兰州大学大学生创新创业计划结项答辩 - indico.ppt

氚钛薄膜靶表面氚分布二维扫描成像检测系统研制 杨 磊 兰州大学核科学与技术学院 2015.7.24 主要内容 1、研究意义及现状 2、检测方法与实验系统 3、实验结果与分析 4、总结与下一步研究计划 研究意义及现状 氚钛薄膜靶 粒子加速器 密封中子管 低能β辐射源 轫致辐射源 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，氚及其衰变产物3He随时间的积累，会导致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 。 研究意义及现状 氚是低能β放射性核素，最大能量18.6KeV，是一种连续谱输出，平均能量5.7KeV。半衰期为12.323年。 氚分析方法 破坏性方法 电化学蚀刻法（Electrochemical etching） 热解吸分析法（Thermal desorption) 非破坏性方法 射线照相法（Radiography） β衰变诱发X射线谱测量法(BIXS) 离子束分析(IBA) 研究意义及现状 检测方法与实验系统 Geant4模拟布局 1、钛膜 2、钼衬底 3、探测器 1 2 3 模拟结果 实验结果 β粒子与靶膜和衬底材料相互作用，产生0~18.6KeV连续的轫致辐射X射线和特征X射线，由于X射线的半吸收厚度远大于β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β粒子，也有一定深度分布的X射线。 检测方法 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 氚化钛薄膜 金属衬底 氚的β衰变电子 x dx 氚钛薄膜靶表面出射β电子数估算： ：靶的比放射性活度 ：靶的面积 ：靶的质量厚度 ：β电子在靶膜材料中的射程 模拟能量 5.7keV, 18.6keV 的β电子在钛膜中的径迹和 在不同深度的能量沉积比例轮廓图 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 4 3 2 1 氚β粒子能谱 检测方法与实验系统 真空室 电流探针 氚靶 伺服系统 分子泵 涡旋干泵 真空波纹管 上位计算机 静电计KEITHLEY6517A 控制 数据获取 检测方法与实验系统 检测系统结构 检测方法与实验系统 检测系统实验装置样机 检测方法与实验系统 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 (a) （a）氚钛靶样品，（b）氚钛靶样品表面电子发射通量X轴一维扫描图 （c）二维图像 ， (d) 三维图像 (b) (c) (d) 实验结果与分析 直接测量?电子电流的方式，避免了轫致辐射和特征X射线对表面?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。 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。 总结与下一步研究计划 总结 下一步研究计划 对氚钛薄膜靶中氚的深度分布的检测方法进行研究。