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《不同入射角度下强流脉冲电子束能量沉积剖面和束流传输系数模拟计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第14卷第5期强激光与粒子束Vol.14,No.52002年9月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSSep.,2002文章编号:100124322(2002)0520778205不同入射角度下强流脉冲电子束X能量沉积剖面和束流传输系数模拟计算杨海亮,邱爱慈,张嘉生,黄建军,孙剑锋(西北核技术研究所,陕西西安710024)摘要:强流脉冲电子束在材料中的能量沉积剖面、能量沉积系数和束流传输系数受其入射角的影响很大,理论计算了0.5～2.0MeV的电子束以不同的入射角在Al材料中的能量沉积剖面和能量沉积系数,并且还计算了0.4～1.
2、4MeV电子束以不同入射角穿透不同厚度C靶的束流传输系数。计算结果表明,随着入射角的增大,靶材表面层单位质量中沉积的能量增大,电子在靶材料中穿透深度减小,能量沉积系数减小,相应的束流传输系数也减小;能量为0.5～2.0MeV的电子束当入射角在60°～70°时在材料表面层单位质量中沉积的能量较大。关键词:电子束;入射角;电子输运;能量沉积;束流传输系数中图分类号:O562.5;O571.1文献标识码:A固体靶受到强流脉冲电子束辐照时,其表层会沉积大量能量,使材料处于高温高压状态,产生各种热力学[1][2,3]效应,这与X射线对材料和结构的辐照效应基本相
3、同,对于强流脉冲电子束在材料中产生的辐照效应已[4,5]有较多研究,但有关电子束入射角对能量沉积剖面影响方面的研究则很少。垂直入射电子束的能量沉积剖面存在峰值,且峰值位于靶前表面一定深度处,这与X射线的能量沉积剖面是有差别的,垂直入射的温度为几keV的黑体辐射X射线能量沉积剖面最大值几乎位于辐照靶的前表面处,绝大部分能量沉积在0～100μm[6]的表面层之内,形成从表面层向内大致呈指数规律下降的能量沉积分布。而以一定角度入射的电子束的能量沉积剖面峰值随入射角的增大逐渐移向前表面处,与X射线在材料中的能量沉积剖面比较接近,因此,可以通过选择合适的束流入
4、射角和电子束能量使电子束在材料中的能量沉积剖面更接近垂直入射的X射线的能量沉积剖面。[7]本文利用蒙特卡罗程序模拟计算了0.5～2.0MeV的电子束以不同的入射角在Al材料中的能量沉积剖面和能量沉积系数。利用多个Rogowski线圈测量电子束穿透不同厚度C靶的束流传输系数可以确定电子束的入射角,因此本文也计算了0.4～1.4MeV的电子束以不同的角度入射到C靶中的束流传输系数,得到了不同入射角度下的电子能量与束流传输系数曲线。1计算方法电子在介质中输运主要受到库仑力的作用,这包括电子与靶原子核外电子的非弹性碰撞而导致的电离和激发,电子与靶原子核的非弹
5、性碰撞而导致的轫致辐射,电子与靶原子核的弹性碰撞导致的电子散射等。这三种作用都会改变入射电子的运动方向,并且前两种作用还会明显导致入射电子的能量损失,即碰撞能量损失和辐射能量损失。由于库仑相互作用的存在,电子与中子或光子等中性粒子的输运行为具有本质的不同,电子在介质中的历史比中性粒子要复杂得多。中性粒子的输运行为以相对不频繁的独立碰撞之间的自由飞行为主要特征,而电子的输运则以长程库仑相互作用为主而导致的大量小碰撞为主要特征,电子在它的轨迹长度内的碰撞次数是惊人的,光子的Compton散射,能量从几MeV降到50keV,仅需20～30次,而电子能量从0
6、.5MeV降到40125MeV约需10次。为了减少计算量,在利用蒙特卡罗方法计算电子的输运过程中必须采用压缩历史法,即把真实的物理上随机游动划分为若干历史阶段,每一个历史阶段包括好多次游动,也就是说,把好多次随机碰撞合并为一次碰撞,作为一步游动处理。而这一步的能量和飞行方向的转移概率由近似的多次散射理论给X收稿日期:2001210211;修订日期:2002206206基金项目:国防预研基金资助课题作者简介:杨海亮(19682),男,山东诸城人,博士研究生,副研究员,主要从事核技术及应用研究;西安市69信箱10分箱。©1995-2005Tsinghua
7、TongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第5期杨海亮等:不同入射角度下强流脉冲电子束能量沉积剖面和束流传输系统模拟计算779[8]出。电子在一个步长内的总的能量损失为dEdEdE=+(1)dStotdScoldSraddEdEdE式中:为电子在一个步长内总的能量损失;为碰撞能量损失;为辐射能量损失。它表示电dStotdScoldSrad子在一个步长内总的能量损失为碰撞能量损失和辐射能量损失之和。2能量沉积剖面和能量沉积系数的计算电子在一个步长内的能量沉积,并不等于它的能量损失,而应当等于总的能量损失减
8、去次级粒子带走的能量。图1分别是0.5,1.0和2.0MeV的电子束以0～80°的入射角入射至Al厚靶中能量
