重离子辐照引起的金属/金属界面混合与相变研究

本论文用重离子在室温下辐照Fe/Cu(Si/Fe(10nm)/[Cu(2.5nm)/Fe(2.5nm)]8/Cu(5n m)、Si/Fe(10nm)/[Cu(4nm)/Fe(4nm)]5(8)/Cu(4nm)、Si/[Fe(10nm)/Cu(10nm)]5)和Fe/Nb(Si /[Fe(10nm)/Nb(4nm)/Fe(4nm)/Nb(4nm)]2/[Fe(4nm)/Nb(4nm)]4))金属多层膜样品，然后利用X射线衍射谱、俄歇电子元素深度剖析谱、透射电子显微镜和振动样品磁强计对样品进行分析。主要研究界面原子混合、相变现象及其与离子辐照参数之间的关系。 1. 室温下用400 keV Xe离子辐照Fe/Cu(Si/Fe(10nm)/[Cu(2.5nm)/Fe(2.5nm)]8/Cu (5nm)、Si/Fe(10nm)/[Cu(4nm)/Fe(4nm)]5/Cu(4nm))和Fe/Nb多层膜。结果显示：随着辐照量的增加，离子辐照引起了Fe/Cu多层膜中Fe与Cu原子的混合和Cu基fcc固溶体和Fe基bcc固溶体地出现；而在Fe/Nb多层膜中，离子辐照引起Fe与Nb原子的混合和FeNb固溶体和非晶态FeNb合金相的出现。随着样品的结构变化，样品的磁滞回线也发生了变化。 2. 室温下用2 MeV Xe离子辐照Fe/Cu和Fe/Nb多层膜。结果显示：随着辐照量的增加，首先发生Fe、Cu原子的偏析和界面锐化，接着发生混合，辐照量较大时形成Cu基fcc固溶体和Fe基bcc固溶体；而在Fe/Nb多层膜中，低辐照量辐照引起多层膜的界面锐化，高辐照量辐照引起Fe与Nb原子混合和FeNb固溶体和非晶态FeNb合金相的出现。随着样品的结构变化，样品的磁滞回线也发生了变化。 3. 室温下用2.03 GeV Kr离子辐照Fe/Cu和Fe/Nb多层膜。结果显示：对于Si/Fe(10nm)/[Cu(4nm)/Fe(4nm)]5/Cu(4nm)多层膜，辐照量为1.0×1013ions/cm2时，发生Fe、Cu原子的偏析和界面锐化；对于Si/[Fe(10nm)/Cu(10nm)]5多层膜，随着辐照量的增加，首先发生Fe、Cu原子的偏析和界面锐化，接着发生混合；对于Fe/Nb多层膜，低辐照量辐照引起多层膜的界面锐化，高辐照量辐照引起Fe与Nb原子混合。随着样品的结构变化，多层膜样品的磁滞回线也发生了变化。 4. 室温下用1.08 GeV Kr离子辐照Fe/Cu和Fe/Nb多层膜。结果显示：在Si/Fe(10nm)/[Cu(4nm)/Fe(4nm)]5/Cu(4nm)、Si/[Fe(10nm)/Cu(10nm)]5和Fe/Nb多层膜中，辐照引起Fe层与Cu（Nb）层混合。随着样品的结构变化，多层膜样品的磁滞回线也发生了变化。 最后，对重离子辐照引起多层膜界面原子混合及相变的机理进行了探讨

重离子在C60薄膜中引起的辐照效应研究

本项工作选择了不同种类、不同电荷态的从低能到高能的多种荷能重离子，对C60薄膜进行了辐照。并且通过多种分析测试手段（Raman、FTIR、XPS、AFM）分析了荷能重离子在C60薄膜中的辐照效应，并对机理进行了研究。同时也研究了低能B离子在碳的三种同素异构体：石墨、金刚石和C60中引起效应的差异。对于以弹性碰撞为主导的低能区，用170keV B离子辐照了碳的三种同素异构体，并从这些辐照样品的Raman谱数据演绎出了C60、金刚石和石墨的损伤截面σ。首次在完全相同的辐照条件下，研究了碳的三种同素异构体对辐照的敏感性和结构稳定性的差异，研究结果表明：C60对B离子辐照的敏感性最强，金刚石次之，相比之下石墨在B离子辐照下结构最为稳定，而且在辐照过程中，随辐照量的增加三种靶材料遭破坏的程度截然不同，表明它们的辐照敏感性差异随辐照量而变化。由XPS谱得知，在最高辐照量下石墨的sp2 C转变不多；而金刚石的sp3 C基本转变成了sp2 C。再次证明在B离子辐照下石墨的结构最为稳定。随着170keV B离子辐照量的增加，C60薄膜的FTIR和Raman谱中各激活模的强度都有不同程度的衰减，最终消失，即C60分子完全被破坏。在B离子的辐照下，C60分子的不同红外激活模和Raman激活模的辐照敏感性和结构稳定性也有差异：在C60分子的4个红外激活模中，T1u(4)对辐照最为敏感，而T1u(2)最为稳定。并率先确定了明显可见的5个Raman激活模对辐照的敏感性和结构稳定性的差异，其中Hg(4)对辐照最敏感，而Hg(3)最稳定。在以非弹性碰撞为主导的高能区，用2.15GeV的Kr离子辐照了多层堆叠的C60样品，辐照样品的分析结果表明：在相同能量或相同电子能损下，C60分子的辐照损伤随辐照量的增加趋于严重；而在相同辐照量下，C60的损伤程度随电子能损的增加而增强；但C60分子的损伤在某居中的电子能损值和辐照量下有一定的恢复。在电子能损相同或相近时，速度较低的Kr离子对C60分子的损伤更为严重，揭示了团簇材料的快重离子损伤建立过程中的离子速度效应。为了研究低速高电荷态离子在C60薄膜中引起的辐照效应，用不同电荷态的Xe离子辐照了C60薄膜。由AFM形貌图可知，不同电荷态Xe离子辐照C60薄膜，使其表面形貌发生了不同程度的改变。其粗糙度随着辐照Xe离子电荷态的不断增加而不断减小

分离扇加速器的物理工作—调束效率的提高和等时性优化

本论文详细地介绍了直边分离扇等时性回旋加速器的理论。结合兰州重离子加速器系统的主加速器SSC，介绍了这种加速器的等时场建立及优化的方法。编写了相关的计算程序。分析并解决了长期以来SSC在注入区附近运行调束十分困难的问题。最后进行了等时场优化的实验。第一章概述性地介绍了兰州重离子加速器装置HIRFL和SSC的注入引出系统、磁场系统及高频系统。第二章作为分析分离扇等时性回旋加速器束流轨道动力学的基础知识，介绍了具有周期磁场结构加速器的基本理论。第三章根据分离扇等时性回旋加速器的磁场周期结构还具有反射对称性特点，分析了传输矩阵元关于磁场周期结构对称点的对称性质。在此基础上讨论了束流的包络和散角沿平衡轨道的分布形态及计算方法。讨论了共振线对这种加速器的磁场结构和能量范围的限制。并计算了SSC加速质子的能量上限。第四章介绍用Kb-Kr方法建立SSC理论等时场的过程。给出了计算平衡轨道和Kb、Kr参数及扇中心线上理论等时场的方法，编写了相应的计算程序。详细地介绍了根据线圈效率和扇中心线上的理论等时场面计算SSC各线圈电流值的一种方法，根据这个方法编写了计算SSC各线圈电流值的程序。提高了SSC预置电流的准确度和自动化的程度。为等时场面优化工作做了必要的准备。分析并找出了长期以来SSC在注入区附近运行调束十分困难、花费时间长的原因。采取了解决的方法。经过一年多的运行实践证明，所采用的方法极大地提高了SSC在注入区附近运行调束的效率。最后介绍了SSC等时场优化的原理和方法并做了SSC等时场优化的实验。

快重离子在聚苯乙烯中的辐照效应研究

本工作用兰州重离子加速器提供的2.1GeV的Kr离子分别在空气和真空条件下辐照了多层堆叠的聚苯乙烯薄膜样品，辐照剂量在5 * 10~(10)到3 * 10~(12)ions/cm~2之间，辐照温度在室温附近。辐照后对样品分别进行了傅立叶变换红外光谱和紫外可见光谱的测量，由此研究了快重离子辐照聚苯乙烯产生的物理和化学改性。实验结果表明，聚苯乙烯经Kr离子辐照后发生了降解，包括苯环在内的大部分官能团遭到破坏，相应特征峰的吸光度随辐照剂量和能损的增加而减小。与此同时，辐照还在1650-1750cm~(-1)之间和3300cm~(-1)处产生了新的吸收峰，其分别对应于C=O双键的分子振动和C≡C-H的C-H伸缩振动，表明辐照在聚苯乙烯中产生了炔基。实验发现产生炔基需要离子有足够高的电子能损值，在聚苯乙烯中该能损阈值约为1.0keV/nm。在材料经辐照发生降解的同时，样品的光吸收边界逐渐红移，并伴有透光率的下降。详细的测量显示，在紫外可见区材料吸光度的增加随剂量近似呈线性关系，随能损呈约二次方的指数关系。通过对2.1GeV的Kr离子和1.4GeV的Ar离子辐照结果的比较还发现，快重离子辐照产生的物理化学改性不仅与离子的能损有关，还与离子的速度有关。在同一能损条件下，速度越小，产生的效应就越大。文中用径向能量沉积密度和有效化学反应半径对上述结果进行分析讨论。

快重离子在高分子材料中的强电子激发效应研究

本文简要介绍了快重离子在固体材料，特别是在高分子材料和团簇材料中引起强电子激发效应研究的发展历史、研究现状和基本理论。重点描述了在兰州重离子加速器（HIRFL）上完成的2.1 GeV Kr离子辐照聚碳酸酷CPC）膜的实验和辐照样品的傅立叶变换红外光谱（FTIR )和紫外／可见光谱(UVIVIS )分析。FTIR分析结果表明，高能Kr离子在PC膜中引起的辐照效应主要是键的断裂和材料的降解。随着电子能损和辐照剂量的增大，材料逐渐碳化，同时有炔基生成。在UVNIS中，380, 450, 500nm波长处的吸光度之差（A－A_0）与剂量近似成线性关系，与电子能损呈确定的指数关系（指数分别为1.69,1.86和2.02）；与电子能量沉积密度也近似成指数关系。描述了在HIRFL上完成的2.0GeV Xe离子辐照C_(60)薄膜的实验和辐照样品的FTIR谱、拉曼谱(Raman)和X射线衍射谱（XRD）分析。分析结果表明：2.0 GeV Xe离子辐照C60薄膜引起的损伤过程主要取决于强电子激发，在特定电子能损处，损伤的部分恢复是由于强电子激发的退火效应引起的。快重离子辐照产生的物理化学改性不仅与离子的电子能损有关，还与离子的速度有关。在同样的电子能损下，速度越小，产生的效应就越明显。

重粒子耗散碰撞中的结构效应

重离子组尼碰撞中核子的交换导致了一系列的输运过程，伴随着这种交换出现了动量，能量，质量和电荷的交换，导致了能量和角动量的耗散。影响核子交换的因素包括壳效应、形变效应及质量、电荷不对称自由度、驱动势等。本文基于核子交换模型，同时考虑不同原子核之间的核子交换和同一原子核内的粒子空穴激发过程，推导出耗散动力学方程并与主方程耦合，计算了具有幻数N = 82的~(144)Sm + ~(144)Sm及~(154)Sm + ~(154)Sm的电荷一次矩、二次矩和质子、中子关联函数。计算结果与实验数据基本一致。可以明显看出壳效应对重粒子碰撞中粒子交换过程的作用，也可看出粒子空穴激发对质量、电荷扩散过程和中子质子关联有明显影响。同时计算了非对称反应系统~(86)Kr + ~(166)Er的电荷平均值和二次矩，探讨形状自由度特别是颈自由度、质量不对称自由度的动力学过程对核子交换的影响，将计算结果与实验数据比较，结果基本一致，并可看出粒子－空穴激发对σ_z~2的影响

Cr/Al系统的离子束混合

用600kev的kr~+对Cr/Al薄膜系统进行了离子束混合研究。实验样品是在单晶硅上蒸镀约5000 A厚的铝膜，相继再上所需不同厚度的铬膜。Kr~+注入剂量范围在2.0 * 10~(15)～2.5 * 10~(16) kr~+/cm~2之间。用2.0 Mev的α粒子对注入前后的样品进行了背散射分析，发现铝谱的前沿和铬谱的后沿有明显的展宽，且随剂量的增大而加宽，Cr/Al界面原子混合扩展量的平方α~2注入剂量φ成线性关系；当注入剂量大于1.0 * 10~(16) kr~+/cm~2时，铝谱前沿和铬谱的后沿出现有明显的平坦，经理论拟合计算，发现有化合物形成，x射线衍射实验结果证明化合物形式为Al_(13)Cr_2。本文还得到了混合量Q与剂量的线性关系。最后，对混合机制进行了讨论

中能重炮弹耗散碎裂反应及用于产生奇异核束流的前景

近年来，在重离子物理研究中，一个重要的方向就是利用奇异核次级束流进行核反应机制、原子核特性、新核素的合成及其衰变模式的研究。人们用这一技术得到了许多新的同位素，并发现了β延迟多中子、多质子发射等奇异的衰变方式和原子核相互作用半径参数r_0随中子过剩自由度（N－Z）的增加而增加等新的物理现象，促使人们进一步研究把适用于β稳定线区域的理论外推到远离β稳定线的核是否正确，及在多大程度上正确。同时，也促使理论工作者对远离β稳定线核的性质进行新的估计，尤其是得到由重的核组成的奇异核次级束流是人们近年来努力的方向。在中能情形下，奇异核束流产生的基础是一种类似于高能碎裂过程的反应机制。理论上存在着不同的模型，许多概念和公式都是从低能、高能两端时的情形向中间延伸而得到的。基于火球模型而得到的Guerreau的计算能较好地拟合中能~(40)Ar炮弹以下的核引起反应的实验结果，并被用于轻弹核产生奇异核次级束流截面大小的实验预言中。但是对于较重入射弹核(如~(86)Kr)引起的反应，用上述一套计算理论得到的结果和实验测得的同位素分布的峰位及分布宽度都差别较大，而且约化半径参数r_0取值1.4fm，这又比高能时r_0 = 1.2fm大。目前，这一问题还未得到较好解决。为了进一步研究中能重弹核引起的周边反应机制及在法国SPEG磁谱仪上发展重的奇异核束流的前景，我们和法国GANIL合作进行了44MeV/u的Xe核轰击Zr耙、测量中重核同位数分布、研究核反应机制的实验。实验得到了较好的核电荷数Z谱、质量数A谱、电荷态Q谱，每个元素的能谱、角分布及同位素分布。实验结果表明：在较重的炮弹引起的核反应中，反应过程会有较大的能量交换，反应产物会有较大的激发能，反应过程不再是“纯碎裂“过程，而是他含碎裂、核子转移及耗散的过程。并对中能重入射弹核产生奇异核次级束流的前景进行了讨论。同时，在Guerreau的计算方法基础上，考虑中子皮对耗散对中能重离子周边反应的影响，发展了一个计算中能重离子周边反应产物同位素分布的唯象模型。该模型能同时较好地拟合中能~(40)Ar、~(86)Kr、~(129)Xe炮弹引起的产物同位素分布。我们还从反应总截面的计算入手，在Kox计算的基础上，发展了一个计算低能、中能及高能反应总截面的参数化计算公式。它能较好地拟合较广能区的实验数据，并可探讨核反应由低能向中能、高能过渡时，原子核相互作用的变化趋势。用我们发展的核反应总截面参数化计算提取相互作用半径参数r_0，用小液滴模型理论对Karol的微观模型进行修正，并考虑中子皮及中子分布弥散度随（N－Z）的增加而增加的影响，则能较好地解释原子核相互作用半径参数随中子过剩自由度的增加而增加这一实验结果。在重离子相互作用势的计算中，如果引入中子皮及中子分布弥散度并选用小液滴模型给出的双参数费米分布，则可以考查中子皮及中子分布弥散度对相互作用势的影响并改进熔合位垒与实验结果的拟合值和改善亲近势标度。在此基础上，我们用国际上通用的TRANSPORT程序对兰州HIRFL后输运线发展次级束流进行了较为完整的一级束流光学计算，讨论了HIRFL上建造次级束流线的可能性

重离子与~(nat)W相互作用中Hf的生成研究

用放射化学方法研究了6.3、8.5、11.8、14.7、18.4、24.6、40 MeV/nucleon ~(40)Ar + ~(nat)W、10.5 MeV/nucleon ~(84)Kr + ~(nat)W、80 MeV/nucleon ~(16)O + ~(nat)W、135 MeV/nucleon ~(12)C + ~(nat)W反应中的Hf的生成，得到了Hf同位素的激发函数、反冲性质和同位素分布。研究结果指出利用HIRFL能量的重离子和丰中子靶核作用，能以一定的截面生成A > 170区丰中子新核素。重炮弹更有利于丰中子新核素的生成。使用厚靶，可以明显地提高丰中子新核素的产额。过高的入射能量对丰中子新核素的生成无明显贡献，相反却极大地增加了缺中子同位素产额，这对丰中子新核素的分离和鉴别是非常不利的

HIRFL SSC等时场的计算，垫补和优化

本论文通过对kb,kr,方法的讨论，纠正了以前的等时场计算方法中存在的1‰的误差．理论和实际情况符合得很好．编制了HIRFL SSC SFC等时场优化程序，以及SSC二维场构造程序，在计算机上进行了SSC模拟优化．优化结果表明，上述程序在理论上可以自洽．

可溶性有机氮在评价土壤供氮能力中的作用与效果

淹水培养法提取态可溶性有机氮在评价土壤供氮能力方面具有重要意义。【方法】通过研究黄土高原物理化学性质差异较大的10种农田土样起始可溶性有机氮(SON)、矿质氮(Nmin)及间歇浸提长期淹水培养期间可溶性有机氮、铵态氮累积量、易矿化和难矿化氮素矿化势(分别ND和NR表示)及其与作物吸氮量的关系,分析SON在评价土壤供氮能力中的作用与效果。【结果】供试土样起始SON平均为23.9mg·kg-1,是起始可溶性总氮的28.8%、全氮的2.4%。淹水培养提取态可溶性氮(TSN)中,SON所占比例更高,几乎与铵态氮相当。经过217d淹水培养,浸提出的SON平均为118.1mg·kg-1,占TSN累积量的46.4%。ND与全氮关系密切:在不包括与包括SON时,二者的相关系数分别为0.92(P<0.01)和0.88(P<0.01)。不同土壤ND和易矿化氮矿化速率(KD)差别很大,干湿砂质新成土和黄土正常新成土的ND小于土垫旱耕人为土。考虑SON后KD值减小,而难矿化氮矿化速率(KR)增加。【结论】淹水培养期间铵态氮累积量是评价可矿化氮的较好指标,不仅适宜于第一季作物,而且也适用于连续两季作物;SON累积量不能单独作为...

Investigation of facilitated ion-transfer reactions at high driving force by scanning electrochemical Microscopy

The kinetics of facilitated ion-transfer (FIT) reactions at high driving force across the water/1,2-dichloroethane (W/DCE) interface is investigated by scanning electrochemical microscopy (SECM). The transfers of lithium and sodium ions facilitated by dibenzo-18-crown-6 (DB18C6) across the polarized W/DCE interface are chosen as model systems because they have the largest potential range that can be controlled externally. By selecting the appropriate ratios of the reactant concentrations (Kr c(M)+/c(DB18C6)) and using nanopipets as the SECM tips, we obtained a series of rate constants (k(f)) at various driving forces (Delta(O)(W) phi(ML+)(0') - Es, Delta(O)(W) phi(ML+)(0') is the formal potential of facilitated ion transfer and Es is the potential applied externally at the substrate interface) based on a three-electrode system. The FIT rate constants k(f) are found to be dependent upon the driving force. When the driving force is low, the dependence of 1n k(f) on the driving force is linear with a transfer coefficient of about 0.3. It follows the classical Butler-Volmer theory and then reaches a maximum before it decreases again when we further increase the driving forces. This indicates that there exists an inverted region, and these behaviors have been explained by Marcus theory.

Study on sensing properties of tin oxide CO gas sensor with low power consumption

In this paper, the fabrication method of a new type of carbon monoxide gas sensor based on SnOx with low power consumption and its sensing characteristics have been reported. The electric conductance of this type of sensor evolves oscillation form regularly when the sensor is exposed to low level of CO gas. The oscillation amplitude is directly proportional to the concentration of CO gas over a wide range. The effects of relevant factors. such as. humidity, temperature and interference gases on the sensor properties were examined. The sensing oscillation response mechanism was also discussed.