中低能区离子在锥型管中传输机制的理论研究

发布时间：2020-06-17 14:44

【摘要】：中低能离子微束具有广泛的应用前景,目前的研究对其在锥形管中的输运机制尚未有明确的认识。本论文主要对中低能区离子在锥形管中的输运机制以及特性进行深入研究。基于自主编程和蒙特卡洛方法,计算了中低能区质子以及低能高电荷态离子在锥形管中的动态输运过程。模型中主要考虑了三种物理过程,即表面沉积电荷长程库仑力作用、表面原子集体散射以及表面以下随机碰撞。为了对离子输运物理机制进行细致分析,程序中对离子运动轨迹进行标记。对于中能区质子的输运,通过对其穿透率、角分布的动力学演化过程进行分析发现:表面沉积电荷增强了质子在表面发生集体散射的几率,进而增加了质子的穿透率,即质子在锥形管中的输运机制为电荷斑辅助的表面集体散射效应。质子能量为100 keV时,其聚焦倍数为5~6倍。在这种作用机制下,质子穿透率随能量增加呈E_p~(-1)趋势下降,与实验结果相符。这样的动力学演化过程分析有助于为中能区离子在锥形管中的输运提供清晰的图像。通过分析不同形状锥形管对质子的聚焦能力发现:中能区质子输运对锥形管形状有很强的依赖性,标准锥形管有利于形成强的中能微束。对于低能区离子的输运,其主要物理机制为电荷斑的导向效应。计算验证了透射离子角分布振荡以及半高宽增大过程,这些与锥形管内电荷斑的建立过程相对应,当电荷分布达到平衡时,离子沿导向方向出射。通过计算得到,高电荷态离子在锥形管中输运的标度律与其在微孔膜中类似。透射离子的穿透率以及半高宽与1/2(q/E_P)近似呈线性关系,标准锥形管有利于形成稳定的低能微束。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O572.2
【图文】：

其中ψ为 PET 膜偏转角，θ为探测器观察角径为 100nm，厚度为 10μm 的 PET 微孔膜，离后被很多实验验证，包括低能高电荷态母[16,9,10,11,17]等多种绝缘微孔作用。缘体表面沉积电荷的一种自组织充电效着孔轴向出射。如图 1-2 所示，假设在

图 1-2. 微孔内离子运动轨迹。轨迹（1）穿过微孔的离子，轨迹（2）离子在微孔内壁表面沉积电荷根据导向效应的实验结果，Stolterfoht 小组提出了可调参数的半经验公式以便更好的理解实验结果，包含表面沉积电荷的线性及非线性移动模型[18](第二章

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本文编号：2717758