[发明专利]混合离子束各成分束流强度及注入剂量的实时监测方法

说明书

技术领域

本发明属于离子束技术应用领域，尤其涉及一种混合离子束各成分的束流强度的实时监测方法及注入剂量的实时监测方法。

背景技术

近年来，随着核能技术的迅速发展和人类对宇宙太空探索的不断进取，应用于核能系统的核材料以及应用于宇宙太空探索的各类半导体电子学器件的抗辐照性能受到越来越广泛的重视，尤其是相关材料和器件在其所处的辐照环境下它们各自所拥有的诸如物理的、化学的、机械的、电学的、光学的等性能的变化成为了人们关注和研究的焦点。由于真实辐照环境的复杂性、危险性、不易触及性及非普遍性，要身临其境地开展相关问题的研究既不科学也不现实，而加速器离子束辐照技术为这些研究工作的开展提供了一种最为简单、最为直接、最为安全和最为可靠的模拟实验研究手段，是被公认和普遍接受的模拟研究方法之一。

在用加速器离子束辐照技术开展相关模拟研究过程中，离子束注入剂量的准确监测对所有应用离子束辐照技术开展的研究工作都有着极为重要的意义，这是因为：一般情况下，离子束辐照注入剂量的大小会直接影响到离子束辐照效应的结果，因此相关结论的获得必然与离子束辐照注入剂量的大小密不可分。

当用单一成分的离子束对所研究的样品进行辐照时，离子辐照注入剂量的监测比较简单，通常是利用束流积分仪对其测束装置(如法拉第杯)输出的束流随辐照时间进行电荷量积分即可实现。由于辐照离子为单一成分，所以在离子束辐照过程中，即使存在着束流强度的起伏变化，也并不影响最终对离子辐照注入总剂量的准确测量。

但是当用两种以上的混合离子束同时对同一样品进行辐照时，情况则完全不同。由于各束流成分之间不存在必然的量化关系，每种离子的电荷态多数情况下也互不相同，而且各种成分的离子束在长时间辐照过程中束流强度不可能是一成不变的，其中的涨落是随机的，且相互之间的起伏变化并不存在必然的联系。这种情况下，上述利用束流积分仪与一测束装置相连的简单测量方法已经不可能实现对离子辐照总注入剂量及各离子束流成分的分注入剂量的准确监测。目前，两种以上的离子束同时辐照同一样品的研究工作还处于初级阶段，但如何实现对多离子混合束辐照总注入剂量及各离子束成分分注入剂量的实时监测成为了多离子混合束辐照技术中必须面对的关键性问题，而现有离子束辐照技术中还没有一个行之有效的解决方法。

发明内容

针对现有技术中当两种以上的混合离子束同时辐照同一样品时，尚没有一个行之有效的对离子束辐照总注入剂量及各束流成分注入剂量进行准确可靠的监测方法这一问题，本发明提出一种混合离子束各成分束流强度的实时监测方法及注入剂量的实时监测方法，利用该方法对辐照束流取样分析，可以准确获知各束流成分辐照样品时的大小，从而实现对多离子混合束辐照总注入剂量及各束流成分的实时、在线、准确监测。

当高能离子穿过固体薄片时，其部分或全部外层电子将被剥离。入射的离子的外层电子被剥离导致了穿过固体薄片的出射的离子的电荷态增加，其电荷态的增加将导致其束流强度的增加，这里将穿过固体薄片的出射束流强度与未穿过固体薄片时的入射束流强度之比称为束流的放大系数。影响束流放大系数的唯一因素为入射离子外层电子被剥离的多少，而外层电子被剥离的多少与以下两个因素有关：(1)入射离子的种类及能量，(2)固体薄片的材质及厚度，前者由离子束本身性质决定，后者为外部因素。所以在为外部因素的固体薄片的材质及厚度固定的情况下，则束流的放大系数就只取决于入射束流本身的性质。而在入射离子本身性质确定的情况下，改变为外部因素的固体薄片的材质及厚度，同样也可以导致束流放大系数的改变。本发明正是利用这些特点实现对混合离子束各成分束流强度及注入剂量的实时、在线、准确监测。

本发明的监测方法中采用的取样测束法拉第杯包括：接收入射的混合离子束的金属接收筒，通过设置在其侧壁上的穿线孔输出与电流计或束流积分仪相连，实现对束流的监测；在金属接收筒外套装一接地的金属屏蔽筒，其功能为屏蔽掉外来杂散离子及二次电子对束流准确监测的干扰；金属接收筒与接地的金属屏蔽筒之间有一绝缘隔离层；抑制电极通过绝缘隔离圈固定在接地的金属屏蔽筒的端口上，用于抑制金属接收筒上产生的二次电子；绝缘隔离圈与金属接收筒不直接接触；抑制电极与金属接收筒的端口之间有一定的间隙；绝缘隔离层与绝缘隔离圈无直接接触，之间存在一定的间隙。

本发明的一个目的在于提供一种混合离子束各成分的束流强度的实时监测方法。

本发明的混合离子束各成分的束流强度的实时监测方法对N种成分的高能混合离子束辐照样品时，包括以下步骤：