• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      4He和12C離子Rutherford背散射的Geant4模擬

      2013-10-25 07:32:00王振超馬玉剛楊海芳牛璐瑩趙廣義宋明珠
      關(guān)鍵詞:背散射庫(kù)侖高能

      王振超,馬玉剛,楊海芳,牛璐瑩,周 慶,趙廣義,宋明珠

      (1.吉林大學(xué) 物理學(xué)院,長(zhǎng)春130012;2.唐山市人民醫(yī)院,河北 唐山063001;3.中國(guó)科學(xué)院 等離子體物理研究所,合肥230031)

      利用Rutherford背散射可無(wú)損、快速、直接分析表面雜質(zhì)濃度和雜質(zhì)深度技術(shù)[1-2],將4He離子或其他離子入射至靶物質(zhì)上,入射離子和靶原子核發(fā)生庫(kù)侖相互作用,部分入射離子發(fā)生大角度散射,利用金硅半導(dǎo)體探測(cè)器測(cè)量即可得到背散射離子能譜.

      近年來(lái),利用不同程序模擬 RBS分析表面信息已引起人們廣泛關(guān)注[3-6].Eckstein等[7]用TRIM.SP和SIMNRA程序模擬并討論了1MeV4He離子的單一散射(庫(kù)侖散射)和多重散射模型對(duì)Rutherford背散射的影響;Famá等[8]模擬了20keV4He離子的散射角分布;文獻(xiàn)[9-10]利用Geant4模擬了多重散射和薄膜表面粗糙度對(duì)背散射譜的影響及多重散射對(duì)背散射譜分辨率的影響.

      Geant4是高能物理協(xié)會(huì)開(kāi)發(fā)的模擬粒子輸運(yùn)的 Monte Carlo通用程序包[11-12].基于Geant4程序其源代碼開(kāi)放的特點(diǎn),使用者可構(gòu)造不同的物理模型.本文用Geant4 9.4版本中庫(kù)侖散射模型模擬低能270,500keV4He和12C離子的Rutherford背散射,并討論薄膜材料和厚度對(duì)背散射譜的影響.

      1 Geant4模型

      Geant4模擬4He和12C離子垂直入射至Au,Ag,Cu薄膜上,在165°方向使用環(huán)探測(cè)器記錄散射離子背散射譜,環(huán)探測(cè)器所張角度Δθ=10°,收集160°~170°背散射離子,圖1為其幾何示意圖.

      物理過(guò)程:離子的背散射過(guò)程采用G4CoulombScattering和G4Ionization兩種基類(lèi),從而實(shí)現(xiàn)離子的庫(kù)侖散射和電離相互作用過(guò)程.

      用Intel Core2處理器模擬2×109個(gè)離子,運(yùn)行時(shí)間約為24h,為提高計(jì)算效率,在模擬中采用殺死次級(jí)粒子的方法.

      圖1 Geant4模擬的幾何示意圖Fig.1 Geometry of Rutherford backscattering

      2 模擬結(jié)果與分析

      圖2 270keV4 He離子垂直入射至Au(A)和Cu(B)不同厚度薄膜的背散射譜Fig.2 Simulations of backscattering spectra for 4 He incident on Au(A)and Cu(B)at 270keV

      由圖2可見(jiàn):背散射譜呈矩形,譜的高能側(cè)(前沿半高處)對(duì)應(yīng)從薄膜表面散射的離子能量KE0,低能側(cè)(后沿半高處)對(duì)應(yīng)從薄膜后表面(或一定深度處)散射的離子能量Eb;Geant4模 擬270keV4He離子入射Au薄膜背散射譜的高能側(cè)為249keV,與計(jì)算值249.6keV相符,表明本文建立的Geant4模型合理;Cu薄膜背散射譜高能側(cè)為212keV,表明薄膜原子質(zhì)量大的背散射能量大;隨薄膜厚度的增加,背散射譜低能側(cè)逐漸向左移,表明4He離子背散射譜半寬度逐漸變大.

      圖3為270keV4He離子背散射譜寬度與薄膜厚度的關(guān)系.由圖3可見(jiàn),二者呈線性變化,表明薄膜越厚背散射譜越寬,因此可通過(guò)譜寬度計(jì)算薄膜厚度.

      圖3 270keV4 He離子背散射譜寬度與薄膜厚度的關(guān)系Fig.3 FWHM of backscattering spectra for 4 He with different thickness of films at 270keV

      2.2 不同離子對(duì)背散射譜的影響 用Geant4模擬270,500keV4He和12C離子垂直入射Au,Ag,Cu厚度為20nm的3種單質(zhì)薄膜中,其背散射譜如圖4所示.由圖4(C)和(D)可見(jiàn),270keV Au和Cu背散射譜的高能側(cè)能量差δE2=85keV,500keV Au和Cu背散射譜的高能側(cè)能量差δE3=159keV.表明離子能量越大,薄膜背散射譜的高能側(cè)能量差越大,質(zhì)量分辨率越好.由圖4(B)和(D)可見(jiàn),4He離子在Au和Cu薄膜表面背散射能量差δE1=71keV,12C離子在Au和Cu薄膜表面背散射能量差δE3=159keV.表明12C離子背散射能量相差較大.由于背散射能量相差大有利于區(qū)分物質(zhì)成分,因此能量較大的12C離子背散射譜具有較好的質(zhì)量分辨率.

      圖4 270,500keV4 He和12C離子垂直入射厚度為20nm的Au,Ag,Cu薄膜的背散射譜Fig.4 Simulations of RBS for 4 He and 12C incident on Au,Ag and Cu films of 20nm thickness at 270,500keV

      綜上,本文基于Geant4模擬了270,500keV4He和12C離子垂直入射不同材料和厚度薄膜的背散射譜,由背散射譜的能量信息可確定樣品的物質(zhì)成分;由于其背散射譜半寬度與薄膜的厚度呈線性關(guān)系,因此可通過(guò)比較譜寬度精確地分析薄膜厚度.通過(guò)4He和12C離子的能量變化對(duì)背散射譜的影響可知,能量較大的12C離子在薄膜物質(zhì)分析中具有更大的優(yōu)勢(shì).

      [1]ZHAO Guo-qing.Rutherford Backscattering Analysis [J].Physical Testing and Chemical Analysis Part A:Physical Testing,2002,38(1):41-46.(趙國(guó)慶.盧瑟福背散射分析 [J].理化檢驗(yàn):物理分冊(cè),2002,38(1):41-46.)

      [2]楊福家,王炎森,陸福全.原子核物理 [M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2006:328-336.

      [3]Ziegler J F,Biersack J P.The Stopping and Range of Ions in Solids[M].New York:Springer-Verlag,1985.

      [4]Doolittle L R.Algorithms for the Rapid Simulation of Rutherford Backscattering Spectra[J].Nucl Instr Meth B,1985,9(3):344-351.

      [5]Mayer M.SIMNRA Users Guide[R].Garching:Max-Planck-Institüt für Plasma Physik,1997.

      [6]Barradas N P.The Width of an RBS Spectrum Revisited:Influence of Multiple Scattering[J].Nucl Instr Meth B,2012,270:44-46.

      [7]Eckstein W,Mayer M.Rutherford Backscattering from Layered Structures beyond the Single Scattering Model[J].Nucl Instr Meth B,1999,153(1/2/3/4):337-344.

      [8]FamáM,Lantschner G H,Eckardt J C,et al.Energy-Angle Distribution of Low-Energy Hydrogen Ions in Thin Aluminum and Gold Foils[J].Nucl Instr Meth B,2000,164/165:241-249.

      [9]Geil R D,Mendenhall M,Weller R A,et al.Effects of Multiple Scattering and Surface Roughness on Medium Energy Backscattering Spectra[J].Nucl Instr Meth B,2007,256:631-637.

      [10]Kaoru Sasakawa,Kaoru Nakajima,Motofumi Suzuki,et al.Effect of Multiple Scattering on High-Resolution Rutherford Backscattering Spectroscopy[J].Nucl Instr Meth B,2012,285:1-5.

      [11]Society of High Energy Physics.Geant4Users Guide [EB/OL].2003-06-02.http://GEANT4.web.cern.ch/GEANT4/G4UsersDocuments/UsersGuides.

      [12]Agostinelli S,Allison J,Amako K,et al.Geant4——A Simulation Toolkit[J].Nucl Instr Meth A,2003,506(3):250-303.(責(zé)任編輯:王 ?。?/p>

      猜你喜歡
      背散射庫(kù)侖高能
      前方高能!戰(zhàn)機(jī)懟瞼
      1976年唐山強(qiáng)震群震后庫(kù)侖應(yīng)力演化及其與2020年古冶5.1級(jí)地震的關(guān)系
      地震研究(2021年1期)2021-04-13 01:04:46
      搞笑秀
      意林彩版(2020年3期)2020-11-22 20:54:12
      《高能少年團(tuán)》少年 未來(lái)可期
      基于PSO-GRG的背散射模式掃描電鏡的數(shù)字處理及應(yīng)用
      基于粘彈庫(kù)侖應(yīng)力變化的后續(xù)最大地震震級(jí)估計(jì)及2008、2014年于田2次7.3級(jí)地震之間關(guān)系的討論
      Duang!6·18巾幗館前方高能
      海峽姐妹(2015年7期)2015-02-27 15:11:35
      一種周期庫(kù)侖作用勢(shì)優(yōu)化法的改進(jìn)
      小型移動(dòng)背散射X射線安全檢查設(shè)備簡(jiǎn)介
      電子背散射衍射法研究馬氏珠母貝珍珠層中文石擇優(yōu)取向
      大同县| 遂宁市| 清水河县| 新化县| 洞口县| 正宁县| 正阳县| 武鸣县| 白朗县| 尉犁县| 山东| 江华| 德令哈市| 聂拉木县| 凤庆县| 垫江县| 绥宁县| 崇文区| 达日县| 万山特区| 尼玛县| 贵港市| 聊城市| 益阳市| 濮阳市| 通化市| 城步| 桦南县| 万源市| 常熟市| 化隆| 宁陵县| 内丘县| 遂溪县| 盘锦市| 泸定县| 曲沃县| 弥勒县| 西丰县| 长寿区| 泽库县|