电子碰撞原子内壳层电离截面的实验研究

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1、四川大学博士学位论文电子碰撞原子内壳层电离截面的实验研究姓名：吴英申请学位级别：博士专业：核技术及应用指导教师：安竹20060430电子碰撞原子内壳层电离截面的实验研究博士生昊英核技术及应用专业指导教师安竹低能电子碰撞原子内壳层电离截面测量的研究在理论和实际应用方面都具有重要意义。一方面，目前的理论还不成熟，需要精确的实验数据检验理论，促其发展；另一方面，内壳层电离截面数据在许多高科技应用领域必不可少。然而，现有的内壳层电离截面实验数据较为缺乏，且存在不同作者给出的实验结果分歧较大现象。因而改进实验技术和发展数据处理方法是这一课题研究的关键。本论文对影响电离截面实验结果的

2、各种可能因素都做了细致地研究。主要为以下几个方面；1．记录入射电子数的法拉第简顶孔和侧孔会引起电子逃逸，电子逃逸率的估算用一般方法解决存在着困难。作者应用PENELOPE程序，构建一个符合法拉第筒几何特征的系统文件，通过模拟大量电子在法拉第筒中的输运，得到本工作中电子在法拉第筒中的逃逸率不到0．3％的结论；2．Si(Li)探测器几keV能区的刻度问题一直存在着困难，而本工作要求必须对Si(Li)探测器低能区(1．4keV～13．5keV)进行准确的效率刻度。工作中，作者将19keV电子碰撞厚碳靶的实验韧致辐射谱与PENELOPE计算得到的理论韧致辐射谱进行比较，得到了Si

3、(Li)探测器相对效率刻度曲线。得到的Si(Li)探测器相对效率刻度曲线在10keV以下的能区较为理想，而在lOkev以上的区域，由于统计涨落原因，得到的相对效率刻度曲线起伏较大。我们截取相对效率刻度曲线起伏较小的低能段，采用最／J,-乘法对Si(Li)探测器各厚度参数进行拟合，由拟合结果即可算得Si(Li)探测器整个探测能区准确的相对效率刻度曲线。这时，再由241Am标准源得到的13．871keV全能峰处的绝对探测效率值，确定出Si(Li)探测器的绝对效率刻度曲线。这样高于lkeV能量的Si(Li)探测器效率刻度值都可准确得到；3．采用薄靶厚碳衬底做样品时，入射电子在靶

4、膜中的多次散射和能损及衬底表面的反射电子、韧致辐射光子对内壳层电离截面的测量都有影响，因此需对实验数据进行修正。我们发展了完全的蒙特卡罗修正方法处理数据：对大量入射电子在薄膜厚村底样品中的输运过程进行模拟，以完成膜厚及衬底存在引起的全能峰净计数增加程度的估算。蒙特卡罗方法模拟时，输入材料数据中采用的内壳层电离截面数据不同，得到的反映膜厚及衬底对电离截面测量结果影响的修正因子值也有差别。作者讨论了蒙特卡罗模拟得到的修正因子值受输入材料数据库中内壳层电离截面影响的程度。用完全的蒙特卡罗修正方法得到的结果较以往采用的解析法更为准确，给截面结果引入的误差低于3％；4．用卢瑟福背散

5、射方法对膜厚进行了测量，以检验制靶者提供的膜厚值是否准确。．I作者应用上述技术测量了s、cl、K、ca、zIl等较低z元素的K壳层电离截面，Ag、I、Ba、Gd、W、Pb、Bi等中、高Z元素的L壳层电离截面及w、Pb、Bi等高z元素的M壳层电离截面，对现有的K、Ca、Zn元素的K壳层电离截面和Ag、W元素的L壳层截面数据进行了验证，其他的截面数据均为首次测量。对K壳层截面测量值的分析结果显示，在本工作能区，低Z原子的PWBA-C．Ex理论值同Luo和Joy理论结果相比有着显著差异，总体来看我们的实验结果与PWBA．C．Ex理论差异较大。而对中等Z的Zn原子，PWBA．C．

6、Ex理论同Luo和Joy理论一致，本实验结果仅略低于这两种理论值；Casnati等人的经验公式结果和Hombourger经验公式结果较为一致，本实验结果表明这两个经验公式并非适于所有Z原子K壳层电离截面计算；在误差范围内，我们得到的K的部分截面值(入射电子能量E≥14keV)及Ca的全部截面值及同Shevelko等人的实验结果基本一致。另外，本工作使用ZnS薄靶测量的Zn-K壳层电离截面，同他人使用单质zn薄靶的实验结果符合较好。将本工作得到的L壳层产生截面值与PWBA-C．Ex理论进行比较后发现，对Ag、l、Ba、Gd等中等z原子，本实验结果低于相应的PwBA-C-Ex

7、理论值，而对W、Pb和Bi等较高z原子，L壳层产生截面实验值与PwBA-c．Ex理论值符合较好。本论文还对电子碰撞原子内壳层电离截面测量的厚靶方法做了探讨，提出了韧致辐射及电子散射对截面测量结果影响的修正方法。我们在计算反映韧致辐射及电子散射对电离截面贡献份额的f因子时发现，f与靶原子的种类有关：Z越大，f就越大；对同种z原子，f还与壳层有关：K壳层的f因子值大于L壳层的f因子值。总之，电子碰撞厚靶，韧致辐射对内壳层电子电离的贡献程度取决于内壳层电子的电离阈能，电离阈能越大，’韧致辐射对内壳层电子电离的贡献率就越大，反之则越小