者應(yīng)用上述

6、技術(shù)測量了S、Cl、K、Ca、Zn等較低Z元素的K殼層電離截面，Ag、I、Ba、Gd、W、Pb、Bi等中、高Z元素的L殼層電離截面及W、Pb、Bi等高Z元素的M殼層電離截面，對(duì)現(xiàn)有的K、Ca、Zn元素的K殼層電離截面和Ag、W元素的L殼層截面數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，其他的截面數(shù)據(jù)均為首次測量。對(duì)K殼層截面測量值的分析結(jié)果顯示，在本工作能區(qū)，低Z原子的PWBA-C-Ex理論值同Lu0和Joy理論結(jié)果相比有著顯著差異，總體來看我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與PWB

7、A-C-Ex理論差異較大。而對(duì)中等Z的Zn原子，PWBA-C-Ex理論同Luo和Joy理論一致，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果僅略低于這兩種理論值；Casnati等人的經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)果和Hombourgcr經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)果較為一致，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式并非適于所有Z原子K殼層電離截面計(jì)算；在誤差范圍內(nèi)，我們得到的K的部分截面值(入射電子能量E≥14keV)及Ca的全部截面值及同Shevdko等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。另外，本工作使用ZnS薄靶測量的Zn-K殼

8、層電離截面，同他人使用單質(zhì)zn薄靶的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好。將本工作得到的L殼層產(chǎn)生截面值與PWBA-C-Ex理論進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，對(duì)Ag、I、Ba、Gd等中等Z原子，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果低于相應(yīng)的PWBA-C-Ex理論值，而對(duì)w、Pb和Bi等較高Z原子，L殼層產(chǎn)生截面實(shí)驗(yàn)值與PWBA-C-Ex理論值符合較好。 本論文還對(duì)電子碰撞原子內(nèi)殼層電離截面測量的厚靶方法做了探討，提出了韌致輻射及電子散射對(duì)截面測量結(jié)果影響的修正方法。我們?cè)谟?jì)算反映韌致輻射

9、及電子散射對(duì)電離截面貢獻(xiàn)份額的f因子時(shí)發(fā)現(xiàn)，f與靶原子的種類有關(guān)：Z越大，f就越大：對(duì)同種Z原子，f還與殼層有關(guān)：K殼層的f因子值大于L殼層的f因子值。總之，電子碰撞厚靶，韌致輻射對(duì)內(nèi)殼層電子電離的貢獻(xiàn)程度取決于內(nèi)殼層電子的電離閾能，電離閾能越大，韌致輻射對(duì)內(nèi)殼層電子電離的貢獻(xiàn)率就越大，反之則越小。另外，在靶原子序數(shù)Z及特征峰種類相同的條件下，f對(duì)入射電子能量E也有微弱的依賴。我們的結(jié)論不同于Salem和Zarlingo的結(jié)論，但與Ha