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离子束分析Ion Beam Analysis (IBA) Department of Modern Physics in Lanzhou University Lanzhou University 主讲：Zhang Xiaodong E-mail: zhangxd@lzu.edu.cn 参考书目 《离子束分析》 杨福家 1985版 《原子核物理实验方法》（下） 1985版 《粒子同固体物质相互作用》（上）王广厚 《质子X荧光分析和质子显微镜》任炽刚 1981版 课程安排 综述 卢瑟福背散射分析（RBS）、弹性反冲分析（ERD）和沟道技术 粒子诱发X射线荧光分析（PIXE） 核反应分析（NRA） 如有时间，适当补充课外知识 1.1 绪言 粒子与离子的概念差异 在微观领域，粒子是离子、电子、光子和亚核粒子等的总称 离子束分析的概念 总的来说：以离子束作为工具，通过它与物质相互作用来判断物质中元素组成及结构的一门学科 具体来说：利用具有一定能量的离子（如：质子、alpha离子及其它重离子）束去轰击样品，使样品中的元素发生电离、激发、发射和核反应以及自身的散射等过程，通过测量这些过程中所产生的射线的能量和强度来确定样品中元素的种类和含量的一门学科 为了对其概念有一深入的理解，大家来看离子束作用机制图 样品 离子束（E,q） 俄歇电子 离子束作用机制图 X射线 γ射线 发射粒子 背散射粒子 次级粒子 离子束分析作用机制图 次级离子质谱 Secondary Ion Mass Spectrometry(SIMS) 俄歇电子谱 Auger Electron Spectrometry(AES) 粒子诱发X射线荧光分析 Particle Induced X-ray Emission(PIXE) 核反应分析 Nuclear Reaction Analysis(NRA) 卢瑟福背散射分析 Rutherford Backscattering Spectrometry(RBS) 离子--原子作用范畴 离子--原子核作用范畴 弹性反冲分析 Elastic Recoil Detection(ERD) 1.2 离子束分析的发展史 离子束分析技术的发展大体可分为两个阶段 一阶段（二十世纪60-70年代末）：基本方法的建立阶段 卢瑟福背散射分析（RBS）和弹性反冲分析（ERD） 粒子诱发X射线荧光分析（PIXE） 核反应分析（NRA） 次级粒子质谱（SIMS） 俄歇电子谱（AES）等 它们被广泛应用于样品的微量元素分析、杂质定位和损伤分析等方面 二阶段（二十世纪70年代末至今）：基本方法与新技术的结合阶段 低能离子束分析 超高真空离子束分析 IBA与STM（Scanning Tunneling Microscope）结合 质子显微镜 1.3 离子束分析方法的优缺点 优点 灵敏度高、分析时间短、不破坏样品、分析范围广和取样量少等优点，因此特别适用于痕量元素的分析 缺点 设备复杂、成本较高 1.4 应用范围 生命科学—如医学、环境监测等 社会科学—如考古、司法鉴定等 材料科学—如成分检测、半导体工艺等 国民经济的各个部门—如工艺、农业、商业等 谢谢使用！ * * Zhang Xiaodong * *