中低能离子在绝缘微孔中的导向和散射竞争

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本论文的工作主要分为两部分:建立了一套基于电阻阳极膜和微通道板的二维位置灵敏探测器系统。具体工作包括探测器支架的设计加工,电子学系统的搭建,噪声和干扰的控制,以及探测器性能的测试等。该探测系统在本实验几何条件下的角度分辨约为0.02度,远小于实验中大约1-2度测量角的大小。同时,本套电子学系统噪声干扰较小,工作状态下前放输出噪声在10毫伏之内,远低于前放输出的真实信号幅度。总之,本探测系统角度分辨率较好,同时噪声干扰较小,完全满足本次实验的需要。在此基础上,我们利用该探测系统测量了近玻尔速度能区的30keVHe2+和90keV的O6+离子穿过长度为30微米,孔径为200nm的PC微孔膜后的出射离子电荷态分布、角度分布、角度半高宽随着测量时间、离子入射角度、束流密度等的变化关系。主要实验结论如下:不管是He2+离子还是O6+离子,在长时间测量后出射离子特性将达到下述的平衡状态,中性原子和保持原电荷态的离子都基本沿着平行于束流入射的方向从微孔中出射;出射束角度半高宽大约是微孔几何张角的2-3倍;对于密度较大的入射束流,出射束中保持原电荷态的离子成分占绝大多数,电荷态纯度较好。以上实验结果表明,几十到上百千电子伏的中低能离子在微孔中的传输不同于千电子伏左有的低能离子。对于低能离子,微孔内建立的表面电荷场不仅能抑制电荷交换,也可以抵消其横向能量使其沿着微孔方向出射,最终平衡状态将为入口一块强电荷斑的情况。对中低能离子,绝缘微孔中电场虽能有效抑制表面电荷交换,但远不能抵消其较大的横向动能,离子必然会在基本保持电荷态不变下被散射至微孔后半部,再以大致相反的角度被后半部分表面电场散射出微孔。最终平衡状态是入口处一块强电荷区和后半部分的另一块较强电荷区同时存在。这两块电荷区域对离子进行两次抑制电荷交换的相反角度散射,使出射束可以保持较高的电荷态纯度,但却稳定在几乎平行于离子入射的方向上出射。
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