隨著科技的進(jìn)步,離子束分析技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在材料科學(xué)等領(lǐng)域。入射粒子與靶物質(zhì)原子的相互作用是離子束分析技術(shù)的基礎(chǔ),而粒子與物質(zhì)間的相互作用勢則是計(jì)算核能損以及輻照損傷的重要物理參量,因而備受關(guān)注。 基于量子力學(xué)的第一性原理可給出相互作用勢的無經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的模擬計(jì)算結(jié)果,但其計(jì)算量巨大,當(dāng)前的計(jì)算能力限制了該方法的應(yīng)用。本工作分析了金屬材料中低能D-D核反應(yīng)出射質(zhì)子與氚產(chǎn)額比、粒子與靶材料原子間的多次散射以及核反應(yīng)產(chǎn)物出射角三者間的關(guān)系,提出以D-D核反應(yīng)的產(chǎn)額比研究入射的低能氘離子與靶材料原子間相互作用勢的方法,并利用粒子輸運(yùn)的蒙特卡洛模擬方法構(gòu)建相應(yīng)的模擬程序。 金屬材料中低能D-D核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)在日本東北大學(xué)的低能強(qiáng)流加速器裝置上開展。實(shí)驗(yàn)中,先將能量10～20keV(步長1keV)的氘離子注入待測的金屬靶,同時(shí)監(jiān)測質(zhì)子產(chǎn)額,當(dāng)質(zhì)子產(chǎn)額不隨時(shí)間變化后,測量出射的質(zhì)子與氚的產(chǎn)額比。為保證統(tǒng)計(jì)性,每個(gè)能量點(diǎn)下質(zhì)子產(chǎn)額計(jì)數(shù)要達(dá)到80000,個(gè)別金屬靶中質(zhì)子計(jì)數(shù)達(dá)到160000。 基于蒙特卡洛方法,考慮入射離子能量損失、飛行距離、散射角、碰撞參量以及核反應(yīng)產(chǎn)額等物理過程,本工作獨(dú)立開發(fā)出產(chǎn)額比模擬程序。其中散射角的計(jì)算采用高斯-米勒積分公式,便于模擬不同相互作用勢模型下的產(chǎn)額比。通過程序模擬得到了簡單動(dòng)力學(xué)、普適勢以及修改后的普適勢下的產(chǎn)額比。通過與實(shí)驗(yàn)值對比后,得出如下結(jié)論： 1.產(chǎn)額比的簡單動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值存在較大差異； 2.考慮多次散射以及質(zhì)心系下D-D核反應(yīng)微分截面的角分布等影響因素后,產(chǎn)額比的模擬值接近實(shí)驗(yàn)值； 3.在上述基礎(chǔ)上,增加普適勢的屏蔽半徑,得出的產(chǎn)額比模擬值更接近實(shí)驗(yàn)值,但仍與實(shí)驗(yàn)值存在一定的差距。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：O571
【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
第一章 緒論
    1.1 研究低能區(qū)離子與材料原子間相互作用勢的意義
    1.2 研究離子與材料原子相互作用勢的方法
    1.3 本論文的工作內(nèi)容
第二章 相關(guān)理論
    2.1 帶電粒子在物質(zhì)中的輸運(yùn)
        2.1.1 帶電粒子的輸運(yùn)過程
        2.1.2 能量損失和散射的理論計(jì)算
    2.2 核反應(yīng)產(chǎn)額比與相互作用勢
        2.2.1 低能區(qū)D-D核反應(yīng)
        2.2.2 質(zhì)子和氚產(chǎn)額比與多次散射
第三章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)方法
    3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
    3.2 實(shí)驗(yàn)方法
    3.3 數(shù)據(jù)結(jié)果
第四章 模擬計(jì)算
    4.1 粒子輸運(yùn)與核反應(yīng)的模擬
        4.1.1 粒子輸運(yùn)的模擬計(jì)算
        4.1.2 散射角的計(jì)算
        4.1.3 能量損失、飛行距離與碰撞參量的計(jì)算
    4.2 反應(yīng)產(chǎn)額的模擬計(jì)算
    4.3 模擬程序檢驗(yàn)
第五章 結(jié)果與討論
    5.1 簡單動(dòng)力學(xué)模擬下核反應(yīng)產(chǎn)額比
    5.2 多次散射模擬下核反應(yīng)產(chǎn)額比
    5.3 修改屏蔽半徑后模擬產(chǎn)額比
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 論文工作總結(jié)
    6.2 論文工作展望
參考文獻(xiàn)
在學(xué)期間的研究成果
附錄
致謝

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