Анализ ядерных реакций

Анализ ядерных реакций (NRA) — это ядерный метод ядерной спектроскопии в материаловедении, позволяющий получить распределение концентрации по глубине для определенных целевых химических элементов в твердой тонкой пленке. ^[1]

Механизм НРА

При облучении избранными ядрами- снарядами с кинетическими энергиями E _kin целевые твердые тонкопленочные химические элементы могут подвергаться ядерной реакции в резонансных условиях для четко определенной резонансной энергии. Продуктом реакции обычно является ядро в возбужденном состоянии, которое сразу же распадается, испуская ионизирующее излучение .

начальную кинетическую энергию ядра-снаряда (которая должна превышать резонансную энергию) и его тормозную способность Чтобы получить информацию о глубине , необходимо знать (потери энергии на пройденное расстояние) в образце. Чтобы внести свой вклад в ядерную реакцию, ядра-снаряды должны замедлиться в образце, чтобы достичь резонансной энергии. Таким образом, каждая начальная кинетическая энергия соответствует глубине образца, на которой происходит реакция (чем выше энергия, тем глубже реакция).

Профилирование водорода НРА

Например, широко используемая реакция для профилирования водорода с энергетической энергией ¹⁵Пучок ионов N

¹⁵Н + ¹Ч → ¹²C + α + γ (4,43 МэВ) ^[2]

с резким резонансом в сечении реакции при 6,385 МэВ всего 1,8 кэВ. ^[3] С момента инцидента ¹⁵Ион N теряет энергию на своем пути в материале. Он должен иметь энергию выше, чем энергия резонанса, чтобы вызвать ядерную реакцию с ядрами водорода глубже в мишени.

Эту реакцию обычно записывают ¹ЧАС( ¹⁵Н,аг) ¹²С. ^[4] Он неупругий , поскольку значение Q не равно нулю (в данном случае оно составляет 4,965 МэВ). Реакции резерфордовского обратного рассеяния (RBS) являются упругими (Q = 0), а сечение взаимодействия (рассеяния) σ определяется знаменитой формулой, выведенной лордом Резерфордом в 1911 году. Но не -резерфордовские сечения (так называемые EBS , упругие спектрометрия обратного рассеяния ) может быть и резонансной: например, ¹⁶О (а, а) ¹⁶Реакция O имеет сильный и очень полезный резонанс при 3038,1 ± 1,3 кэВ. ^[5]

В ¹ЧАС( ¹⁵Н,аг) ¹²C-реакция (или даже реакция ¹⁵Н(р,α) ¹²C обратная реакция ) энергичный испускаемый γ-луч является характеристикой реакции, и количество, которое обнаруживается при любой падающей энергии, пропорционально концентрации водорода на соответствующей глубине в образце. Из-за узкого пика в сечении реакции в ядерную реакцию вступают в первую очередь ионы резонансной энергии. Таким образом, информацию о распределении водорода можно напрямую получить, варьируя ¹⁵Энергия падающего пучка N.

Водород — элемент, недоступный для резерфордовской спектрометрии обратного рассеяния , поскольку ничто не может обратно рассеиваться от H (поскольку все атомы тяжелее водорода!). Но это часто анализируется с помощью обнаружения упругой отдачи .

Нерезонансный НРА

НРА можно использовать и нерезонансно (конечно, RBS нерезонансно). Например, дейтерий можно легко профилировать с помощью ³Он излучает свет, не изменяя падающую энергию, используя

³He + D = α + p + 18,353 МэВ

реакция, обычно пишется ²ЧАС( ³Он,р)α. Энергия регистрируемого быстрого протона зависит от глубины расположения атома дейтерия в образце. ^[6]

См. также

Спектрометрия резерфордовского обратного рассеяния (RBS)

Ссылки

^ Брандл, К. Ричард; Эванс-младший, Чарльз А.; Уилсон, Шон (1992). Энциклопедия характеристики материалов: поверхности, границы раздела, тонкие пленки . стр. 680–694.
^ Айзенберг-Селове, Ф. (1 января 1990 г.). «Энергетические уровни легких ядер А = 11-12». Ядерная физика А . 506 (1): 1–158. Бибкод : 1990НуФА.506....1А . дои : 10.1016/0375-9474(90)90271-М . ISSN 0375-9474 .
^ Уайльд, Маркус; Фукутани, Кацуюки (1 декабря 2014 г.). «Обнаружение водорода вблизи поверхностей и неглубоких границ раздела с помощью анализа резонансных ядерных реакций» . Отчеты о поверхностной науке . 69 (4): 196–295. Бибкод : 2014SurSR..69..196W . дои : 10.1016/j.surfrep.2014.08.002 . ISSN 0167-5729 .
^ «Т1 — Тандемная лаборатория — Уппсальский университет, Швеция» .
^ Коло, JL; Терванье, Г.; Джейнс, К. (2015). «О прослеживаемой калибровке напряжения электростатических ускорителей» (PDF) . Ядерные приборы и методы Б . 349 : 173–183. Бибкод : 2015НИМПБ.349..173С . дои : 10.1016/j.nimb.2015.02.048 .
^ Пейн, РС; Клаф, А.С.; Мерфи, П.; Миллс, П.Дж. (1989). «Использование реакции d(3He,p)4He для изучения диффузии полимеров в расплавах полимеров». Ядерные приборы и методы Б . 42 (1): 130–134. Бибкод : 1989НИМПБ..42..130П . дои : 10.1016/0168-583X(89)90018-9 .

Внешние ссылки

Подробная информация о многих известных реакциях размещена МАГАТЭ по адресу http://www-nds.iaea.org/ibandl/ .
Энергию, выделяемую в ядерных реакциях («значение Q»), можно легко рассчитать (по формуле E = mc ²): см. http://nucleardata.nuclear.lu.se/database/masses/ .
НРА в Микроаналитическом центре JSI в Любляне, Словения

[brundle_Encycl-1] Брандл, К. Ричард; Эванс-младший, Чарльз А.; Уилсон, Шон (1992). Энциклопедия характеристики материалов: поверхности, границы раздела, тонкие пленки . стр. 680–694.

[2] Айзенберг-Селове, Ф. (1 января 1990 г.). «Энергетические уровни легких ядер А = 11-12». Ядерная физика А . 506 (1): 1–158. Бибкод : 1990НуФА.506....1А . дои : 10.1016/0375-9474(90)90271-М . ISSN 0375-9474 .

[3] Уайльд, Маркус; Фукутани, Кацуюки (1 декабря 2014 г.). «Обнаружение водорода вблизи поверхностей и неглубоких границ раздела с помощью анализа резонансных ядерных реакций» . Отчеты о поверхностной науке . 69 (4): 196–295. Бибкод : 2014SurSR..69..196W . дои : 10.1016/j.surfrep.2014.08.002 . ISSN 0167-5729 .

[4] «Т1 — Тандемная лаборатория — Уппсальский университет, Швеция» .

[5] Коло, JL; Терванье, Г.; Джейнс, К. (2015). «О прослеживаемой калибровке напряжения электростатических ускорителей» (PDF) . Ядерные приборы и методы Б . 349 : 173–183. Бибкод : 2015НИМПБ.349..173С . дои : 10.1016/j.nimb.2015.02.048 .

[6] Пейн, РС; Клаф, А.С.; Мерфи, П.; Миллс, П.Дж. (1989). «Использование реакции d(3He,p)4He для изучения диффузии полимеров в расплавах полимеров». Ядерные приборы и методы Б . 42 (1): 130–134. Бибкод : 1989НИМПБ..42..130П . дои : 10.1016/0168-583X(89)90018-9 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]