弹性反冲分析Elastic Recoil Detection(ERD)

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,弹 性 反 冲 分 析,Elastic Recoil Detection,(ERD,),Department of Modern Physics in,Lanzhou,University,Lanzhou,University,主讲：,Zhang,Xiaodong,E-mail:,zhangxd,lzu,.,edu,.,cn,5.1.,引言：,1.,R,BS,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=E,2,/E,0,由能量守恒和动量守恒可得：,a: m,1,v,0,2,-m,1,v,1,2,=m,2,v,2,2,b: m,1,v,0,-m,1,v,1,cos()=m,2,v,2,cos,(),c: m,1,v,1,sin()=m,2,v,2,sin(),求解上述方程可的如下结果：,K= E,2,/E,0,= 4m,1,m,2,cos,2,()/(m,1,+m,2,),2,M,1,E,0,M,2,M,2,E,2,M,1,E,1,5.3 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10,0,-20,0,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=mv,2,/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=md,2,/(t,2,2),即:,Et,2,=d,2,/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,t,0,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粒子的能量为：,深度分析含量分析,由上面的能损因子可得：,dx,=,dE,/S,将其代入薄层含量分析公式可得：,C(x) =Q(E),dE,/(SY(E),由此公式便可求出任意深度处的含量，即深度分布。,返回,