Анализ ядерных реакций - Nuclear reaction analysis

Анализ ядерных реакций (NRA) - ядерный метод ядерная спектроскопия в материаловедение чтобы получить концентрация распределение по глубине для определенной цели химические элементы в прочной тонкой пленке.[1]

Механизм NRA

При облучении выбранным снарядом ядра в кинетическая энергия Eродня, целевые твердые тонкопленочные химические элементы могут подвергаться ядерной реакции при резонанс условия для резко определенной энергии резонанса. Продуктом реакции обычно является ядро ​​в возбужденном состоянии, которое немедленно распадается, испуская ионизирующего излучения.

Чтобы получить информацию о глубине, начальная кинетическая энергия ядра снаряда (которая должна превышать энергию резонанса) и его останавливающая сила (потери энергии на пройденное расстояние) в образце должны быть известны. Чтобы внести свой вклад в ядерную реакцию, ядра-снаряды должны замедлиться в образце, чтобы достичь резонансной энергии. Таким образом, каждая начальная кинетическая энергия соответствует глубине образца, на которой происходит реакция (чем выше энергия, тем глубже реакция).

NRA-профилирование водорода

Например, часто используемая реакция на профиль водород с энергичным 15Пучок ионов N

15N + 1ЧАС → 12C + α + γ (4,43 МэВ) [2]

с резким резонансом в сечении реакции на 6,385 МэВ всего 1,8 кэВ [3]. С момента инцидента 15N ион теряет энергию вдоль своей траектории в материале, он должен иметь энергию выше, чем энергия резонанса, чтобы вызвать ядерную реакцию с ядрами водорода глубже в мишени.

Эта реакция обычно пишется 1ЧАС(15N, αγ)12С.[4] это неэластичный поскольку Q-значение не равно нулю (в данном случае 4,965 МэВ). Резерфордовское обратное рассеяние (RBS) реакции являются упругими (Q = 0), а сечение взаимодействия (рассеяния) σ дается по известной формуле, выведенной лордом Резерфордом в 1911 году. Но не-Резерфордовские сечения (так называемые EBS, спектрометрия упругого обратного рассеяния ) также может быть резонансным: например, 16О (а, а)16O-реакция имеет сильный и очень полезный резонанс при 3038,1 ± 1,3 кэВ.[5]

в 1ЧАС(15N, αγ)12C реакция (или действительно 15N (p, αγ)12C обратная реакция), испускаемый с энергией γ-луч является характеристикой реакции, и количество, обнаруживаемое при любой падающей энергии, пропорционально концентрации водорода на соответствующей глубине в образце. Из-за узкого пика в сечении реакции в первую очередь ионы резонансной энергии подвергаются ядерной реакции. Таким образом, информацию о распределении водорода можно сразу получить, варьируя 15Энергия падающего пучка N.

Водород - элемент, недоступный для Спектрометрия резерфордского обратного рассеяния поскольку ничто не может назадразбегаются от H (так как все атомы тяжелее водорода!). Но его часто анализируют обнаружение упругой отдачи.

Нерезонансный NRA

NRA также можно использовать нерезонансно (конечно, RBS нерезонансный). Например, дейтерий можно легко профилировать с помощью 3Он пучка без изменения падающей энергии с помощью

3Он + D = α + п + 18,353 МэВ

реакция, обычно пишется 2ЧАС(3He, p) α. Энергия детектируемого быстрого протона зависит от глубины атома дейтерия в образце.[6]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Брандл, К. Ричард; Evans, Jr., Charles A .; Уилсон, Шон (1992). Энциклопедия характеристик материалов: поверхности, интерфейсы, тонкие пленки. п. 680–694.
  2. ^ Айзенберг-Селове, Ф. (01.01.1990). «Уровни энергии легких ядер A = 11−12». Ядерная физика A. 506 (1): 1–158. Bibcode:1990НуФА.506 .... 1А. Дои:10.1016 / 0375-9474 (90) 90271-М. ISSN  0375-9474.
  3. ^ Уайльд, Маркус; Фукутани, Кацуюки (01.12.2014). «Обнаружение водорода вблизи поверхностей и мелких границ раздела с анализом резонансных ядерных реакций». Отчеты по науке о поверхности. 69 (4): 196–295. Bibcode:2014SurSR..69..196W. Дои:10.1016 / j.surfrep.2014.08.002. ISSN  0167-5729.
  4. ^ https://www.tandemlab.uu.se/infrastructure/Accelerators/pelletron/t1/
  5. ^ Colaux, J. L .; Terwagne, G .; Джейнес, К. (2015). «О прослеживаемой калибровке напряжения электростатических ускорителей» (PDF). Ядерные инструменты и методы B. 349: 173–183. Bibcode:2015НИМПБ.349..173С. Дои:10.1016 / j.nimb.2015.02.048.
  6. ^ Payne, R. S .; Clough, A. S .; Murphy, P .; Миллс, П. Дж. (1989). «Использование реакции d (3He, p) 4He для изучения диффузии полимера в расплавах полимеров». Ядерные инструменты и методы B. 42 (1): 130–134. Bibcode:1989НИМПБ..42..130П. Дои:10.1016 / 0168-583X (89) 90018-9.

внешняя ссылка