16 keV C- 離子在錐形玻璃管中的輸運(yùn)過(guò)程

牛書通 詹欣 華強(qiáng) 李文騰 周利華 楊廷貴

(中核四0 四有限公司,蘭州 732850)

鑒于經(jīng)錐形玻璃管聚焦的離子束在微納加工、微區(qū)分析以及輻照生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,本文研究了16 keV C-在不同傾斜角度的錐形玻璃管中輸運(yùn)過(guò)程.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)處于0°傾斜角度時(shí),出射粒子由核區(qū)和暈區(qū)構(gòu)成,核區(qū)是從錐形管后錐孔中直接出射,未與錐形管內(nèi)壁之間發(fā)生電荷交換,主要成分為C-離子.暈區(qū)是C-與錐形管內(nèi)壁發(fā)生部分電荷交換作用,由C-和C0 構(gòu)成.當(dāng)傾斜角度為1°時(shí),出射離子由兩部分組成:C0 原子束斑和 C-離子束斑,未出現(xiàn)核區(qū).出射核區(qū)的離子方向始終保持在入射粒子方向,與錐形管傾斜角度無(wú)關(guān).隨著錐形管不斷傾斜,相對(duì)透射率不斷減小,C0 束斑占比增加,C-束斑占比減小.錐形管對(duì)入射離子有聚焦效應(yīng).本實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)了低能負(fù)離子在錐形管運(yùn)輸過(guò)程研究的欠缺,有助于聚焦離子束的后續(xù)開發(fā)應(yīng)用.

1 引言

隨著人們對(duì)于帶電離子與微孔膜相互作用研究的深入,錐形管與帶電粒子的相互作用逐漸引起研究人員的關(guān)注.相較于微孔膜的直管結(jié)構(gòu),錐形玻璃管入口大,在百微米量級(jí),而出口多在于微米量級(jí),這種入口大出口小的結(jié)構(gòu),可以使出口直接面向周圍環(huán)境,而不用擔(dān)心對(duì)真空有較大的破壞,同時(shí)錐形管能夠?qū)θ肷潆x子形成亞微米尺度的聚焦離子束[1].正是基于錐形管以上優(yōu)良特性,使其在生物醫(yī)學(xué)[2,3]、材料分析[4]等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.探索帶電離子在錐形微管中的輸運(yùn)[5]是一種對(duì)微管電特性研究的很好手段,同時(shí)對(duì)微束的控制與應(yīng)用[6,7]也是十分有價(jià)值的.

首先,Stolterfoht等[5]在2002 年發(fā)現(xiàn)了低能離子在微孔膜中的導(dǎo)向效應(yīng),利用3 keV 的Ne7+入射具有一定傾斜角度的納米微孔膜,發(fā)現(xiàn)離子幾乎都是沿著孔道軸向方向出射且保持電荷態(tài)不變.研究發(fā)現(xiàn)是由于微孔內(nèi)壁形成的自組織電荷斑抑制了電荷交換并偏轉(zhuǎn)入射離子順著孔的軸線方向出射.隨后,許多機(jī)構(gòu)開始致力于帶電粒子在微孔中輸運(yùn)機(jī)制的研究,各種能量(從eV 到MeV)和類型(電子,質(zhì)子,負(fù)離子)的入射離子陸續(xù)被用于實(shí)驗(yàn)[6-13].

鑒于錐形管形成亞微米尺度的聚焦離子束有廣闊應(yīng)用前景,其同樣引起了人們的研究興趣[6,14-21].在低能區(qū),Yamazaki 研究組[6]用8 keV 的Ar8+離子入射錐形玻璃微管時(shí),發(fā)現(xiàn)其聚焦系數(shù)在10 左右,同時(shí)確認(rèn)了離子在玻璃微管的導(dǎo)向效應(yīng)運(yùn)輸,作用原理同樣是自組織的電荷傳輸.對(duì)于高能區(qū),Hasegawa等[14]用2 MeV 的質(zhì)子轟擊錐形玻璃管,在輸運(yùn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)微孔內(nèi)壁沉積的電荷對(duì)MeV 離子穿過(guò)微孔沒有影響,主要以深入表面以下的多次隨機(jī)的非彈性碰撞為主要輸運(yùn)機(jī)制[15-18].

目前對(duì)于離子與錐形玻璃微管的輸運(yùn)特性主要集中在正離子與玻璃微管的輸運(yùn)研究,相較于正離子,負(fù)離子為弱束縛系統(tǒng),與正離子入射情況有很大不同[1],對(duì)低能負(fù)離子與錐形玻璃微管的輸運(yùn)研究較少,且主要集中在負(fù)離子入射0°傾斜的錐形玻璃管的輸運(yùn)特性[22,23],對(duì)不同傾斜角度的輸運(yùn)特性研究較少.本文將重點(diǎn)研究低能負(fù)離子在不同傾斜角度錐形管中的輸運(yùn)過(guò)程,獲得出射粒子中心角度、二維分布譜圖、相對(duì)透射率和半高寬(FWHM)的演化情況[1].本文補(bǔ)充了低能負(fù)離子與錐形管實(shí)驗(yàn)研究欠缺,有助于加強(qiáng)對(duì)低能負(fù)離子與錐形管輸運(yùn)過(guò)程的認(rèn)識(shí).

2 實(shí)驗(yàn)技術(shù)

本研究是利用蘭州大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2×1.7 MV 靜電串列加速器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的負(fù)離子開展,實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示.利用銫濺射負(fù)離子源產(chǎn)生C-離子束經(jīng)過(guò)兩組相距75 cm,孔徑為1.5 mm×1.5 mm 的光欄準(zhǔn)直后(發(fā)散角度為0.2°),與高真空靶室的中央的錐形玻璃管發(fā)生碰撞,靶室真空度為10-6Pa,錐形玻璃管的角度通過(guò)精度為0.1°的調(diào)角器實(shí)現(xiàn),出射的離子束經(jīng)過(guò)距離錐形玻璃管后5 cm 的偏轉(zhuǎn)板偏轉(zhuǎn)后,出射粒子中的C-離子和C0原子在Y軸方向得以分離并且分離同時(shí)保留其在X軸方向的信息.出射粒子的位置分布信息被距離靶架后方30 cm 處的二維微孔通道板探測(cè)器記錄.

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 (a) 使用錐形管輪廓圖,入口直徑為580 μm;(b) 錐形出口情況,直徑為23 μm;(c) 傾斜角度為0°時(shí)的二維譜圖Fig.1.The schematic view of the setup for the ion transmission experiments:(a) The profile of tapered glass capillary with an inlet diameter of 580 μm and (b) the outlet with a diameter of 23 μm;(c) the typical two-dimensional spectrum of transmitted particles with 16 keV incident energy and with a tilt angel of 0°.

本實(shí)驗(yàn)所采用的錐形管是普通高硼硅玻璃管,主要成分是81% SiO2,13% B2O3,4% Na2O,2%Al2O3[23].錐形管是通過(guò)加熱高硼硅玻璃直管玻璃管中間部分,然后以一定恒力向兩端拉伸,從而獲得入口直徑為580 μm,出口直徑為23 μm,長(zhǎng)度為30 mm 的錐形玻璃管,錐形玻璃管的錐角為1°.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在這一部分重點(diǎn)介紹了16 keV C-在不同傾斜角的錐形管內(nèi)出射粒子輸運(yùn)特性的演化情況.

3.1 16 keV C-在處于0° 傾斜角錐形管中的輸運(yùn)特性

圖2 和圖3 分別給出了在無(wú)偏轉(zhuǎn)電壓和偏轉(zhuǎn)電壓為300 V 時(shí),16 keV C-在傾斜角度為0°的錐形玻璃管中出射粒子的二維分布譜圖(圖2(a)、圖3(a))以及在X,Y軸方向上的投影分布情況(圖2(b)、圖3(b)).當(dāng)錐形管處于0°傾斜角時(shí),出射二維譜圖由核區(qū)(core)和暈區(qū)(halo)兩部分組成,其中核區(qū)位于出射粒子的中心方向,其中心出射角度為0°,全部由C-離子構(gòu)成,如圖2 和圖3中紅線區(qū)域.暈區(qū)位于核區(qū)的四周,如圖2 中藍(lán)線區(qū)域.核區(qū)和暈區(qū)之間有明顯的空白區(qū)域.在偏轉(zhuǎn)電壓的作用下,暈區(qū)分為暈區(qū)的C0原子區(qū)域和暈區(qū)的C-離子區(qū)域兩部分.即16 keV C-在傾斜角度為0°的錐形玻璃管中的出射離子由中心的核區(qū)(紅色)、暈區(qū)的C0原子(藍(lán)色)和暈區(qū)的C-離子(黑色)構(gòu)成.

圖2 16 keV C-入射處于0°傾斜角的錐形管,未加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)出射粒子的二維分布譜圖 (a)以及在X 軸方向上的投影分布情況(b)Fig.2.The typical two-dimensional spectrum (a) and the projections in the X-axis direction of the transmitted particles (b) after 16 keV C- transmitted through tapered glass capillary with a tilt angle of 0° with the 0 V defection bias.

圖3 16 keV C-入射處于0°傾斜角的錐形管,偏轉(zhuǎn)電壓為300 V 時(shí)出射粒子的二維分布譜圖(a)以及在Y 軸方向上的投影分布情況(b)Fig.3.The typical two-dimensional spectrum (a) and the projections in the Y-axis direction of the transmitted particles (b) after 16 keV C- transmitted through tapered glass capillary with a tilt angle of 0°with the 300 V defection bias.

隨著入射粒子不斷入射,核區(qū)的中心出射角度從開始階段的-0.05°逐漸增加到0.05°,隨后逐漸下降到0.03°并保持上下波動(dòng),可以認(rèn)為核區(qū)的中心出射角度沿0°方向出射,如圖4(a)所示.出射的核區(qū)粒子的半高寬始終維持在0.14°附近,如圖4(b)所示.

圖4 16 keV C-入射處于0°傾斜角的錐形管時(shí),出射離子core 區(qū)域中心角度分布(a)和半高寬(b)的演化情況Fig.4.The evolution of the outgoing angle of core (a) and the FWHM of the transmitted particles (b) for 16 keV C- transmitted through tapered glass capillary at the tilt angle of 0°.

隨著離子不斷入射,相對(duì)透射率由開始階段的60%快速增加到100%,隨后逐漸減小并維持在90%上下,如圖5(a)所示.出射離子由中心的核區(qū)、暈區(qū)的C0原子和暈區(qū)的C-離子構(gòu)成,三部分占比基本保持不變,即核區(qū)(紫色)占比為96.2%,暈區(qū)C0原子(藍(lán)色)占比為2.3%,暈區(qū)C-離子(紅色)的占比為1.5%,如圖5(b).

圖5 16 keV C-入射處于0°傾斜角的錐形管時(shí),相對(duì)透射率(a)和C-,C0 占比(b)的演化情況Fig.5.The evolution of the relatively transmission rate (a)and the fraction of the transmitted particles (b) for 16 keV Ctransmitted through tapered glass capillary at the tilt angle of 0°.

通過(guò)以上對(duì)0°傾斜角的錐形管輸運(yùn)分析可知,出射粒子主要由核區(qū)和暈區(qū)構(gòu)成,暈區(qū)主要由暈區(qū)C0和暈區(qū)C-構(gòu)成.核區(qū)的中心出射角度方向?yàn)?°,是直接從后錐孔中出射,未與內(nèi)壁發(fā)生電荷相互作用,電荷價(jià)態(tài)保持不變,因此主要由C-離子構(gòu)成;暈區(qū)是入射C-與錐形管內(nèi)壁發(fā)生部分電荷相互作用,一部分轉(zhuǎn)變?yōu)镃0,一部分電荷態(tài)保持不變,主要由C-離子和C0原子構(gòu)成.

3.2 16 keV C- 在處于1°傾斜角錐形管中的輸運(yùn)特性

圖6 給出了16 keV C-入射處于1°傾斜角的錐形管時(shí),出射粒子的二維分布譜圖以及在Y軸方向上的投影分布情況,與16 keV C-入射處于0°傾斜角的錐形管的二維分布譜圖相比,16 keV C-入射處于1°傾斜角的錐形玻璃管的出射粒子二維譜圖,沒有出現(xiàn)核區(qū)(core),其出射離子束斑主要由出射C-離子和C0原子構(gòu)成,C-離子和C0原子的中心出射角度為均為1°,即出射粒子中心角度方向沿錐形管中心線方向出射.

圖6 16 keV C-入射處于1°傾斜角的錐形管時(shí),偏轉(zhuǎn)電壓為200 V 時(shí)出射粒子的二維分布譜圖(a)以及在Y 軸方向上的投影分布情況(b).其中紫線表示錐形管傾斜方向,為1°,紅線表 示出射C0在Y 軸中心 出射方 向,藍(lán)線表 示C-在Y 軸中心出射方向Fig.6.The typical two-dimensional spectrum (a) and the projections in the Y-axis direction of the transmitted particles (b) after 16 keV C- transmitted through tapered glass capillary with a tilt angle of 1° with the 200 V defection bias.The purple line indicates the tilt angle of the tapered glass capillary,the red line indicates the center direction of C0 ions,and the blue line indicates the center direction of C- ions.

隨著離子不斷入射,C-中心出射角度始終沿著1.06°左右波動(dòng),C0中心出射角度始終沿著1°左右波動(dòng),即可以認(rèn)為出射粒子的方向與錐形管偏轉(zhuǎn)角度相同,始終沿著錐形管中心線方向出射,如圖7(a)所示.C-和C0的半高寬在0.5 度附近上下波動(dòng),如圖7(b)所示.

圖7 16 keV C-入射處于1°傾斜角的錐形管時(shí),中心出射角度方向(a)和半高寬(b)的演化情況Fig.7.The evolution of the outgoing angle (a) and the FWHM of the transmitted particles (b) for 16 keV C- transmitted through tapered glass capillary at the tilt angle of 1°.

隨著離子的不斷入射,相對(duì)透射率從開始階段的67%迅速增加到100%左右,隨后逐漸減小到70%左右,如圖8(a)所示;出射離子中C-離子的占比基本保持在70%左右波動(dòng),出射離子中C0原子的占比基本保持在30%左右波動(dòng),如圖8(b)所示.

圖8 16 keV C-入射處于1°傾斜角的錐形管時(shí),相對(duì)透射率(a)和C-,C0 占比(b)隨的演化情況Fig.8.The evolution of the relatively transmission rate (a) and the fraction of the transmitted particles (b) for 16 keV C- transmitted through tapered glass capillary at the tilt angle of 0°.

通過(guò)以上對(duì)1°傾斜角錐形管輸運(yùn)過(guò)程分析可知,其與0°傾斜角的錐形管輸運(yùn)特性有很大不同,此時(shí)出射離子主要由C-和C0構(gòu)成,未出現(xiàn)核區(qū).C-和C0出射的中心角度為1°,即粒子中心出射角度方向沿錐形管中心線方向,出射離子中C-離子、C0原子占比基本保持在70%和30%左右.

3.3 16 keV C-在處于不同傾斜角錐形管中的輸運(yùn)特性

本文研究了16 keV C-入射處于0.5°,0.8°,1.2°,1.4°,1.6°,1.8°,2.0°,2.4°,3.0°的錐形管中的輸運(yùn)過(guò)程,獲得出射粒子角度分布、半高寬、相對(duì)透射率和出射粒子占比的演化情況.

當(dāng)錐形管傾斜角度為0°時(shí),出射粒子主要由核區(qū)和暈區(qū)兩部分組成,核區(qū)的中心出射角度為0°;當(dāng)傾斜角度為0.5°和0.8°時(shí),此時(shí)出射粒子主要由核區(qū)的C-離子、C-離子束斑、C0原子束斑等三部分組成,其中核區(qū)的C-離子中心出射角度始終保持在0°附近,即沿入射離子束方向出射,C-離子束斑的中心出射角度分別為0.51°和0.66°,即粒子的中心出射角度沿錐形管中心線方向出射;當(dāng)錐形管傾斜角度大于1°時(shí),離子的中心出射角度隨著傾斜角增加而增加,且粒子的中心出射角度與傾斜角度相同,即粒子的中心出射角度沿錐形管中心線方向出射,且此時(shí)未出現(xiàn)核區(qū),如圖9(a).隨著錐形管的不斷傾斜,出射粒子的半高寬呈現(xiàn)先逐漸增加,后逐漸減小的變化趨勢(shì),如圖9(b)所示.

圖9 16 keV C-入射處于不同傾斜角的錐形管時(shí),中心出射角度方向(a)和半高寬(b)隨傾斜角度演化Fig.9.The evolution of the outgoing angle (a) and the FWHM of the transmitted particles (b) at various tilt angles for 16 keV C- transmitted through tapered glass capillary.

通過(guò)以上在不同傾斜角度的分析,對(duì)于核區(qū)的中心出射角度始終在0°左右,即核區(qū)離子始終沿入射離子束方向出射,而C-,C0的中心出射角度與始終傾斜角相同,粒子的中心出射角度始終沿錐形管中心線方向出射.

當(dāng)錐形管處于0°傾斜角時(shí),將相對(duì)透射率設(shè)置為100%,隨著錐形管不斷傾斜,相對(duì)透射率快速減小,當(dāng)傾斜角度為3°時(shí),相對(duì)透射率僅相當(dāng)于0°傾斜角的5%,如圖10(a)所示.當(dāng)隨著錐形管不斷傾斜,核區(qū)(core)的占比不斷減小并最終消失,C0束斑的占比增加,C-束斑的占比減小,如圖10(b)所示.

圖10 16 keV C- 離子入射處于不同傾斜角的錐形管時(shí),相對(duì)透射率(a)和C-,C0 占比(b)隨錐形管傾斜角度的演化Fig.10.The evolution of the relatively transmission rate (a)and the fraction of the transmitted particles (b) at various tilt angles for 16 keV C- transmitted through tapered glass capillary.

帶電粒子在錐形玻璃管中輸運(yùn)過(guò)程具有聚焦效應(yīng),其聚焦倍數(shù)F定義為出射離子束流密度與入射離子束流密度的比值[14],即

其中No,Ni分別為出射核區(qū)離子和入射離子的計(jì)數(shù)率;So,ro,Si,ri分別為錐形玻璃管出口的面積,出口半徑,入口面積和入口半徑.

當(dāng)16 keV C-入射處于0°傾斜角的錐形管時(shí),入射離子的計(jì)數(shù)率Ni為8367.924/s,出射核區(qū)離子計(jì)數(shù)率No為234.029/s.根據(jù)(1)式可得,其聚焦倍數(shù)F為17.78.當(dāng)錐形管處于0.5°傾斜角時(shí),出射核區(qū)離子計(jì)數(shù)率No為204.028/s,聚焦倍數(shù)F為15.50.當(dāng)錐形管處于0.8°傾斜角時(shí),出射核區(qū)離子計(jì)數(shù)率No為133.450/s,聚焦倍數(shù)F為10.13.當(dāng)錐形管傾斜角度大于1°,由于出射離子中沒有核區(qū)離子,無(wú)法計(jì)算其聚焦倍數(shù).

4 討論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的展示可以看出,低能C-入射處于不同傾斜角度的錐形玻璃管時(shí)其出現(xiàn)的譜圖是不同的,為了更形象地理解16 keV C-在不同傾斜角度的錐形管中的輸運(yùn)機(jī)制,我們引入低能負(fù)離子入射處于傾斜角0°和1°的錐形管時(shí),粒子在錐形管內(nèi)部傳輸過(guò)程的示意圖,如圖11 和圖12 所示.

圖11 16 keV C-入射處于0°傾斜角的錐形管時(shí),入射離子在錐形管中的輸運(yùn)示意圖Fig.11.Simulated trajectories of transmitted particles for 16 keV C- transmitted through tapered glass capillary at the tilt angle of 0°.

圖12 16 keV 的C- 離子入射傾斜角度等于1°的錐形玻璃管時(shí),入射離子在錐形玻璃管中的輸運(yùn)示意圖Fig.12.Simulated trajectories of transmitted particles for 16 keV C- transmitted through tapered glass capillary at the tilt angle of 1°.

當(dāng)錐形管傾斜角度為0°時(shí),一部分C-將入射到錐形管內(nèi)壁上,直接進(jìn)入到內(nèi)表面中,與靶原子發(fā)生相互碰撞,并最終沉積到內(nèi)表面內(nèi)部,如圖11(a)所示.隨著入射C-在錐形管內(nèi)壁電荷沉積,開始逐漸在錐形管內(nèi)壁形成負(fù)電荷斑,從而導(dǎo)致一部分入射的C-在錐形管出口處受到沉積負(fù)電荷斑的作用下,以類平面反射的方式出射,這部分C-未與錐形管內(nèi)壁沉積電荷斑發(fā)生電荷交換,以C-形式出射;一部分入射C-與錐形管內(nèi)壁電荷斑發(fā)生電荷交換,轉(zhuǎn)變?yōu)镃0原子并出射,即為暈區(qū),暈區(qū)主要由暈區(qū)C-和暈區(qū)C0組成,如圖11(b)所示.此時(shí)由于傾斜角度小于錐形玻璃管的錐角,大部分入射的C-可以從后錐孔中出射,即為核區(qū),核區(qū)的C-離子未與錐形玻璃管內(nèi)壁發(fā)生碰撞和電荷相互作用,C-離子保持價(jià)態(tài)不變,即在核區(qū)主要由C-離子組成,如圖11(c)所示.

錐形管傾斜角度為1°時(shí),其輸運(yùn)過(guò)程如圖12所示.由于此時(shí)錐形玻璃管的傾斜角度大于錐形玻璃管的錐角,C-只能與錐形管內(nèi)壁發(fā)生碰撞,而不能從后錐孔中直接出射,即不能出現(xiàn)核區(qū)現(xiàn)象.在離子入射開始階段,C-入射到錐形玻璃管的內(nèi)壁時(shí),發(fā)生碰撞并將負(fù)電荷沉積到錐形管內(nèi)壁,從而形成一系列帶負(fù)電荷的內(nèi)壁沉積電荷斑,隨著內(nèi)壁電荷的不斷沉積,入射離子受到負(fù)電荷斑的排斥作用,入射方向發(fā)生偏轉(zhuǎn),隨后在其他沉積負(fù)電荷斑的共同作用下,使入射離子沿錐形管的后錐孔中出射,并保持電荷價(jià)態(tài)不變,即沿錐形玻璃管的中心線方向出射.同時(shí)由于沉積的負(fù)電荷斑為動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程,一部分C-入射到錐形管內(nèi)壁時(shí)與負(fù)電荷斑發(fā)生電荷交換從而轉(zhuǎn)換成C0,并從錐形管后錐孔出射,但其出射發(fā)散角度較大.隨著傾斜角度增加,入射C-橫向動(dòng)量不斷增加,錐形管內(nèi)壁需要沉積更多的電荷才能夠使C-方向發(fā)生偏轉(zhuǎn),沉積的電荷越多,出射C0原子增加,C-離子減小,相對(duì)透射率減小.即C-在傾斜角大于等于1°的錐形管中輸運(yùn)時(shí),未出現(xiàn)核區(qū),出射粒子沿著錐形玻璃管中心線方向出射,相對(duì)透射率減小,出射粒子中C-離子減小,C0粒子增加,且其出射發(fā)散角度較大,與圖9、圖10 中傾斜角大于等于1°數(shù)據(jù)較為符合.

當(dāng)錐形管傾斜角度處于0°和1°之間時(shí),此時(shí)出射粒子輸運(yùn)特征兼具錐形管傾斜角處于0°的輸運(yùn)特性和錐形管處于大角度傾斜時(shí)的輸運(yùn)特征.此時(shí)錐形管的傾斜角度依舊小于錐形管的錐角,入射的C-仍能夠從錐形管后錐孔中直接出射,但隨著傾斜角度增加,能夠從后錐孔中直接出射C-將逐漸減小,即核區(qū)的中心角度仍在0°附近,但核區(qū)占比不斷減小,此時(shí)與傾斜角處于0°的輸運(yùn)特性一致.對(duì)于部分C-離子將在錐形管內(nèi)壁沉積負(fù)電荷斑的作用下,保持電荷價(jià)態(tài)不變,并從錐形管的中心線方向出射,此時(shí)與處于大角度傾斜時(shí)的輸運(yùn)特征一致.核區(qū)的中心角度仍在0°,即沿離子入射方向出射,C-離子和C0原子出射中心方向沿著錐形玻璃管中心線方向,核區(qū)占比減小,相對(duì)透射率減小,與圖9、圖10 中傾斜角度處于0°和1°之間的數(shù)據(jù)較為符合.

因此對(duì)于16 keV C-離子入射處于不同傾斜角度錐形玻璃管時(shí),其輸運(yùn)特性是不完全相同的.當(dāng)傾斜角度為0°時(shí),出射離子由核區(qū)、暈區(qū)C-、暈區(qū)C0原子構(gòu)成;當(dāng)傾斜角度大于等于1°時(shí),出射離子主要由C-,C0構(gòu)成,未出現(xiàn)核區(qū).核區(qū)中心出射角度始終沿離子束流入射方向,與錐形管傾斜角度無(wú)關(guān),C-離子、C0原子出射中心角度始終沿錐形管的中心線方向.隨著錐形管不斷傾斜,C0原子不斷增加,C-離子不斷減小.

5 結(jié)論

本文研究了16 keV 的C-入射處于不同傾斜角度的錐形管中輸運(yùn)過(guò)程,并對(duì)處于不同傾斜角度的錐形管進(jìn)行定性分析.當(dāng)傾斜角度為0°時(shí),出射離子主要由核區(qū)、暈區(qū)C-、暈區(qū)C0構(gòu)成,核區(qū)離子能夠從后錐孔中直接出射,而未與錐形管內(nèi)壁發(fā)生電荷交換,保持價(jià)態(tài)不變,主要由C-離子組成;暈區(qū)是入射離子與錐形管內(nèi)壁發(fā)生電荷交換,由C-離子和C0原子構(gòu)成.當(dāng)傾斜角度等于1°時(shí),出射離子主要由C-,C0構(gòu)成,未出現(xiàn)核區(qū).出射的C-離子中心角度為錐形管的中心線方向,主要是由于入射的C-在錐形管內(nèi)壁沉積的負(fù)電荷的導(dǎo)向作用下,使出射C-離子沿錐形玻璃管中心線方向出射.隨著錐形管不斷傾斜,C0不斷增加,C-不斷減小.錐形管對(duì)入射負(fù)離子有聚焦效應(yīng),聚焦倍數(shù)為17.78.