第11章卢瑟福背散射分析.pdfVIP

RBS RBS 卢瑟福背散射分析（RRBBSS）实验 吴玉龙 核科学与技术学院 201121220011 一、实验目的 1. 了解RBS 分析原理，认识实验装置 2. 通过对选定的样品进行分析实验，初步掌握RBS 分析方法，谱图分析及相关的应用 二、实验装置 RBS 实验装置主要由四部分组成： 1. 加速器（一定能量离子束的的产生装置） 2. 靶室（离子散射和探测的地方） 3. 背散射离子的探测和能量分析装置 4. 放射源RBS 三、实验原理 背散射分析就是在一束单能的质子、(粒子或其他重离子束轰击固体表面时,通过探测卢 瑟福背散射（弹性、散射角大于90度）离子的能量分布（能谱）和产额确定样品中元素的 种类（质量数）、含量及深度分布。当入射离子能量远大于靶中原子的结合能(约10ev量级)， 并低于与靶原子发生核反应的能量(一般100kev E 1Mev)时，离子在固体中沿直线运动， 入射离子主要通过与电子相互作用而损失能量，直到与原子核发生库仑碰撞被散射后又沿直 线回到表面。在这个背散射过程中包含四个基本物理概念。它们是：两体弹性碰撞的运动学 因子K、微分散射截面、固体的阻止截面、能量歧离，这四个基本概念是背散射分析的理论 基础和应用的出发点也是限制其应用的最终因素。 1）运动学因子和质量分辨率 运动学因子K=E /E ，其中E 是入射粒子能量，E 是散射粒子能量。由于库仑散射是弹 1 0 0 1 性散射，则根据动量守恒和能量守恒可得， 1 2 1 ⎡⎛ ⎛ msinθ ⎞2 ⎞ 2 mcosθ ⎤ ⎢⎜1− ⎜ ⎟ ⎟ + ⎥ E ⎢⎜ ⎝ M ⎠ ⎟ M ⎥ 1 ⎝ ⎠ K = = ⎢ ⎥ E m 0 ⎢ 1+ ⎥ ⎢ M ⎥ ⎣ ⎦ 由运动学因子公式可以看出：当入射离子种类（m），能量（E ）和探测角度（θ）一 0 定时，E 与M成单值函数关系。所以，通过测量一定角度散射离子的能量就可以确定靶原 1 子的质量数M。这就是背散射定性分析靶元素种类的基本原理。 质量分辨率ΔM定义 dM dM ∆E dK −1 ∆M = •∆E = •∆E = 1 ( ) dE 1 d(KE) 1 E dM 1 0 0 δE dK −1