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加速器-电镜联机装置及其应用研究

黎明  何俊  杨铮  周霖  刘传胜  郭立平  蒋昌忠  杨世柏  刘家瑞  J.C.Lee  付德君  范湘军  
【摘要】:在武汉大学建立了我国首台加速器—电镜联机装置,该装置由美国GIC 2×1.7MV串列加速器、国产200kV离子注入机和日立H800型透射电镜组成,经自行设计的离子传输管道进行了联机实验,离子传输系统用LEADS软件进行了光路优化。来自串列加速器的离子束经开关磁铁后直接进入联机离子光路;来自离子注入机的离子束经90°磁偏转、磁四极透镜聚焦进入联机光路,直至电镜样品。用离子注入机进行了气体离子引入电镜及单晶Si、GaAs、Ag纳米晶和超临界反应堆材料(C276和6XN)的离子注入辐照实验。束流调试表明,115keV氮离子在电镜入口测得束流强度达180nA,电镜样品可在倾斜52°条件下进行离子辐照。加速器、离子注入机、透射电镜即可独立运行,互不影响,也可联机运行,满足注入样品原位观测微结构变化的要求。对单晶Si和Ag纳米晶样品的离子注入的原位结构观测结果表明,样品在注入至一定剂量时发生明显的多晶和非晶化,单晶Si出现非晶化的临界剂量在10~(14)cm~(-2)。C276材料经1×10~(15)cm~(-2)的Ar离子辐照后,产生尺寸3~12nm的位错环,其密度随剂量的提高而增大,至5×10~(15)cm~(-2)出现多晶,剂量超过3×10~(16)cm~(-2)出现非晶化。在加速器-电镜联机光路上安装有在线RBS靶室,用对离子束辐照的材料进行元素成分和晶格定位测试。在靠近电镜端安装有50kV低能离子源,用于开展核材料中氦泡形成过程的原位观测。

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