高电荷态离子在平行板和圆柱管中的导向研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Lynn_lin
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绝缘毛细管对高电荷态离子的导向效应是研究高电荷态离子与固体表面相互作用的重要手段之一,同时也为制作离子偏转元件、获取离子微束提供了新的途径,具有重要的研究价值和应用前景。  基于绝缘毛细管对离子的导向行为由管壁沉积电荷形成的库仑场所致,本论文采用管壁沉积电势的自洽场近似法,建立了离子与平行板和圆柱管的相互作用模型——自洽场理论模型。模型中给出了+1价离子在平行板和圆柱管中的导向行为,并系统分析了毛细管的体电阻率、面电阻率、边界条件、规格以及离子的能量、流强密度等对导向行为的影响。模拟结果显示:平行板和圆柱管对离子的导向能力取决于管壁沉积电势差U的大小。若qU与离子垂直管轴方向的动能相当,出现偏转角等于倾斜角的完全导向现象;否则为非完全导向现象。  平行板自洽场导向模拟结果表明:单端接地的平行板导向能力强于两端接地;当平行板的板长、板间距一定时,若导向参数α=U0‖/RsF0,β=U0‖/RbF0分别相等,则离子在平行板中的导向行为一样;当两平行板板长相等,板间距D=AD时,若要离子在板内的导向行为一样,导向参数需要满足α=A-1α,β=A-1β;当两平行板间距相等,板长L=AL时,若要离子在板内的导向行为一样,导向参数需要满足α=A3α,β=Aβ。  将平行板自洽场导向模型扩展至圆柱管,并在圆柱管模型中考虑了面电阻率和两端接地的情况。模拟结果表明:入射离子能量高、流强密度低、圆柱管的面电阻率低,导向能力弱;圆柱管的管长、管径一定,导向参数α=U0‖/RsF0相等,离子在圆柱管中的导向行为一样。与我们在320kV高电荷态离子综合实验平台上开展的300-900keV的06+,O7+离子在单个玻璃圆柱管(长31 mm/40mm,内径0.6mm)的实验对比分析,圆柱管导向模型重现了实验中偏转角小于倾斜角的不完全导向现象,其产生的原因是管壁沉积电势差不够强,即qU小于离子垂直管轴的动能。此外,实验还分析了入射离子能量、流强密度等对导向效应的影响,如能量越高,导向越不明显。
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