使用背散射与二次离子质谱方法分析类金刚石厚样品中的杂质

卢瑟福背散射分析是测定薄膜或镀层成分和厚度的成熟手段,但在分析含多种微量元素成分的厚样品时,精确测定样品中多种元素的分布是比较困难的。二次离子质谱对样品表面成分有较高的质量分辨能力,可以作为对卢瑟福背散射分析的补充。在北京大学2×1.7 MV串列静电加速器终端上,结合使用这两种分析方法,分析了类金刚石厚样品中的金属元素杂质。

单晶立方碳化硅辐照肿胀与非晶化的分子动力学模拟研究

碳化硅(SiC)材料在核能材料和半导体器件等领域有广泛的潜在应用,其辐照效应一直备受关注。结合动态恒温墙技术和恒温恒压热浴算法,本工作基于经典分子动力学模拟方法构建了单晶立方碳化硅(3C-SiC)的连续辐照模型,并研究了室温下连续几千次碰撞级联引起的SiC晶体损伤(对应的辐照剂量高达1 dpa),首次从微观上呈现了SiC从无缺陷到损伤饱和(彻底非晶化、肿胀达到极值)的完整过程。模拟发现持续辐照使得SiC密度明显降低,并储存了大量能量,其数值与文献中的实验结果比较接近。SiC非晶化过程可分为缓慢增长、快速增长、缓慢增长、完全非晶四个阶段,完全非晶的辐照剂量约为0.4 dpa,与文献中的第一性原理结果和实验结果非常接近。模拟得到的SiC肿胀与辐照剂量的关系,在0.1 dpa以下与实验结果比较接近,在0.1 dpa以上则明显偏高,这可能源自模拟与实验在剂量率上的巨大差异。这些结果表明,本文构建的计算模型比较合理,未来可用于对SiC辐照损伤微观机理的进一步研究。

用质子弹散符合测量方法分析薄膜中氢分布的蒙特卡罗研究

本文从离子与物质相互作用的基本原理出发，用蒙特卡罗方法模拟了用质子弹性散射符合分析方法分析表面含氢的几组不同厚度的金属薄膜样品的实验，详细介绍了模拟过程中影响深度分辨率的多种因素，如束流能量、能损歧离、角度歧离等。本文基于2×1．7MV串列静电加速器可以提供的质子束能量范围，通过模拟计算得到用能量为1．5 MeV的质子束分析厚度为1～3微米的铝膜，深度分辨可以达到0．2微米。本文还给出了内部含氢的多层铝膜的模拟结果，表明此方法可以很好地分析薄膜内部氢元素的深度分布。

MeV离子轰击碳样品引起的碳氢团簇产额

利用北京大学2×1.7MV静电串列加速器产生的1.5MeV Au2+和Si+束流轰击碳纳米管样品,用二次离子飞行时间质谱方法分析了二次离子成分,通过质量已知的样品的定标,确认了轰击产生的二次离子质量。分析束流轰击后的二次离子产额,发现在此能量下二次离子产额与离子在物质中射程的横向歧离表现出正相关。