快重离子电子能损引起的缺陷产生及其后续效应

快重离子与凝聚态物质相互作用是核物理研究的重要领域之一,近年不断有新的现象发现。文章综述了快重离子电子能损效应研究的历史和概况,重点介绍了快重离子辐照引起的缺陷产生和退火、潜径迹的形成、塑性形变、相变等现象以及相关理论模型,对该领域未来发展趋势给出展望。

电子能损的潜径迹形成机制及理论模型的新进展

潜径迹是荷能离子与固体相互作用的一个重要效应 ,可以借助化学蚀刻、电子显微镜、卢瑟福散射和其他方法所显现。通过研究依赖于离子能量和各种靶参数的径迹尺寸的变化可以获得关于微观机制的信息。本文概括地介绍了在电子能损体制下径迹形成的基本现象、观测技术以及所获得的重要的实验结果 。

纯金属中电子能损效应的实验研究

简要评述了快重离子辐照在纯金属中引起的电子能损效应的实验研究结果 ,特别是强电子能损在金属中引起的辐照缺陷的部分退火、新缺陷的产生 .离子潜径迹的形成和辐照相变等 .

快重离子在凝聚态物质中引起的效应——电子能损效应

简述了快重离子在凝聚态物质中引起的效应——电子能损效应，主要包括缺陷的产生和潜径迹的形成、各向异性的塑性形变、由弹性碰撞产生的缺陷的部分退火、相变（非晶化），以及尝试性的理论解释．

电子能损引起的潜径迹

潜径迹是电子能损在凝聚态物质中引起的重要效应之一。给出了一个关于引起潜径迹电子能损阈值、损伤截面以及径迹形貌的综合评述。

高能^(136)Xe离子辐照聚酰亚胺化学改性的电子能损效应

用1.755GeV136Xe离子在真空室温环境下辐照叠层聚酰亚胺薄膜,通过红外和紫外光谱测量研究了高电子能损离子辐照引起的化学降解及炔基产生效应。红外测量结果表明,典型官能团随辐照注量的增加指数降解,且径迹芯中所有官能团均遭到破坏,对应8.8(最小能损,第一层)和11.5keV/nm(最大能损,第五层)电子能损,136Xe辐照聚酰亚胺的平均降解半径分别为3.6和4.1nm。而相应能损条件下炔基的生成截面分别为5.6和5.9nm大于官能团的降解截面。紫外结果表明辐照引起的吸光度的改变随辐照注量线性增加,发色团的产生效率随电子能损的增大而增加。

离子在近电子能损阈值能区诱发云母表面小丘形成

利用0.65 MeV的He^+离子轰击白云母膜,并在大气环境下用原子力显微镜(AFM)的轻敲模式分析了辐照后的膜表面。实验结果显示,在不同温度下离子诱导的小丘高度在小于1 nm到几nm之间,且室温条件下能诱发小丘生成的He^+离子电子能损阈值在0.44 keV/nm以下。此外,升高温度至973 K并在其中选取不同温度进行表面辐照来验证观测到的小丘结构。实验发现,相比于室温,小丘直径和高度的统计分布在更高温度下表现出了更大的歧离。分别利用分析热峰模型和双温热峰模型计算了辐照过程中的核能损与电子能损,并选取了用能损在阈值附近的离子辐照所产生的小丘的实验数据与模拟结果相比较,发现实验结果与双温热峰模型吻合较好。

低能离子与物质相互作用中电子能损微观机制的研究进展

深入了解离子与物质的相互作用是研究材料抗辐照性能以及应用离子束技术的基础和关键.离子的能量沉积是导致材料辐照损伤的根本原因,所以研究离子碰撞过程中的能损机制显得尤为重要.本文从离子与物质相互作用机制的研究背景和应用价值出发,阐述了有关载能离子在材料中的电子阻止本领的微观机制,总结了基于第一性原理分子动力学研究低速离子在材料中电子阻止本领的相关模型.回顾了国内外关于低能离子与物质相互作用中电子阻止本领及电子能损微观机制的理论和实验研究进展及发展趋势,论述了近几年北京师范大学在有关电子能损微观机制方面所取得的研究成果.阐述了电荷转移、化学键状态以及内层电子激发等因素对电子能损影响的微观机制,研究了在极低速度下电子阻止本领的阈值行为,为离子束技术的应用和材料抗辐照性能的评估提供了理论依据.对未来的研究进行建议展望.

离子入射Au靶材表面过程中电子能损的模拟研究

本文利用了SRIM软件计算了不同能量下的H+、Arq+和Xeq+离子入射Au靶表面过程中的电子能损和穿透深度。通过计算分别给出了这三种离子的电子能损与入射能量和单核子入射能量的关系,同时还发现当离子以相同的单核子能量入射时,原子序数越大的离子穿透深度越大。计算结果将为相关的实验研究提供参考数据。

电子能损谱的发展和应用

介绍了电子能损谱的发展和分类;综述了透射式电子能损谱(TEELS)和反射式高分辨率低能电子能损谱(HREELS)的特点及其应用;着重举例介绍了中能反射式电子能损谱(REELS)的最新进展和它在表面科学各领域中的应用。

电子能损效应对材料辐照缺陷影响的理论模拟研究进展

高能粒子与靶材料相互作用主要通过核能损和电子能损两种方式损失能量。电子阻止效应和电子-声子耦合效应是体现电子能损的两种不同机制。准确模拟高能粒子的辐照损伤过程,亟须解决电子能损效应对粒子辐照损伤的影响这一关键科学问题。本文综述了几种关键结构材料在考虑电子能损效应下辐照损伤行为的最新研究进展,阐述了电子阻止效应、电子-声子耦合效应和电子热导率等对辐照缺陷的影响规律,总结了目前电子能损效应对靶材料辐照损伤的影响规律,归纳了高能粒子辐照靶材料研究中存在的问题,并对后续的研究方向进行了展望。

快离子在C_(60)薄膜中电子能损效应

用Raman散射技术分析了 1 71 .2MeVS9+和 1 2 0keV的H+离子在C60 薄膜中电子能损引起的效应 ,即晶态→非晶态转变 .在H+离子辐照的情况下 ,发现电子能损有明显的退火效应 ,致使C60 晶态→非晶态转变过程中 ,经过一个石墨化的中间过程 .而在S9+离子辐照的情况下 ,电子能损的破坏作用超过了退火效应 ,不存在石墨化的中间过程 .

快重离子辐照聚酰亚胺潜径迹的电子能损效应

快重离子辐照聚合物材料时,由于密集电离激发在其路径上产生几纳米直径的潜径迹,径迹形貌受离子种类、离子能量等多种因素的影响.为了研究电子能损对径迹形成所起的作用,利用1.158GeV的Fe56离子和1.755GeVXe136离子在室温真空环境下辐照叠层聚酰亚胺(PI)薄膜,结合傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析技术对辐照引起的化学变化进行了测量.聚酰亚胺官能团的降解及炔基的生成是离子辐照聚合物的主要特征,在注量1×1011到6×1012/cm2范围及较宽的电子能损(dE/dX)e范围(Fe56离子:2.2到5.2keV/nm,Xe136离子:8.6到11.3keV/nm)对官能团的断键率及炔基生成率进行了研究.红外结果显示在实验涉及的能损范围都有炔基生成,应用径迹饱和模型对实验结果进行拟合,不同能损下的平均损伤径迹半径及炔基生成径迹半径被得到,通过热峰模型对实验结果拟合,给出了离子在聚酰亚胺中产生潜径迹的能损阈值,实验给出的径迹形貌的电子能损效应曲线与热峰模型预言走势基本一致.

高能氩离子在聚苯乙烯中的电子能损效应研究

用１．４ＧｅＶ氢离子对多层堆叠的厚约５３ｍ的聚苯乙烯薄膜在室温和真空条件下进行了辐照；对辐照后的样品进行了从红外到紫外的光吸收测量．测量结果显示，材料经高能红离子辐照后发生化学降解，降解过程强烈依赖于电子能损；在能量沉积密度很高的径迹芯中，分子主链和苯环均遭到破坏；在电子能损高于 ０． ７７ｋｅＶ／ｎｍ时有炔基产生．

50~250keV质子入射SiC和Si靶时的电子发射特性研究

在中国科学院近代物理研究所兰州重离子加速器国家实验室测量了能量范围为50~250 keV的质子入射碳化硅靶和硅靶表面的电子发射产额.实验结果发现,两种半导体靶材的电子发射产额随质子入射能量变化趋势均与作用过程中电子能损随质子入射能量的变化趋势相似.通过分析电子发射的能量来源,发现实验中电子发射产额主要由动能电子发射产额贡献,势能电子发射产额可以忽略不计.两种靶材的电子发射产额均近似地正比于质子入射靶材过程中的电子能损,比例系数B随入射能量略有变化.

电导体中电子能损引起的效应

一、前言在大部分绝缘材料中,用不同种类的粒子辐照时,引起靶原子电子的激发和电离,从而导致了绝缘材料中原子的永久性位移。尽管如此,还仍然存在一些例外的情况,例如,在Mgo 和Al_2O_3中,电子阻止本领对于产生永久性的损伤是无能为力的。但在考虑电导体时,则有相反的情况。在多数情况下。

离子辐照单晶Si损伤效应的研究

回顾了低能离子注入单晶 Si经由核弹性碰撞引起的损伤特征及其常规的研究方法 ,介绍了快重离子辐照单晶 Si经由电子能损引起的损伤特点及研究现状 。

分子动力学研究SiC材料中的辐照损伤过程

利用分子动力学方法模拟了SiC材料的辐照损伤过程,对缺陷的产生规律以及电子能损的影响进行了研究。模拟中,SiC原子之间的作用势采用Tersoff经验势,入射离子采用了10 keV的Si和200 keV的Au。在200 keV的Au原子入射的情况下,利用iontrack模型考虑了电子能损的效应。结果表明电子能损的影响主要体现在级联碰撞过程中移位原子的峰值的增大,对系统稳定后最后的缺陷数量影响不明显,缺陷对个数与核能损仍然保持幂函数的关系。

低速多电荷态离子He^2＋、O^2＋和Ne^2＋与W靶表面相互作用的动能电子发射研究

本文报道了He2+,O2+和Ne2+与W靶表面相互作用中的动能电子产额随离子入射速度变化的实验测量结果.结果表明:在本实验的入射速度范围内,对同一入射离子,动能电子产额随入射离子的速度增大而线性增加.基于动能电子发射的机理,我们分析了影响动能电子产额的因素,理论上得出动能电子产额与入射速度增长呈线性增加的关系,取得了实验上和理论上一致的结果.