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stripping of atoms

  剥离掉原子或离子外围的电子的技术。在串列静电加速器及其他类型的重离子加速器中,使用原子的剥离技术,提高被加速粒子的荷质比Q/A,是提高终端粒子能量的最有效的方法。

  一般使用的剥离器有气体和固体两种,气体又分微分泵型和喷射型两种。前者是一个用微分泵抽气的无窗气体室,使用针阀调整进气量可以很方便地控制气体室的压力,以保证所要求的气体密度。后者则是根据流体力学的原理而设计的一种超声气体喷射靶,它在局部可以达到非常高的密度。固体剥离器实际上就是一个非常薄的碳膜(面密度约10微克/厘米2),为了便于更换而有各种不同的机械结构。粒子在穿越剥离器时同原子发生相互作用,或者失去电子或者拾取电子,两种过程都可能发生,发生的几率同很多因素有关。这两种过程竞争的结果若使粒子失掉电子,就是剥离过程,得到电子就是俘获过程。剥离技术利用的是前一过程。

  粒子穿越剥离器后的平均电荷态 坴及电荷态的分布F(Q)是剥离技术中最感兴趣的问题之一。不论入射粒子的电荷态如何,出射电荷态总是一种近似对称的高斯分布,它同剥离器物质的种类及厚度(必须超过平衡厚度)关系不大,主要决定于入射能量,能量越高,平均电荷态就越高。目前理论上还不能精确地计算坴和F(Q),但有很多半经验公式能给出很好的结果。利用偏转磁铁很容易从各种电荷态中选出所需要的成分。

  粒子束穿过剥离器后在空间分布和能量分布上都会发生分散,分别称为角散和能散,它们是剥离技术中遇到的另外两个问题。角散符合小角度多次库仑散射理论,根据这种理论得到的方均根角散公式能很好地给出不同入射能量、不同剥离物质条件下的角散。能散没有很好的理论计算,主要靠实验测定。

  在使用固体剥离器时还会碰到剥离膜的寿命问题,对此没有定量的严格定义。一般认为,经过剥离后所需离子的束流强度从开始照射时刻起到它下降30%~40%止的时间就是剥离膜的寿命。在低能重粒子束的情况下,膜的寿命极短。造成膜破损的原因可能是束流辐照损伤,电荷积累所产生的静电作用,在束流斑点边缘附近发生的碳的重结晶过程及膜内含的碳氢化合物的裂解等。用电子轰击等办法把膜加热到几百摄氏度,并使它缓慢地摆动,能大大提高膜的寿命;改进制膜工艺也有明显的效果。在粒子能量比较高时,膜的寿命可以很长。

  气体剥离器同固体剥离器比较,剥离效率低,获得的平均电荷态低,但角散和能散也小,在加速器系统中造成的束流损失也就小,更没有寿命的限制。所以,两种剥离器各有优缺点,可根据要求选用。

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