基于静电分析器的全自动高精度能谱测量系统

基于静电分析器的全自动高精度能谱测量系统

李敏;朱洲森;韩纪锋;师勉恭;周茂蕾;陈桎远;刘东;曲国峰

【摘要】A fully automatic high precision energy acquisition system based on electrostatic analyzer which was successfully used in the experimental study between microclusters and graphene was realized. Based on this system, the interaction process of 1. 8MeV H+2 micro-clusters with 4layers of graphene films was studied, and the energy spectrum of the proton after the Coulomb explosions as well as the spectrum of the transmitted

H+2 was measured, which greatly improved the speed of data acquisition and reduced the experimental error. The measurement results show that the energy resolution of the system is about 0. 6keV for the 1. 8MeV H+2 , which is of great significance for the future high precision energy spectrum measurements.%本文实现了一种基于静电分析器的全自动高精度能谱测量系统,并成功用于微团簇离子束同石墨烯薄膜相互作用的实验研究.基于该高精度能谱测量系统,研究了1.8MeV的H+2微团簇同4层石墨烯薄膜的相互作用过程,测量了库仑爆炸后的质子能谱和透射的H+2能谱,实现了全自动的能谱采集,极大提高了数据获取速度,降低了实验误差.测量结果表明,该系统在H+2的入射能量1.8MeV 处的能量分辨约为0.6keV,对于下一步开展基于加速器的高精度能谱测量研究具有重要意义.

【期刊名称】《原子能科学技术》

【年(卷),期】2018(052)004

【总页数】5页(P705-709)

【关键词】微团簇;90°静电分析器;测量系统;能谱测试;石墨烯

【作者】李敏;朱洲森;韩纪锋;师勉恭;周茂蕾;陈桎远;刘东;曲国峰

【作者单位】四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室,四川成都 610065;四川师范大学物理与电子工程学院,四川成都 610066;四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室,四川成都 610065;四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室,四川成都 610065;四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室,四川成都610065;四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室,四川成都 610065;四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室,四川成都 610065;四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室,四川成都 610065

【正文语种】中文

【中图分类】TL817.3

从Poizat和Remillieux[1]在1971年首次开展微团簇与固体相互作用研究以来，科学家已开展了大量的有关等微团簇离子束同固体材料相互作用的研究。文献[2]研究了在固体薄膜中的能量沉积，第1次观察到了邻近效应，即微团簇在薄膜中的能量损失要大于相同情况下两个单独质子的能量损失(正效应)。文献[3-4]研究了入射能量和薄膜厚度对邻近效应的影响，发现随着微团簇离子束能量的增加，邻近效应从负变为正且逐渐增强，同时发现固体材料粗糙度越大则邻近效应越强；膜厚度越厚则邻近效应越弱并逐渐消失。文献[5]对微团簇与固体相互作用研究进行了综述，指出在高能量端邻近效应随能量增加而增强，且都为正效应。这些研究极大

推动了对分子离子(微团簇)结构、运动规律和相互作用过程的认识。四川大学原子核科学技术研究所从1980年开始组建了一套多功能原子碰撞装置并用于微团簇同物质相互作用的实验研究，并在氢键、氦键键长测量等领域发表了一系列科研成果。文献[6-9]实验研究并给出了和H2D+的结构和键长。石墨烯作为21世纪的新型

材料，具有独特的二维层状结构，在电子、半导体等领域具有重大的应用前景。其层内电子仅能在二维方向运动，因此其同微团簇离子束相互作用时，有望发生完全不同于块体薄膜的新现象。为了该实验项目的开展，需设计一套全新的全自动高精度能谱测量系统。

微团簇同固体相互作用后产生的能量差较小，如对于1.8 MeV的微团簇，库仑爆

炸后两个质子的能量差约为8 keV，因此必须采用具有高精度本领的探测器进行测量。在核物理实验中通常采用金硅面垒型探测器进行带电粒子的探测，但金硅面垒型探测器能量分辨较差，通常为10 keV(对241Am源产生的5.486 MeV的α粒子)，无法满足实验要求。本系统采用四川大学原子核科学技术研究所自行设计的90°静电分析器进行测量[9]，在静电分析器的出口用金硅面垒型探测器进行带电粒子探测。此时，金硅面垒型探测器只作为计数型探测器而非能谱测量用探测器，该系统的能量分辨率主要取决于静电分析器，通过采用高精度的稳压电源可将静电分析器的能量分辨率提高到极高的水平。本文通过控制两台高精度的高压电源产生正、负高压，加载在静电分析器的极板上产生静电场，通过自动控制系统实现高压的准连续调节，通过采集金硅面垒型探测器在给定高压下的计数获得能谱，以达到高的能量分辨。

1 离子束及90°静电分析器

从高频离子源引出的分子离子团簇束在2.5 MV静电加速器中加速获得能量，再经过偏转磁铁(出口处缝宽1 mm)偏转后，获得单一种类和能量的分子离子团簇束流，之后经过20°磁分析器再一次偏转后进入图1所示的用于微团簇同石墨烯相互作用