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摘要

高能强流重离子束入射到固体物质中, 沿飞行路径的离子能量沉积密度将改变宏观靶物质的温度和压强等, 并可能在高压高密条件下产生新的材料缺陷. 本文利用兰州重离子加速器装置HIRFL-CSR引出的能量为264 MeV/u 的Xe ³⁶⁺离子束, 入射到LiF晶体靶物质中, 在线测量了LiF的发射光谱, 观测到沿离子路径的晶体颜色变化. 通过解离方法取得了不同位置处的X射线衍射(X-ray Diffraction)与X射线光电子能谱结果, 显示在Xe离子的布拉格峰区域出现了LiF ₃(LiF+F ₂)结构相, 讨论了新的结构缺陷的产生与重离子束能量沉积密度间可能的相关性. 这为离子束驱动的高能量密度物理的能量沉积过程提供了一定参考.

关键词:

Abstract

When an incident high-energy heavy ion beam enters into solid material, the energy deposition density along the ion flight path can change the temperature and pressure of macroscopic target, and new material defects can be created under the high-pressure and high-density conditions. To accurately control the extreme state in material generated by heavy ion beam, it is necessary to conduct in-depth research on the energy deposition density of ions and ascertain the new potential defects in matter. Reported in this work is the new experiment conducted on the HIRFL-CSR at Lanzhou, with the extracted 264 MeV/u Xe ³⁶⁺ion beams irradiating an LiF crystal target. The emission spectrum of the LiF is measured in-situ. Moreover, the crystal color is observed to vary along the ion path, and X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) are used to observe the potential new phases at different positions of crystal through the target dissociation method. It is apparent that in No. 3-front a new phase around 52.6° is found in XRD result, which is believed to be LiF ₃(LiF+F ₂) structural phase and appears in the Bragg peak region of Xe ions in LiF. Furthermore, to verify this result, a similar experiment is done by using a 430 MeV/u ⁸⁴Kr ²⁶⁺ion beam, and the stacked layered LiF target is analyzed after the irradiation. The XPS result shows more complex defects aggregating in the Bragg peak region of Kr ions in LiF at room temperature. In previous study, such complex defects were all created under high temperature conditions. We find that these complex defects can be produced around the Bragg peak region of ions in LiF at room temperature, resulting in a temporally high temperature and high pressure condition. This paper can provide some experimental evidences and references for the target material modification in heavy ion beam driven high-energy density physics research.

Keywords:

作者及机构信息

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通信作者:王瑜玉,wangyuyu@impcas.ac.cn

基金项目:国家重点研发计划(批准号: 2022YFA1602500)、国家自然科学基金国际 (地区) 合作与交流项目(批准号: 12120101005)和国家自然科学基金(批准号: 12205247)资助的课题.

Authors and contacts

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Corresponding author:Wang Yu-Yu,wangyuyu@impcas.ac.cn

Funds:Project supported by the National Key Research and Development Program (Grant No. 2022YFA1602500), the National Natural Science Foundation of China for International (Regional) Cooperation and Exchange (Grant No. 12120101005), and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 12205247).

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