【基金標(biāo)書】2010CB832900-高能離子束與物質(zhì)相互作用的微觀機(jī)理研究
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項(xiàng)目名稱: 高能離子束與物質(zhì)相互作用的微觀機(jī)理研究首席科學(xué)家: 肖國青 中國科學(xué)院近代物理研究所起止年限: 2010年 1月-2014 年 8月依托部門: 中國科學(xué)院一、研究內(nèi)容本項(xiàng)目的核心是通過建立和強(qiáng)化特殊現(xiàn)象效應(yīng)與實(shí)驗(yàn)條件的聯(lián)系,充分發(fā)現(xiàn)和利用不同物質(zhì)中離子束的行為與新現(xiàn)象,揭示離子束與物質(zhì)相互作用的本質(zhì),為離子束及其相關(guān)技術(shù) 在新型能源、特殊材料、先 進(jìn)信息等科學(xué)領(lǐng)域的重大應(yīng)用提供科學(xué)支撐。擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題和主要研究內(nèi)容如下:科學(xué)問題一:離子束強(qiáng)激發(fā)產(chǎn)生高能量密度物質(zhì)的機(jī)理 特殊離子束在物質(zhì)中的能量和質(zhì)量沉積模式;高能、高電荷態(tài)離子與物質(zhì)作用過程中電荷態(tài)的瞬變行為;離子束瞬間高密度能量沉積引起的瞬間輻射現(xiàn)象和過程、物 質(zhì)微結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變 化及其探測(cè)。主要研究內(nèi)容:(1)高電荷態(tài)重離子束與不同復(fù)雜物質(zhì)體系(固體、稠密等離子體、納米結(jié)構(gòu)或薄膜等)相互作用規(guī)律,以及物質(zhì)的結(jié)構(gòu)效應(yīng)、尺度效應(yīng)、集體效 應(yīng)對(duì)重離子電荷態(tài)、能量沉積及靶物質(zhì)電離與激發(fā)過程的影響。(2)物質(zhì)中強(qiáng)流離子束能量和質(zhì)量沉積的多粒子輸運(yùn)過程及非線性效應(yīng)理論和微觀模型。(3)離子束強(qiáng)激發(fā)產(chǎn)生的高能量密度狀態(tài)物質(zhì)以及瞬間輻射現(xiàn)象和過程、物質(zhì)微結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化;離子束轟擊產(chǎn)生瞬時(shí)激勵(lì)信號(hào)的探測(cè)和實(shí)驗(yàn)方法。(4)特殊粒子束與復(fù)雜物質(zhì)相互作用理論模型與計(jì)算機(jī)模擬,開發(fā)出離子束在不同物質(zhì)體系中能量沉積和輸運(yùn)過程的模擬軟件??茖W(xué)問題二:強(qiáng)離子輻照?qǐng)鱿碌奈镔|(zhì)結(jié)構(gòu)損傷離子輻照?qǐng)鱿氯毕莸漠a(chǎn)生及其演化規(guī)律;強(qiáng)離子輻照?qǐng)鱿虏牧辖Y(jié)構(gòu)和性能演化機(jī)理;從原子尺度離子輻照缺陷的產(chǎn)生到宏觀尺度物質(zhì)結(jié)構(gòu)損傷過程的建模與離子輻照損傷的多尺度模擬計(jì)算;離子輻照損傷探測(cè)新技術(shù)與方法。主要研究內(nèi)容:(1)離子輻照初級(jí)產(chǎn)生的缺陷,原子尺度上的缺陷行為,缺陷與缺陷、晶粒、晶界/界面區(qū)域等結(jié)構(gòu)的相互作用機(jī)制。(2)強(qiáng)離子輻照損傷水平條件下,材料結(jié)構(gòu)演變新現(xiàn)象以及強(qiáng)輻照損傷引起材料結(jié)構(gòu)和性能演化的機(jī)理。(3)不同載能離子/粒子輻照損傷的等價(jià)關(guān)系, 環(huán)境因素(如溫度、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等)對(duì)輻照損傷效應(yīng)的影響。(4)探索從原子、介觀到宏觀尺度的離子輻照損傷演化過程以及相關(guān)物理模型之間的有機(jī)聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)離子輻照損傷過程的多尺度的模擬計(jì)算,發(fā)展微納尺度離子輻照損傷探測(cè)新技術(shù)與方法。科學(xué)問題三:載能離子誘導(dǎo)微納結(jié)構(gòu)演變及其控制微納結(jié)構(gòu)物質(zhì)的載能離子輻照效應(yīng)規(guī)律;載能離子與微納物質(zhì)結(jié)構(gòu)體的相互作用機(jī)制;離子束誘導(dǎo)復(fù)雜物質(zhì)結(jié)構(gòu)體微觀結(jié)構(gòu)演變/ 相變機(jī)制與固體納米結(jié)構(gòu)的形成理論;納米結(jié)構(gòu)的晶格定向演化、精確摻雜以及結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)控原理;固態(tài)相變計(jì)算機(jī)模擬及多尺度模型。主要研究內(nèi)容:(1)載能離子引起的納米材料的結(jié)構(gòu)演變;微納結(jié)構(gòu)物質(zhì)的載能離子輻照效應(yīng)理論模型。(2)載能離子作用下固體納米結(jié)構(gòu)的形成過程、機(jī)制與性能;建立固態(tài)相變計(jì)算機(jī)模擬及多尺度模型。 (3)特殊離子束處理與納米結(jié)構(gòu)的晶格定向演化、精確摻雜以及結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)控機(jī)理;構(gòu)建載能離子作用下固體納米結(jié)構(gòu)的形成理論。(4)新型微納結(jié)構(gòu)的載能離子束制備,特別是尺度為幾nm-- 幾十nm 的結(jié)構(gòu)的控制和制備。二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo): 本項(xiàng)目將重點(diǎn)依托國家大科學(xué)工程-蘭州重離子加速器,聯(lián)合國內(nèi)優(yōu)勢(shì)力量,針對(duì)載 能離子束與物質(zhì) 相互作用,特 別是微觀機(jī)理研究中尚未解決的重大科學(xué)問題, 在三個(gè)方面開展多 層次的綜合研究:1)離子束強(qiáng)激發(fā)產(chǎn)生高能量密度物質(zhì)的機(jī)理;2)強(qiáng)離子輻照?qǐng)鱿碌奈镔|(zhì)結(jié)構(gòu)損傷;3)載能離子誘導(dǎo)微納結(jié)構(gòu)演變及其控制。研究課題將突出科學(xué) 問題的原創(chuàng)性,促 進(jìn)與技 術(shù)創(chuàng)新的結(jié)合。通過本項(xiàng)目研究,揭示極端條件下離子束與物質(zhì)相互作用微觀物理機(jī)制,建立描述相關(guān)過程的科學(xué)理論和方法,使人們明晰如何實(shí)現(xiàn)離子束技術(shù)應(yīng)用的新原理、新方法,對(duì)離子束與物質(zhì)相互作用的認(rèn)識(shí)上一個(gè)臺(tái)階。力爭(zhēng)在 實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面取得標(biāo)志性的成果, 培養(yǎng)一批從事相關(guān)領(lǐng)域研究的優(yōu)秀人才,使我國離子束與物質(zhì)相互作用研究整體上進(jìn)入國際先進(jìn)行列,占有重要的一席之地,為我國新型材料技術(shù)發(fā)展、信息和 新能源科學(xué)等國民經(jīng)濟(jì)和國家安全領(lǐng)域的重大需求奠定必要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),提供必要的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)證據(jù)。五年預(yù)期目標(biāo): (1)高能高電荷態(tài)離子引起物質(zhì)強(qiáng)電離激發(fā)過程研究:建立高能高電荷態(tài)離子與靶原子相互作用的微觀模型及實(shí)驗(yàn)探測(cè)方法,研究高能高電荷態(tài)離子在物質(zhì)中電荷態(tài)的瞬變規(guī)律、能量沉積和輸運(yùn)過程,以及靶物質(zhì)的電離和激化過程,為重離子束驅(qū)動(dòng)聚變技術(shù)、離子束微 納制造技術(shù)及離子束輻照材料改性技術(shù)提供必要的理論支撐,并為這些技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供可能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)的理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。(2)瞬間高密度能量沉積引起的物態(tài)演化規(guī)律:利用蘭州重離子加速器等提供的強(qiáng)離子束,實(shí)驗(yàn)研究離子束瞬間高密度能量沉積在固體中引起的效應(yīng)的產(chǎn)生過程,揭示離子瞬間高密度能量沉積引起的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化規(guī)律;探究離子聲學(xué)以及其它瞬間輻射等特殊物理現(xiàn)象;建立高能高密度離子束激勵(lì)產(chǎn)生的瞬時(shí)信號(hào)的探測(cè)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法;為國家在先進(jìn)能源、國防、新材料技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域中的一些重大需求提供必要的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(3)微納尺度離子輻照損傷過程研究:緊密結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和從頭計(jì)算方法,建立不同能量下、不同電荷態(tài)重離子和其它射線與分子、團(tuán)簇等微納尺度物質(zhì)相互作用的微觀動(dòng)力學(xué)模型;探索離子輻照初級(jí)產(chǎn)生的缺陷,原子尺度上的缺陷行為,缺陷與缺陷、晶粒、晶界/界面區(qū)域等結(jié)構(gòu)的相互作用機(jī)制;建立微納尺度離子輻照損傷演化模型以及模擬計(jì)算程序;建立原子和分子尺度的離子輻照損傷探測(cè)新技術(shù)與方法。(4)強(qiáng)離子輻照引起材料損傷研究:揭示強(qiáng)離子輻照損傷水平條件下材料結(jié)構(gòu)和性能演化的機(jī)理;揭示環(huán)境因素對(duì)材料,特別是核材料輻照損傷效應(yīng)的影響,不同種類粒子輻照效應(yīng)的特點(diǎn)、差異、相互之間 的聯(lián)系,建立不同載能粒子輻照損傷之間的等價(jià)關(guān)系,提供確認(rèn)材料輻照損傷行為極限特性和達(dá)到改善性能的方法;實(shí)現(xiàn)從原子、介觀到到宏觀尺度的離子輻照損傷演化過程的多尺度計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算,包括 ab initio,MD,KMC 等對(duì)典型微觀/介觀結(jié)構(gòu)樣品的模擬方法以及各種模擬技術(shù)之間的銜接方法,為設(shè)計(jì)在裂變/聚變堆等極端環(huán) 境下應(yīng)用的抗強(qiáng)輻射材料提供參考依據(jù)。(5)離子束誘導(dǎo)微納物質(zhì)相變機(jī)制研究:揭示載能離子作用下微納物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性能及其控制規(guī)律;揭示粒子束與微納物質(zhì)作用過程及誘導(dǎo)相變機(jī)制;詮釋粒子束作用下微納材料中的一些新現(xiàn)象、新規(guī)律和新性能,獲得具有特殊性能的新型材料。建立載能離子作用下,固體納米結(jié)構(gòu)的形成理論和復(fù)合金屬體系中固態(tài)相變的多尺度模型。(6)微納結(jié)構(gòu)的載能離子制備、調(diào)控及其機(jī)理:揭示載能離子束驅(qū)動(dòng)可控構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)的機(jī)制,為粒子束調(diào)控、合成 納米結(jié)構(gòu)新材料特別是半導(dǎo)體材料和光電功能材料提供理論依據(jù);揭示不同劑量離子注入在不同半導(dǎo)體材料中形成納米尺度新結(jié)構(gòu)、新材料的物理機(jī)制;建立利用離子束在納米尺度內(nèi)對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確調(diào)控的技術(shù)工藝方法,推動(dòng)離子束技術(shù)在改進(jìn)材料與新器件結(jié)構(gòu)制備中的應(yīng)用。(7)研究成果將發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文 300 篇以上,出版專著 1-3 部,申請(qǐng)國家發(fā)明專利 15 項(xiàng)以上;培養(yǎng)碩士和博士研究生 100 名以上,鑄就一支高水平的具有創(chuàng)新與攻堅(jiān)能力的研究隊(duì)伍,形成若干個(gè)優(yōu)秀創(chuàng)新群體;建設(shè)本領(lǐng)域高水平的基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新基地;提高在國際學(xué)術(shù)界的地位和活躍程度,進(jìn)一步提升在國際合作中的地位。三、研究方案學(xué)術(shù)思路:面向國家重大需求,牽引離子束與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)研究:本項(xiàng)目將從重離子束驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變相關(guān)高能量密度物理、新一代核能系統(tǒng)材料評(píng)價(jià)篩選、微納結(jié)構(gòu)精確調(diào)控、新型微 納結(jié)構(gòu)的制備與調(diào)控等重大需求出發(fā),針對(duì)所需的特殊離子束和實(shí)驗(yàn)技術(shù),來開展 離子束與物質(zhì)相互作用的基礎(chǔ)研究工作,重點(diǎn)探索特殊離子束作用下的新物理效應(yīng)與現(xiàn)象,建立利用離子束快速評(píng)價(jià)核能材料的標(biāo)準(zhǔn),尋 找微納結(jié)構(gòu)的離子束精確調(diào)控途徑, 滿足未來先進(jìn)離子束技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的需求。通過學(xué)科互補(bǔ),突破離子束技術(shù)應(yīng)用:本項(xiàng)目涉及載能離子物理學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)、原子物理學(xué)、光電子學(xué)、材料科學(xué)以及高能量密度物理、計(jì)算物理等學(xué)科。本項(xiàng) 目涉及的研究內(nèi)容在 單一學(xué)科的框架下很難解決,必須組織跨學(xué)科的隊(duì)伍,通過 學(xué)科交叉來解決問題 。為此,本項(xiàng)目從學(xué)科交叉的角度出 發(fā),聯(lián)合了國內(nèi)的優(yōu)勢(shì)單位組成了跨學(xué)科的研究團(tuán)隊(duì),圍繞同一個(gè)目標(biāo)來攻克離子束與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)研究以及應(yīng)用中的關(guān)鍵科學(xué)問題。技術(shù)路線:本項(xiàng)目以解決離子束與物質(zhì)相互作用的關(guān)鍵科學(xué)問題為目標(biāo),理論、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬三者相結(jié)合,獲取基本數(shù)據(jù),從不同層面描述離子束與物質(zhì)相互作用的現(xiàn)象和規(guī)律,揭示相關(guān)物理過程微觀機(jī)理, 發(fā)展和建立比較完善的離子束與物質(zhì)相互作用的理論,為我國未來先進(jìn)離子束技術(shù)的發(fā)展提供基礎(chǔ)理論支撐。四、年度計(jì)劃第一年(1)改造及完善 HIRFL-CSR 等離子束裝置上的在束離子 輻照實(shí)驗(yàn)條件,包括:離子束瞬間高密度能量沉積激勵(lì)產(chǎn)生的瞬時(shí)輻射探測(cè)以及應(yīng)力波傳播、離子聲學(xué)等超快過程的在線實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng),高電荷態(tài)離子在表面碰撞過程的實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng),低溫至高溫條件下離子輻照靶室系統(tǒng)的控制及在線光學(xué)檢測(cè)等,電子學(xué)插件、數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)以及技術(shù)支撐條件。(2)利用高能高電荷態(tài)重離子和脈沖重離子等束流,實(shí)驗(yàn)研究離子束在凝聚態(tài)物質(zhì)中的能量沉積和輸運(yùn)過程,固體材料的局域損傷、狀態(tài)變化及結(jié)構(gòu)相變現(xiàn)象,以及離子束流參數(shù)對(duì)它們的影響;基于 ab initio 等計(jì)算方法、半經(jīng)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),開展初步的瞬間高密度能量沉積引起物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)演化的計(jì)算機(jī)模擬研究。(3)建立探測(cè)建立高電荷態(tài)離子與表面原子的碰撞模型、高能離子與凝聚態(tài)物質(zhì)和稠密等離子體相互作用的理論模型,高能重離子與微納尺度物質(zhì)原子的作用中,與靶原子核發(fā)生反應(yīng)的微觀輸運(yùn)理論模型等,并著手編制計(jì)算機(jī)模擬程序。(4)改造和完善全 γ 輻射測(cè) 量技術(shù)(TGRM),并利用該技術(shù)完成鐵的快中子激發(fā)全 γ 輻射測(cè)量和數(shù)據(jù)分析,提取鐵的(n,p)、 (n,a)反應(yīng)的截面數(shù)據(jù)。(5)利用加速器提供離子束流輻照低放射活性合金、納米材料/復(fù)合材料、ODS 等材料,研究較大輻照位移損傷條件下,材料微觀結(jié)構(gòu)的變化;構(gòu)建低放射性合金(主要是晶界部分)、納米多層膜及微納顆粒樣品模型,開始用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬離子輻照下上述模型材料中缺陷的擴(kuò)散與遷移,以及晶界對(duì)缺陷吸收等。(6)研究荷能離子作用下具有特殊性能的碳基新型準(zhǔn)一維納米材料形成,探索離子在準(zhǔn)一維碳納米管中的能量、質(zhì)量傳輸過程,碳納米結(jié)構(gòu)的損傷與組織演變及其規(guī)律及控制。(7)利用離子束注入/輻照材料缺陷工程技術(shù),研究缺陷控制和材料結(jié)構(gòu)調(diào)制,探索新型半導(dǎo)體新材料合成和光電功能材料光波導(dǎo)制備的機(jī)理。第二年(1)完成上年度提出的離子輻照實(shí)驗(yàn)條件和技術(shù)支撐條件改進(jìn)與完善目標(biāo)。(2)利用高能高電荷態(tài)重離子和脈沖重離子等束流,繼續(xù)進(jìn)行離子束在凝聚態(tài)物質(zhì)中的能量沉積和輸運(yùn)過程,固體材料的局域損傷、狀態(tài)變化及結(jié)構(gòu)相變現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)研究;開展離子束瞬間高密度能量沉積激勵(lì)在凝聚態(tài)物質(zhì)中產(chǎn)生的瞬時(shí)應(yīng)力波及其傳播行為、離子聲學(xué)等的第一輪在線實(shí)驗(yàn)研究。(3)開展高電荷態(tài)離子在表面的碰撞過程實(shí)驗(yàn)研究,確定入射離子的種類、入射能量和角度、表面原子種類對(duì)電離、激 發(fā)截面的影響;完善高電荷態(tài)離子與表面碰撞的 MC 模擬程序。(4)開展高能重離子束與氣體放電等離子體相互作用,特別是離子束在等離子體中的能損及其電荷態(tài)效應(yīng)的研究;完善模擬高能離子在稠密等離子體中傳輸過程的二維 PIC/MC 數(shù)值模擬程序,初步研究非線性動(dòng)力學(xué)極化效應(yīng)對(duì)重離子能量沉積的影響,并與線性理論進(jìn)行比較。(5)初步建立不同電荷態(tài)離子輻照下,原子、分子以及微納尺度物質(zhì)多電子發(fā)射理論模型、電子離子關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)理論模型。(6)利用 TGRM 技術(shù)完成鈷核素的快中子激發(fā)全 γ 輻射測(cè)量和數(shù)據(jù)分析,提取鈷的快中子(n,p)、 (n,a)截面數(shù)據(jù)。同時(shí)開始鐵、 鈷材料在快中子 輻照下的氫/氦脆化效應(yīng)研究。(7)利用強(qiáng)離子輻照典型納米結(jié)構(gòu)樣品及納米顆粒鑲嵌(如 ODS)樣品,研究材料中晶粒、晶界/界面區(qū)域等微 觀/介觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和隨輻照劑量(或 dpa)、溫度等條件的演化過程,并觀測(cè)輻照前后上述材料的微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)等物性變化;繼續(xù)輻照缺陷的擴(kuò)散與遷移,以及晶界對(duì)缺陷吸收的分子動(dòng)力學(xué)模擬,探索多尺度模擬計(jì)算方法。(8)研究荷能離子束驅(qū)動(dòng)相變的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)理及小體系中與生長相關(guān)的熱力學(xué)和表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué),系統(tǒng)探索離子束驅(qū)動(dòng)納米材料的結(jié)構(gòu)演變及其對(duì)材料的宏觀性能的影響規(guī)律;利用微結(jié)構(gòu)分析和多尺度模擬計(jì)算方法,進(jìn)行離子束誘導(dǎo)固態(tài)相變過程及其機(jī)理研究,探索荷能粒子作用下微納結(jié)構(gòu)物質(zhì)的輻照損傷理論模型、固體納米結(jié)構(gòu)的形成理論。(9)準(zhǔn)備項(xiàng)目中期評(píng)估。第三年(1)完成項(xiàng)目中期評(píng)估,并根據(jù)評(píng)估意見適當(dāng)調(diào)整研究計(jì)劃。(2)在前兩年工作的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案,繼續(xù)進(jìn)行高電荷態(tài)離子在表面的碰撞過程和高能高電荷態(tài)重離子束流與氣體放電等離子體相互作用的補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)研究。模擬高能離子在稠密等離子體中傳輸過程,系統(tǒng)地分析等離子體狀態(tài)參數(shù)(密度、溫度、粒子的種類等)及入射離子的參數(shù)(入射速度、入射角度)對(duì)極化過程及能量沉積的影響;模擬高能離子與微納結(jié)構(gòu)物質(zhì)體系的相互作用過程,系統(tǒng)分析體系的結(jié)構(gòu)效應(yīng)(或尺度效應(yīng))對(duì)電激發(fā)過程及能量沉積的影響。(3)利用高能高電荷態(tài)重離子和脈沖重離子等束流,開展離子束瞬間高密度能量沉積在固體中產(chǎn)生的瞬時(shí)輻射和粒子發(fā)射現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)研究;繼續(xù)進(jìn)行離子束在凝聚態(tài)物質(zhì)中的能量沉積和輸運(yùn)過程,固體材料的局域損傷、狀態(tài)變化及結(jié)構(gòu)相變現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)研究,瞬間高密度能量沉積激勵(lì)在凝聚態(tài)物質(zhì)中產(chǎn)生的瞬時(shí)應(yīng)力波及其傳播行為、離子聲學(xué)等的實(shí)驗(yàn)研究,與已有的理論進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比,嘗試建立沉積能量密度與物質(zhì)狀態(tài)的關(guān)系。(4)利用 TGRM 技術(shù)完成鈮核素的快中子激發(fā)全 γ 輻射測(cè)量和數(shù)據(jù)分析,進(jìn)行鐵、鈷、鈮材料在快中子輻照下的氫/氦脆化效應(yīng)研究。(5)完成聚合物輻照樣品的太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量研究工作,提取離子徑跡在太赫茲波段和紫外可見波段的電光學(xué)性質(zhì),與常規(guī)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。(6)開展磁場(chǎng)與電場(chǎng)環(huán)境下的高能重離子輻照實(shí)驗(yàn),研究電、磁場(chǎng)環(huán)境下離子輻照損傷與材料,特別是核材料物性的關(guān)系;開展強(qiáng)流 He 離子及重離子輻照條件下材料中氦泡的形成與高 dpa 輻照損傷的關(guān)系研究;利用 MD 的方法,模擬研究照缺陷的擴(kuò)散與遷移、晶界對(duì)缺陷吸收與晶粒/晶界的微觀結(jié)構(gòu)關(guān)系。(7)研究高溫 H 等離子體作用下碳納米管的結(jié)構(gòu)演 變過程和變化規(guī)律;研究碳基準(zhǔn)一維類金剛石和金剛石納米材料的結(jié)構(gòu)演變對(duì)材料的光電特性的影響。(8)探索快重離子輻照材料中光波導(dǎo)形成機(jī)理的微觀機(jī)制,研究氦離子注入納米孔缺陷調(diào)制新型半導(dǎo)體新材料合成機(jī)理。第四年(1)深入研究外加強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)高能離子在稠密等離子體中傳輸過程的影響,包括外加電磁場(chǎng)對(duì)等離子體極化效應(yīng)、高能離子軌跡及能量沉積的影響;繼續(xù)模擬高能離子與微納結(jié)構(gòu)物質(zhì)體系的相互作用過程,分析體系的結(jié)構(gòu)效應(yīng)(或尺度效應(yīng))對(duì)電激發(fā)過程及能量沉積的影響。(2)利用 HIRFL-CSR 提供的脈沖 調(diào)制高能重離子束流, 繼續(xù)開展離子束瞬間高密度能量沉積在固體中產(chǎn)生的瞬時(shí)輻射和粒子發(fā)射現(xiàn)象、離子聲學(xué)等實(shí)驗(yàn)研究,嘗試建立物理模型;繼續(xù)實(shí)驗(yàn)研究離子束瞬間高密度能量沉積引起的典型固體材料中局域損傷、狀態(tài)變化及結(jié)構(gòu)相變現(xiàn)象,檢驗(yàn)沉積能量密度與物質(zhì)狀態(tài)的關(guān)系;開展高密度能量沉積條件下靶物質(zhì)超快加熱和膨脹過程中的相關(guān)特性研究。與實(shí)驗(yàn)工作配合, 繼續(xù)進(jìn)行離子束瞬間高密度能量沉積引起的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)演化的理論研究工作。應(yīng)用建立起來的殼模型作大規(guī)模計(jì)算,模擬研究高能密度下材料物性與能量沉積密度的關(guān)系,期望能得到新的物理結(jié)果,解釋奇異的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。(3)利用 TGRM 技術(shù)完成鎳和釩核素的快中子激發(fā) 全 γ 輻射測(cè)量和數(shù)據(jù)分析,提取鎳和釩的快中子(n,p)、 (n,a)截面數(shù)據(jù)。同時(shí)進(jìn)行鎳、釩材料在快中子輻照下的氫/氦脆化效應(yīng)研究。(4)完成單晶硅和 GaAs 輻照樣品的太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量研究工作,提取離子徑跡在太赫茲波段和紫外可見波段的電光學(xué)性質(zhì),同時(shí)探索利用離子輻照單晶硅和 GaAs 樣品制備太赫茲發(fā)射晶體的可行性(5)繼續(xù)開展不同離子種類及能損的離子輻照實(shí)驗(yàn),研究材料輻照損傷與離子種類等離子參數(shù)的關(guān)系,材料中在晶粒、晶界/界面區(qū)域等微觀結(jié)構(gòu)附近氦泡的形成機(jī)制及其演化過程,微觀/介觀結(jié)構(gòu)及輻照劑 量(或 dpa)、溫度等條件對(duì)缺陷遷移、復(fù)合及吸收的影響;開展多尺度模擬工作。(6)利用離子輻照,研究準(zhǔn)一維硅納米線中荷能粒子作用下的能量、質(zhì)量傳輸過程;探討硅納米結(jié)構(gòu)的損傷與組織演變及其規(guī)律;研究荷能離子作用下具有特殊性能的硅基新型準(zhǔn)一維納米材料形成過程、規(guī)律、機(jī)制及控制。(7)繼續(xù)探索快重離子輻照材料中光波導(dǎo)形成機(jī)理的微觀機(jī)制與應(yīng)用,研究離子注入新型應(yīng)變材料合成機(jī)理。第五年(1)系統(tǒng)分析、整理實(shí)驗(yàn)及模擬結(jié)果, 總結(jié)高能、高電荷態(tài)離子在物質(zhì)中產(chǎn)生的強(qiáng)電離、強(qiáng)激發(fā)的物理規(guī)律,瞬 間高密度能量沉積引起的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化規(guī)律,離子聲學(xué)以及其它瞬間輻射現(xiàn)象和過程,揭示微觀機(jī)理。(2)嘗試?yán)玫蜏貑尉Ч腆w、泡沫材料等作靶,研究高能強(qiáng)流離子束轟擊引起的靶物質(zhì)超快加熱、膨脹及壓力波運(yùn)動(dòng)等超快過程。(3)采用建立的微觀動(dòng)力學(xué)模型,在微納尺度系統(tǒng)深入研究固體中離子束輻照效應(yīng)以及元素?fù)诫s的影響,同時(shí)探討利用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)研究微納尺度物質(zhì)輻照性質(zhì)的微觀機(jī)理。(4)完成強(qiáng)離子輻照核材料的實(shí)驗(yàn)工作,清晰認(rèn)識(shí)材料中氦泡的形成與高 dpa 輻照損傷的關(guān)系,以及在晶粒、晶界/界面區(qū)域等微觀結(jié)構(gòu)附近氦泡的形成機(jī)制及其演化過程;在實(shí)驗(yàn)與理論模擬研究的基礎(chǔ)上,提出優(yōu)化晶界及微觀結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)一定程度自修復(fù)工作的核材料的設(shè)計(jì)方案。(5)研究荷能粒子束驅(qū)動(dòng)相變的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)理及小體系中與生長相關(guān)的熱力學(xué)和表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué),系統(tǒng)探索離子束驅(qū)動(dòng)納米材料的結(jié)構(gòu)演變及其對(duì)材料的光電響應(yīng)特性、氣體傳感特性和場(chǎng)電子發(fā)射性能的影響,實(shí)現(xiàn)對(duì)硅基準(zhǔn)一維功能納米結(jié)構(gòu)以及新型 SiGe 應(yīng)變材料、光波導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)和性能的精細(xì)調(diào)控。(6)將不同方法的模擬軟件進(jìn)行集成,開發(fā)出一個(gè)能夠較為全面模擬高能、高電荷態(tài)離子與物質(zhì)相互作用過程的軟件平臺(tái)。(7)基 于 前 期 的 工 作 基 礎(chǔ) 及 面 臨 的 問 題 (設(shè) 備 建 設(shè) 問 題 及 發(fā) 現(xiàn) 的 新 物 理 問 題 ),提 出 解 決 方 案 ,確 定 下 一 個(gè) 研 究 計(jì) 劃 ,使 此 研 究 項(xiàng) 目 可 持 續(xù) 發(fā) 展 。(8)對(duì) 項(xiàng) 目 進(jìn) 行 全 面 總 結(jié) ,完成項(xiàng)目驗(yàn)收工作。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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- 基金 標(biāo)書 2010 CB832900 高能 離子束 物質(zhì) 相互作用 微觀 機(jī)理 研究
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