1、氚钛薄膜靶表面氚分布二维扫描成像检氚钛薄膜靶表面氚分布二维扫描成像检测系统研制测系统研制杨杨 磊磊 兰州大学核科学与技术学院兰州大学核科学与技术学院2015.7.24主要内容主要内容 1、研究意义及现状、研究意义及现状2、检测方法与实验系统、检测方法与实验系统3、实验结果与分析、实验结果与分析4、总结与下一步研究计划、总结与下一步研究计划研究意义及现状研究意义及现状氚钛薄膜靶氚钛薄膜靶粒子加速器粒子加速器密封中子管密封中子管低能低能辐射源辐射源轫致辐射源轫致辐射源 氚在靶膜材料中的迁移行为包括氚在靶膜材料中的迁移行为包括吸附、扩散等多个物理过程，氚及其吸附、扩散等多个物理过程，氚及其衰变产物衰
2、变产物3He随时间的积累，会导致随时间的积累，会导致靶膜材料力学性能发生显著变化，而靶膜材料力学性能发生显著变化，而且随靶膜材料种类和使用温度、压力且随靶膜材料种类和使用温度、压力等环境变化，氚在其中的空间分布会等环境变化，氚在其中的空间分布会呈现不均匀性。认识氚在靶膜材料中呈现不均匀性。认识氚在靶膜材料中的分布，对于氚钛薄膜靶的生产、使的分布，对于氚钛薄膜靶的生产、使用、性能评估具有重要意义用、性能评估具有重要意义。研究意义及现状研究意义及现状u氚是低能氚是低能放射性核素，放射性核素，最大能量最大能量18.6KeV18.6KeV，是一种，是一种连续谱输出，平均能量连续谱输出，平均能量5.7K
3、eV5.7KeV。半衰期为。半衰期为12.32312.323年。年。氚分析方法氚分析方法破坏性方法破坏性方法电化学蚀刻法（电化学蚀刻法（Electrochemical etching）热解吸分析法（热解吸分析法（Thermal desorption)非破坏性方法非破坏性方法射线照相法（射线照相法（Radiography）衰变诱发衰变诱发X射线谱测量法射线谱测量法(BIXS)离子束分析离子束分析(IBA)研究意义及现状研究意义及现状024681012141618100101102103104Mo LlMo LMo LTi K CountsEnergy(keV)Ti K检测方法与实验系统检测方法与
4、实验系统 Geant4模拟布局模拟布局1、钛膜、钛膜 2、钼衬底、钼衬底 3、探测器、探测器123模拟结果024681012141618100101102103104105 CountsEnergy(keV)Mo LTi KTi K实验结果u粒子与靶膜和衬底材料相互作用，粒子与靶膜和衬底材料相互作用，产生产生018.6KeV连续的轫致辐射连续的轫致辐射X射线射线和特征和特征X射线，由于射线，由于X射线的半吸收厚度射线的半吸收厚度远大于远大于粒子的半吸收厚度，所以可以粒子的半吸收厚度，所以可以认为，在表面测量中，既有浅表层的认为，在表面测量中，既有浅表层的粒子，也有一定深度分布的粒子，也有一定深
5、度分布的X射线。射线。检测方法检测方法检测方法与实验系统检测方法与实验系统检测方法与实验系统检测方法与实验系统 氚钛薄膜靶表面电子发射示意图氚钛薄膜靶表面电子发射示意图氚化钛薄膜氚化钛薄膜金属衬底金属衬底氚的氚的衰变电子衰变电子xdxdxRxSAxdIm)1(21)()211(21)1(21)(0RxSxAdxRxSAXdIImmmmxm 氚钛薄膜靶表面出射氚钛薄膜靶表面出射电子数估算：电子数估算：靶的比放射性活度：靶的比放射性活度mAS：靶的面积：靶的面积mx：靶的质量厚度：靶的质量厚度R：电子在靶膜材料中的射程电子在靶膜材料中的射程模拟能量模拟能量5.7keV,18.6keV的的电子电子在
6、钛膜中在钛膜中的径迹和的径迹和在不同深在不同深度的能量度的能量沉积比例沉积比例轮廓图轮廓图 检测方法与实验系统检测方法与实验系统Geant4 模拟模型 1、钛膜；2、钼衬底；3、准直器；4、探测器4321氚粒子能谱024681012141618200.00.51.01.52.02.53.03.54.0 Electron Flux(pA/cm2)Electron Energy(keV)Layer1 Layer2 Layer3 Layer4 Layer5检测方法与实验系统检测方法与实验系统真空室真空室电流探针电流探针氚靶氚靶伺服系统伺服系统分子泵分子泵涡旋干泵涡旋干泵真空波纹管真空波纹管上位计算机
7、上位计算机静电计静电计KEITHLEY6517A控制控制数据获取数据获取检测方法与实验系统检测方法与实验系统检测系统结构检测系统结构检测方法与实验系统检测方法与实验系统检测系统实验装置样机检测系统实验装置样机检测方法与实验系统检测方法与实验系统上位机控制及数据获取界面上位机控制及数据获取界面实验结果与分析实验结果与分析实验结果与分析实验结果与分析(a)（a）氚钛靶样品，（）氚钛靶样品，（b）氚钛靶样品表面电子发射通量）氚钛靶样品表面电子发射通量X轴一维扫描图轴一维扫描图 （c）二维图像）二维图像，(d)三维图像三维图像(b)(c)(d)实验结果与分析实验结果与分析u直接测量直接测量 电子电流的方式，避免了轫致辐射和电子电流的方式，避免了轫致辐射和特征特征X射线对表面射线对表面 电子测量的影响，对氚钛薄膜电子测量的影响，对氚钛薄膜靶表面氚分布的测量是有利的。靶表面氚分布的测量是有利的。u为氚钛薄膜靶的检测和质量评估提供了理论分为氚钛薄膜靶的检测和质量评估提供了理论分析依据和实验测量的有效方法。析依据和实验测量的有效方法。总结与下一步研究计划总结与下一步研究计划总结总结下一步研究计划下一步研究计划u对氚钛薄膜靶中氚的深度分布的检测方法进行对氚钛薄膜靶中氚的深度分布的检测方法进行研究。研究。
