弹性反冲分析Elastic Recoil Detection(ERD).ppt

弹性反冲分析ElasticRecoilDetection ERD DepartmentofModernPhysicsinLanzhouUniversity LanzhouUniversity 主讲 ZhangXiaodongE mail zhangxd 5 1 引言 1 RBS分析轻基体中的重元素含量 简便易行 2 PIXE分析中重元素 灵敏且精度较高 方便易行 用途广泛 注 它们共同的缺点是 对轻元素分析失效 深度分辨差 3 NRA分析轻元素特别有效 且深度分辨好 干扰小 但对重元素分析效果交差 且分析的元素较少 只限于能发生核反应的那几种 4 弹性反冲分析同样对轻元素有效 且具有较高的分析灵敏度 和较好的深度分辨 5 2实验技术和设备 加速器是该试验的一个重要组成部分 他提供束流 2 样品和靶室的安置该样品与靶室的安置与背散射测量的情形基本相同 如下图 入射束出射束探测器靶 5 2实验技术和设备 5 2实验技术和设备 3 谱线的获取装置及相关电子学仪器探测带电粒子的装置 参见RBS讲稿的叙述 4 获取的谱线实例 如图 5 3分析原理 运动学因子 K 反冲离子的甄别含量分析深度分析 5 4弹性反冲应用实例 钢铁中的氢含量分析钢铁中得氢含量认为是影响钢材质量的一个方面 如使其变脆等 结束 5 3分析原理 运动学因子 1 定义形式 K E2 E0由能量守恒和动量守恒可得 a m1v02 m1v12 m2v22b m1v0 m1v1cos m2v2cos c m1v1sin m2v2sin 求解上述方程可的如下结果 K E2 E0 4m1m2cos2 m1 m2 2 M1 E0 M2 M2 E2 M1 E1 5 3分析原理 运动学因子 5 3分析原理 运动学因子 讨论 1 当角度一定时 m1 m2 K存在极大值 2 K存在的极大值 一定小于等于1 3 角度一定时 对于同一个入射粒子 存在两个不同的靶粒子具有相同的K因子 4 对于确定的靶和入射粒子 角度越小 K值越大 5 弹性反冲散射其散射角一般采用较小值 即100 200左右 6 弹性反冲散射 其反冲粒子可以比入射粒子轻 也可以比入射粒子重 这是与被散射分析不同的地方 返回 5 3分析原理 反冲粒子的甄别 反冲粒子甄别一般有如下几种方法 1 能损法 dE dx 采用吸收膜 利用不同粒子在吸收膜中的能损差异 给出反冲粒子的甄别 该方法简单易行 但误差较大 2 飞行时间法 3 静电或静磁偏转法 后两种方法虽然有较高的分辨率 但由于该设备复杂因而计数率较低 应用的难度较高 在精确的分析中广泛应用 返回 5 3分析原理 反冲粒子的甄别 上图为该方法的示意图返回 吸收片 5 3分析原理 反冲粒子的甄别 飞行时间方法 1 理论依据 在非相对论的范围内 粒子的能量满足如下公式 E mv2 2则速度为v的粒子通过距离d所用的时间t为 t d v由两式可得 E md2 t22 即 Et2 d2 2m Km由上式可知当距离一定时 通过测量粒子能量和粒子飞行时间 便可以确定粒子的质量 我们称此种方法为飞行时间法 5 3分析原理 反冲粒子的甄别 实验框架图 给出起始时间t0给出终止时间t d 5 3分析原理 反冲粒子的甄别 2 模拟处理飞行时间方法的方框图E信号t信号返回 双参数多道分析器 线性门 主放大器 甄别器 Et电路 含量分析 弹性反冲截面 1 当忽略非弹散射影响的时 弹性反冲满足Rutherford弹性散射公式 其推倒的方法与RBS相同 同理可得如下关系 含量分析 弹性反冲截面 含量分析 薄层的散射产额 2 薄层的产额公式 Y E Q E C x dx其中 Y E 是弹性反冲产额Q是入射束的总计量 是探测器所张的立体角 E 是弹性反冲散射截面C x 是靶中被探测物质的含量 含量分析 薄靶中的含量分析 3 由薄层的产额公式可得 C x Q E dx Y E 由上式可得出薄层中物质含量 但一般的情形下 我们用的都是厚靶因而必须向RBS那样对靶进行切片分析 然后进行积分运算 得出靶中的待测元素的含量分析 也就是所说的深度分析 深度分析 能损因子 入射粒子在深度为x处的能损为 反冲粒子获得的能量为 x 深度分析 能损因子 反冲粒子在出射路径上的能损为 则由上可得进入探测器中的