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《兰州大学》 2014年
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中低能离子致靶二次电子发射系数研究

陈佳林  
【摘要】:载能离子束与固体物质相互作用时,会发生固体表面离子溅射,电子和光子发射等现象。束靶相互作用的二次电子发射现象从被发现以来,已经被进行了广泛的研究,这不仅具有重要的基础理论研究意义,而且在生产生活中有很大的直接应用价值。 本论文对目前国内外二次电子发射方面的主要研究内容、一般认为的二次电子发射的物理机理以及几种主流的理论研究模型进行了深入阐述,并介绍了测量二次电子发射系数的实验原理和需要注意的部分内容。 结合粒子与物质相互作用的实验原理,分析研究了载能离子在物质中慢化时,离子与靶原子核及其核外电子的相互作用过程,探讨了离子束致靶二次电子发射的机理。在国际已有离子束致靶二次电子发射理论模型的基础上,推导了中低能轻离子致靶二次电子发射系数的理论,得到了比值因子的具体表达式;结合低能重离子致靶二次电子发射系数的理论,整理了低能重离子致样品二次电子发射系数的理论结果。 结合已有的实验设备,设计加工了离子束致靶二次电子发射系数的简易实验装置,并进行了测试。在中国科学研究院近代物理研究所320kV离子源上开展了中低能质子致金属钼、锆、钛、氘化锆和氘化钛二次电子发射系数的测量工作,在北京师范大学离子注入机上开展了低能钛束致各样品二次电子发射系数的实验工作,取得了好的实验结果。 结合理论计算结果,对实验结果进行了深入分析。20nA/cm2中低能质子束照射下各样品二次电子发射系数与其电子能损近似成正比,比例因子Λ以较Sternglass理论值偏大约50%,表面吸附层影响二次电子发射系数。束流密度为7μA/cm2的100keV质子束长时间测量时,各样品二次电子发射系数γ和正比例因子Λ在前100s内快速下降并逐渐稳定至理论值;低能钛离子束照射时,各样品发射系数起初较大,随后迅速衰减,表现出和质子束轰击各样品二次电子发射想类似的趋势,进一步说明了随着束流照射,样品表面洁净度不断提高,发射系数下降,最终趋于稳定。相同入射能量下,钛离子致同一材料发射系数较质子大出许多,这主要是由于钛离子在材料中的电子阻止和核阻止较大所致。 论文最后给出了进一步研究的改进方向,对测量装置的改进提出了切实可行的建议,相信在已有的研究基础上,对离子束致靶二次电子发射的研究会取得更加丰硕的成果。国内在束流致靶二次电子发射的研究方面还比较粗糙,与国外同行相比差距不小,希望本论文的研究能对国内在此领域的研究有所帮助。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:O462.2

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