武汉大学加速器一透射电镜联机系统.pdf

维普资讯 第3O卷 第9期 核 技 术 Vo!．30，No．9 2007年 9月 NUCLEARTECHNIQUES September2007 武汉大学加速器 一透射 电镜联机系统 宋 搏 郭立平 黎 明 刘传胜 叶明生 付德君 范湘军 (武汉大学物理学院加速器实验室 武汉 430072) 摘要 本文介绍我国第一台加速器一电镜联机装置，该装置由一台2x1．7MV串列加速器、一台国产200kV 离子注入机和一台日立H800型透射电子显微镜组成，并通过联机传输系统实现联机。目前离子束已进入电镜 样品室，达到原位观测的要求。 关键词 加速器，离子注入机，电子显微镜 ，联机，原位 中图分类号 TL52，TG115．215．3 载能离子束与物质相互作用的基本过程是固体 量和数量都精确可调，因而联机装置是研究初始缺 中的原子碰撞和能量损失过程。其主要特点是，载 陷和微结构形成和积累过程的重要手段。此后 ，美 能离子束在极短的时间内(1Ou_一1O—s)，在材料表 欧各国也先后建立了此类装置lJ，就固体物理和材 面淀积大量能量，将这部分物质驱动到远离平衡状 料科学的一些前沿课题，如非晶、准晶、纳米晶等 态；随后，处于高激发态的原子组态以高达 10 K／s 亚稳晶态的形成和相变等，进行了探索 ，发现了 的冷却速率向平衡态弛豫，历经一系列中间态，其 一 些新现象、新知识，有力地推动了离子束技术在 中包括一些亚稳态。离子束与固体相互作用是原子 材料表面改性、核工程、航天等高科技领域的应用。 碰撞的动力学过程 ，可获得用常规冶金学方法难以 利用低能加速器离子束轰击材料，可模拟裂变反应 得到的新型亚稳态材料。此外 ，载能离子的辐照效 堆、核爆炸产生的中子对堆壁材料的辐照；对宇宙 应导致晶格缺陷的产生，可改变材料的微结构和性 空间环境的各种辐照过程进行地面模拟实验。 能，造成固体器件的损坏和失效。由于离子束与固 本工作介绍武汉大学加速器一电镜联机装置， 体相互作用时间短、反应激烈，对环境条件敏感， 它由两台加速器和一台电子显微镜组成，是我国第 注入离子的种类 、能量、剂量，靶材料的成分、结 一 台加速器一电镜联机装置。 构、温度、弛豫时间等一系列因素，离子束作用过 程十分复杂，结果差异很大。因此，在离子束与固 1 系统介绍 体相互作用研究中采用原位观测的实验手段，即时 1．1 总体布局 采集各种因素作用动态过程的测量数据，可减少离 线测量所无法避免的实验误差，直接获得离子轰击 图 1给 出了联机系统 的总体布局图。从 过程中产生的短寿命中间态和快速过程的信息，这 2~1．7MV 串列加速器引出的离子束通过开关磁铁 对于探索离子与固体相互作用机制，研究物质远离 后 ，可分别进入4条传输管道，进行高能离子注入、 平衡态物理规律，具有重要的科学意义。 RBS、PIXE、或与电镜联机。而 200kV离子注入 用透射电子显微镜观察固体离子注入区的微观 机产生的离子，可进行低能离子注入，也可通过偏 结构，可获得注入原子位置、点缺陷、缺陷团和相 转磁铁进入电子显微镜进行原位实验。在串列加速 结构变化等信息，是研究离子与固体相互作用最直 器与 TEM 相连的离子束传输线路上，安装有二单 观、最重要的微分析手段之一。1978年 日本东京大 元静电四极透镜