无支撑纳米金属薄膜二维面密度分布的射线复合测量方法

In the field of research of high energy density, self-supporting thin metal film is used to produce high hot plasma, which is utilized to measure a basic parameter, the radiative opacity, which is used to exam the theoretical hypothesis. In order to give the uncertainty of this experimental parameter, it is necessary to give the uncertainty of the film’s area density, which can only be obtained by analyzing the distribution of the area density . This project proposes to establish scanning ray-beam technique and device, and to utilize the multiple effects of the interaction between different type of rays and atoms of the films , and to extract the information of area density and its distribution from rays or particles penetrating out the films, and to characterize the two –dimensional area density distribution. Consequently, this project will found the techniques of the complex-ray measuring of two-dimensional area density distribution of metal films, and will realize the analysis of the density distribution with a sufficient accuracy.

在ICF高能量密度物质研究领域，无支撑纳米金属薄膜被用来产生高温等离子体，用以测量表征热辐射在高热物质中传输的一个基本物理参数：辐射不透明度。测量这一参数的重要性在于检验理论模型的正确性。为了给出这一测量值的不确定度，首先需要给出金属薄膜面密度的不确定度，这需要对纳米级厚度金属薄膜面密度分布均匀性进行精细分析才能得到，但是目前还缺乏这样的分析手段。本项目提出，采用重带电粒子束扫描，结合细束和微束扫描步骤，或者结合两种面密度信息提取方法：即粒子束平均效应面密度信息提取法和单粒子效应面密度信息提取法，实现对金属薄膜面密度分布进行精细分析，给出辐射不透明度测量需要的全部薄膜特性参数；另外提出，采用中子活化，以及通过屏蔽、准直和扫描金属薄膜，实现对金属薄膜面密度分布进行精确分析。这两种方法可用来相互验证其正确性。该项目对于解决高能量密度物质研究中非常需要解决的靶薄膜参数测量问题具有重要意义。

金属薄膜是包括ICF等高科技领域研究和应用中不可缺少的材料，其面密度分布是迫切需要知道的一个重要参数，而目前的测量技术还不能完成这一测量。例如台阶仪、原子能显微镜等触针法测量仪器，只能给出薄膜表面形貌；椭圆偏振仪、白光共焦仪等光学仪器只能给出线性厚度，而不能给出质量厚度(面密度)分布这一重要参数。本项目利用射线与物质相互作用规律对这一测量技术进行研究，正好能实现这一测量要求。.本项目主要采用重带电α粒子研究金属薄膜面密度分布测量的方法和技术，主要研究内容为：研究利用α粒子能损法准确获取薄膜面密度信息的方法；研究将获得信息准确转换成薄膜面密度的计算方法、计算程序；研究这一射线测量技术能够达到的面密度测量灵敏度和准确度；研将将α粒子准直成细束或微束，对薄膜进行逐点自动扫描获取薄膜面密度分布的方法和技术；研究用这一方法获取薄膜面密度分布的位置分辨和厚度分辨能力；研究薄膜面密度分布测量结果的表征方法。.本项目研究的重要结果及关键数据是：建立起了金属薄膜面密度及其分布的射线测量仪器、方法和技术。其方法和技术包括：薄膜面密度信息的的获取方法、计算方法和计算程序；薄膜面密度分布的测量方法和表征方法；所达到的薄膜面密度测量灵敏度为10到20纳米（视不同金属薄膜而不同）、准确度能达到小于5%；面密度分布测量的位置分辨能达到10μm、质量厚度分辨能达到微克/cm2量级或线性厚度分辨达到纳米量级；通过测量得到了ICF用薄膜面密度的分布特征。.通过本项目研究，建立起了薄膜面密度分布测量的方法和技术，解决了目前国内外现有仪器对薄膜面密度分布不能进行测量这一技术问题。该测量方法的实现以及被证明能够达到的灵敏度、准确度和分辨能力，不论是对于探索制膜工艺以制备更均匀薄膜，还是对于需事先知道薄膜分布特征以提高薄膜实验结果的准确性，或者对于提高薄膜的应用效果，都具有重要的意义。