高电荷态离子入射Al表面库仑势对靶原子特征谱线强度的影响

用同一动能(150keV)而不同电荷态的⁴⁰Ar^q+(8≤q≤16)离子入射金属Al表面，靶原子受激辐射产生特征光谱线. 实验结果表明：高电荷态离子与金属表面相互作用过程中，经过与靶原子碰撞(Penning碰撞)交换动能和共振电子俘获(resonant capture)释放库仑势能，将携带的能量沉积于靶表面，使靶原子激发. 这种激发不同于光激发，它不仅激发了原子复杂电子组态之间的跃迁，而且跃迁辐射的特征谱线强度增强的趋势与入射粒子的库     

高电荷态离子207Pbq+(24≤q≤36)与Si(110)固体表面作用的电子发射研究

报道了利用兰州重离子加速器国家实验室ECR源引出的高电荷态离子²⁰⁷Pb^q+(24≤q≤36)入射到Si(110)表面产生的电子发射的实验测量结果.结果表明,高电荷态离子与固体表面相互作用产生的电子发射产额Y与入射离子的电荷态q、入射角度ψ和入射能量E都有很强的关联.首次发现,电子发射产额Y与入射角度ψ间有接近1/tanψ的关系.理论分析认为,这些过程与基于经典过垒模型的势能电子发射过程密切相关. 关键词： 高电荷态离子 经典过垒模型 电子发射产额     

高电荷态离子207Pbq+(24≤q≤36)与Si(110)固体表面作用的电子发射研究

报道了利用兰州重离子加速器国家实验室ECR源引出的高电荷态离子207Pbq+(24≤q≤36)入射到Si(110)表面产生的电子发射的实验测量结果.结果表明,高电荷态离子与固体表面相互作用产生的电子发射产额Y与入射离子的电荷态q、入射角度ψ和入射能量E都有很强的关联.首次发现,电子发射产额Y与入射角度ψ间有接近1/tanψ的关系.理论分析认为,这些过程与基于经典过垒模型的势能电子发射过程密切相关.     

近玻尔速度Ne2+离子穿过碳膜引起的电子发射

本文测量了入射能为2–25 keV/u的Ne²⁺离子穿过不同厚度碳膜诱导的前向、后向 (分别对应出射表面和入射表面) 电子发射产额. 实验中通过改变炮弹离子的能量, 系统的研究了势能沉积、电子能损以及反冲原子对前向、后向电子发射产额的贡献. 结果表明, 离子的势能沉积只对后向电子发射有贡献, 前向、后向电子发射产额分别与Ne²⁺离子在薄膜出射、入射表面的电子能损近似成正比关系, 其中电子能损很低 (对应于离子能量很低) 的时候, 反冲原子对电子发射的贡献不能忽略. 关键词： 近玻尔速度 电子发射 电子能损 反冲原子     

129Xe30+与Au作用激发的Au M-X射线 与Xe L-X射线

探测了动能为1.0——7.0 MeV的¹²⁹Xe³⁰⁺ 入射Au表面产生的X射线谱. 实验结果表明, 入射离子动能较高时, 不仅激发出很强的Au的M-X射线, 还激发出了Xe的L-X射线, 且X射线产额与入射离子动能有强相关性. 分析了X射线产额与入射离子动能的关系.     

Arq+入射金表面激发靶原子Mα-X射线的动能和势能的阈值

在兰州重离子加速器国家实验室 用动能150 keV和1.2 MeV的Ar^q+束流分别入射Au表面, 测量了离子与表面相互作用过程中辐射的X射线谱. 结果表明, 多电荷态Ar^q+激发Au原子的M_α-X射线至少需要2 keV的势能. 本文采用半经典两体碰撞近似, 估算了炮弹离子通过碰撞激发靶原子辐射X射线的动能阈值.     

Ar16+和Ar17+离子与Zr作用产生的X射线谱

将超导离子源提供的10—20keV/q Ar¹⁶⁺和Ar¹⁷⁺离子入射到Zr金属表面，在相互作用中产生的X射线谱表明，高电荷态Ar¹⁶⁺离子在金属表面中性化过程中有可能存在多电子激发，使Ar¹⁶⁺的K壳层电子被激发形成空穴，在退激过程中发射特征Kα-X射线.空心原子Ar的K层发射X射线强度随入射离子的动能而减弱，靶原子Zr的L壳层发射X射线强度随入射离子动能的增加而增强.Ar¹⁷⁺的单离子的Kα-     

高电荷态离子Arq+与不同金属靶作用产生的X射线

研究了高电荷态离子Ar^q+(q=16，17，18)入射金属Be，Al，Ni，Mo，Au靶表面产生的X射线谱.实验结果表明，Ar的Kα-X射线是离子在与固体表面相互作用过程中固体表面之下形成空心原子发射的.电子组态1s²的高电荷态Ar¹⁶⁺离子在金属表面中性化过程中，存在的多电子激发过程使Ar¹⁶⁺的K壳层电子激发产生空穴，级联退激发射Ar的Kα 特征X射线.Ar¹⁷⁺离子在金属表面作用过程中产生的X射线谱形与靶材料没有明显的关联,入射离子的Kα-X射线产额与其最初的电子组态有关，靶原子的X射线产额与入射离子的动能有关. 关键词： 高电荷态离子 空心原子 多电子激发 X射线     

高电荷态离子207Pb36+与金属Nb表面作用产生的二次离子产额

本文报道了利用兰州重离子加速器国家实验室的ECR离子源引出的高电荷态离子207Pb36 入射到金属Nb表面产生的二次离子的实验测量结果.实验发现,二次离子产额Y随入射初动能Ek的增加有先增加后减小的关系,在初动能为576 keV时二次离子产额达到最大.通过对实验点做高斯拟合发现,曲线峰值对应的入射初动能为602 keV.分析表明,这是势能沉积作用与线性级联碰撞过程协同作用的结果.高电荷态离子本身携带的高势能沉积在靶表面引起势能溅射,促进了二次离子的发射;而主导二次离子溅射的过程是动能溅射,它与靶表面的动量沉积(核能损)过程密切相关.     

低速高电荷态离子40Ar16+与云母表面作用中的电子发射研究

报道了由兰州ECR源提供的低速高电荷离子40Ar16 入射到云母表面产生的电子发射的实验测量结果.结果发现,电子发射产额Y与离子入射角ψ有近似1/tanψ的关系.基于经典过垒模型,我们对这一关系进行了理论分析.实验结果和理论结果相当符合,这就间接说明势能电子发射是低速高电荷态离子作用于表面发射电子的一个主要途径.     

O~(2+)离子穿过碳膜引起的前后表面电子发射

测量了入射能为1.9~11.3 keV/u的O~(2+)离子穿过碳膜诱导的前向、后向(分别对应出射表面和入射表面)电子发射产额。实验中,通过改变入射离子的能量和流强,系统地研究了电子能损和离子束流强度对前向、后向电子发射产额的影响。结果表明,在本实验的能量范围内,前向、后向电子发射产额与对应表面的电子能损有近似的正比关系,而与束流强度无关。分析还发现引起后向电子发射的动能阈值约为0.2 keV/u,势能电子发射产额约为1 e~-/ion。     

129Xeq+轰击N型和P型Si表面时的电子发射产额研究

在兰州重离子加速器国家实验室测量了1.8 MeV Xeq+离子分别轰击N型和P型Si两种靶材表面时的电子发射产额。实验中,通过改变入射离子的电荷态,研究了入射离子势能沉积对两种靶材表面电子发射产额的贡献。结果发现同一离子入射时,N型Si表面的电子发射产额高出P型Si表面的电子发射产额约12.5%;对于具有相同入射动能的Xeq+离子,两种靶材表面的电子发射产额均随着入射离子势能的增加而线性增加。此外,还测量了3.4 MeV Xeq+离子分别轰击以上两种靶材时的电子发射产额,得到了类似的结果。本文利用功函数分别从动能电子发射和势能电子发射两个角度对实验结果进行了分析讨论。The electron emissions from N-type Si and P-type Si induced by 1.8 MeV 129Xeq+are measured in the National Laboratory of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou,The contribution to electron emission yield from potential energy of incident ions is studied through changing the charge state of incident ions.The results show that for the same incident ion,electron emission yield of N type Si surface is higher than that of P-type Si surface about 12.5%.For incident ions with the same kinetic energy,both electron emission yields of two targets increase linearly with incident ion energy.In addition,the electron emissions induced by 3.4 MeV 129Xeq+from N-type Si and P-type Si mentioned above are measured,which give similar results.The experimental results are analyzed and discussed using work function from two angles of the kinetic electron emission and the potential energy electron emission.     

高速H2+离子轰击C靶诱发二次电子的发射行为与入射角的关系

运用Monte-Carlo方法结合半经验理论研究了高速H2+离子轰击C靶诱发二次电子的发射行为与入射角的关系。分别研究了电子发射产额与入射角以及发射统计性与入射角的关系。结果表明，由于H2+上的价电子的影响使得背向电子发射产额不遵守余弦倒数关系。斜入射时候的前向与背向电子产额的比值跟正入射时的情况不同。电子的发射统计跟入射角没有关系。标志偏离Poission分布的值 b，随入射能量的增加而增大。     

二次电子发射对质子束流测量精度的影响

二次电子发射直接影响法拉第探测器测量质子束流的精度,减小或消除二次电子发射的影响是提高束流测量精度的关键。根据二次电子补偿原理设计了二次电子补偿型同轴法拉第探测器,实验发现探测器测量质子束流强度时不能完全实现二次电子补偿。为改进和完善探测器的设计,从理论上分析了补偿片未能完全消除二次电子对束流测量影响的原因,是由于补偿片前向发射二次电子数目大于收集极后向发射二次电子数目所致。为此设计了质子束穿过金属箔发射二次电子测量装置,测量得到能量为5~10MeV质子穿过10μm厚铜箔时前向与后向发射二次电子产额,验证了理论分析的正确性。     

Characteristics of secondary electron emission from few layer graphene on silicon (111) surface

As a typical two-dimensional (2D) coating material, graphene has been utilized to effectively reduce secondary electron emission from the surface. Nevertheless, the microscopic mechanism and the dominant factor of secondary electron emission suppression remain controversial. Since traditional models rely on the data of experimental bulk properties which are scarcely appropriate to the 2D coating situation, this paper presents the first-principles-based numerical calculations of the electron interaction and emission process for monolayer and multilayer graphene on silicon (111) substrate. By using the anisotropic energy loss for the coating graphene, the electron transport process can be described more realistically. The real physical electron interactions, including the elastic scattering of electron—nucleus, inelastic scattering of the electron—extranuclear electron, and electron—phonon effect, are considered and calculated by using the Monte Carlo method. The energy level transition theory-based first-principles method and the full Penn algorithm are used to calculate the energy loss function during the inelastic scattering. Variations of the energy loss function and interface electron density differences for 1 to 4 layer graphene coating GoSi are calculated, and their inner electron distributions and secondary electron emissions are analyzed. Simulation results demonstrate that the dominant factor of the inhibiting of secondary electron yield (SEY) of GoSi is to induce the deeper electrons in the internal scattering process. In contrast, a low surface potential barrier due to the positive deviation of electron density difference at monolayer GoSi interface in turn weakens the suppression of secondary electron emission of the graphene layer. Only when the graphene layer number is 3, does the contribution of surface work function to the secondary electron emission suppression appear to be slightly positive.     

50~250 keV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。     

高入射能量下的金属二次电子发射模型

基于高入射能量电子产生二次电子发射的物理过程, 分别对高入射能量电子产生的真二次电子和背散射电子的概率进行理论分析与建模. 利用Bethe能量损失模型和内二次电子逸出概率分布, 推导出高入射能量电子产生有效真二次电子发射的系数与入射能量的关系式; 根据高入射能量电子在材料内部被吸收的规律, 推导出高入射能量电子产生背散射电子的系数与入射能量之间的关系式. 结合两者得到高入射能量下金属的二次电子发射模型. 利用该模型计算得到典型金属材料Au, Ag, Cu, Al的二次电子发射系数, 理论计算结果与采用Casino软件模拟金属内部散射过程得到的数值模拟结果相符. 关键词： 二次电子发射 高入射能量 金属表面 散射过程