Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOVIỆN HÀN LÂM KHOA HỌCVÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAMVIỆN VẬT LÍNGUYỄN THỊ THẢOSTUDY OF MUONS PRODUCED IN EXTENSIVE AIR SHOWERS DETECTED IN HANOI USINGA WATER CHERENKOV DETECTORLUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍHà Nội 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOVIỆN HÀN LÂM KHOA HỌCVÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAMVIỆN VẬT LÍNGUYỄN THỊ THẢOSTUDY OF MUONS PRODUCED IN EXTENSIVE AIR SHOWERS DETECTED IN HANOI USINGA WATER CHERENKOV DETECTORChuyên ngành: Vật lí nguyên tử Mã số: 62 44 01 06LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍNGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:GS.Pierre DarriulatHà Nội 20142 Tóm tắtLuận án trình bày nghiên cứu chi tiết về hoạt động của detector Cherenkov VATLY, bản sao của một trong 1660 detector mặt đất tại Đài thiên văn Pierre Auger. Đề tài nghiên cứu tập trung vào sự đáp ứng của detector đối với các tín hiệu nhỏ tới một phần mười tín hiệu được tạo ra bởi hạt muon đi xuyên detector theo phương thẳng đứng (VEM ), mở rộng vùng hoạt động của detector lên đến 104. Nghiên cứu sử dụng phương pháp tìm kiếm thực nghiệm sự phân rã của hạt muon dừng trong khối nước của detector, trong đó chỉ có một vài phần trăm thông lượng hạt là phát ra đủ ánh sáng Cherenkov để có thể được ghi nhận trước khi bị dừng hoàn toàn. Sau đó, mỗi muon phân rã thành một electron (hay positron) có năng lượng trung bình khoảng 35 MeV. Thí nghiệm được thiết kế phù hợp cho việc phát hiện các tín hiệu được tạo ra bởi cả muon dừng và electron được sinh ra. Những cặp tín hiệu như vậy đã được phát hiện trong các điều kiện thí nghiệm khác nhau, cả biên độ tín hiệu lẫn khoảng thời gian giữa hai tín hiệu cùng được xác định. Một hodoscope nhấp nháy được đặt trên và dưới detector Cherenkov để chuẩn thang đo cho hệ thống. Một số lượng lớn mẫu số liệu đã được thu thập cho thấy bằng chứng rất rõ ràng về sự phân rã muon với phổ thời gian như đã dự kiến. Biên độ tín hiệu của hạt electron được thấy chỉ bằng một phần của một VEM , và chỉ phần đuôi phổ phân bố là được ghi nhận. Phân bố của muon đòi hỏi phải có thêm sự đóng góp của thành phần mềm electronphoton, xuất hiện đặc biệt quan trọng trong thí nghiệm này do detector Cherenkov có thể tích ghi đo lớn. Một mô hình để tìm hiểu về cơ chế vật lý và tiến trình ghi nhận đã được xây dựng giải thích rõ ràng phổ phân bố điện tích và thời gian đã thu được. Nó cũng cho phép đánh giá s
BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠOTRƯỜNG ĐẠIHỌCBÁCHKHOAHÀNỘI NGUYỄNTHỊTRANG NGHIÊNCỨUVICẤUTRÚCVÀCƠTÍNHCỦACÁ CVẬTLIỆUPHỦNGỒI LUẬNÁNTIẾNSĨVẬTLÝKỸTHUẬT HÀNỘI-2016 BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠOTRƯỜNG ĐẠIHỌCBÁCHKHOAHÀNỘI NGUYỄNTHỊTRANG NGHIÊNCỨUVICẤUTRÚCVÀCƠTÍNHCỦACÁ CVẬTLIỆUPHỦNGỒI Chunngành:VẬTLÝKỸTHUẬTM ãsố:62520401 LUẬNÁNTIẾNSĨVẬTLÝKỸTHUẬT NGƯỜIHƯỚNGDẪNKHOAHỌC: PGS.TS.LÊVĂNVINH PGS.TSKH.PHẠMKHẮCHÙNG LỜICAMĐOAN Tôixi n c a m đoan đ â y l c n g t r ì n h n g h i ê n c ứ u c ủ a t ôi T ấ t c ả c c s ố liệu v kếtquảnghiêncứutrongluậnánlàtrungthực,chưatừngđượcaicôngbốtrongbấtkỳcôn gtrìnhnghiêncứunàokhác Nghiêncứusinh NguyễnThịTrang LỜICẢMƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Lê Văn Vinh PGS TSKH.Phạm Khắc Hùng, người Thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thànhluậnán Tơixinchânthành cảm ơnsựgiúpđỡvàtạo điều kiệnl àm việccủa Bộm ôn Vậ t lý tin học, Viện Vật lý kỹ thuật, Viện Đào tạo sau đại học Trường Đại học BáchkhoaHàNộidànhchotơitrongsuốtqtrìnhnghiêncứu,thựchiệnluậnán Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, người thân, đồng nghiệp đãdànhn h ữ n g t ì n h c ả m , đ ộ n g v i ê n g i ú p đ ỡ t ô i v ợ t q u a n h ữ n g k h ó k h ă n đ ể h o n thànhluậnán HàNội,ngày26tháng02năm2016 NguyễnThịTrang MỤCLỤC Danhmụccáctừviếttắtvàký hiệu Danhmụccácbảngbiểu Danhmụccáchình vẽvàđồthị MỞĐẦU CHƯƠNG1.TỔNGQUAN 1.1 Vậtliệuphủ ngoàicứngvàsiêucứng .12 1.1.1 Vậtliệuphủngoàinanocomposite .13 1.1.2 Vật liệuphủngoàiđalớpđồngcấutrúcvàdịcấutrúc 15 1.1.3 Mộtsốcơchếtăngcườngđộcứngcủalớpphủđalớp 16 1.2 VậtliệuSi3N4,AlSiNvà CrN/AlBN/CrN 21 1.2.1 HệSi3N4 21 1.2.2 HệAlSiN 23 1.2.3 HệCrN/AlBN/CrN 25 CHƯƠNG2.PHƯƠNGPHÁPMƠPHỎNGVÀPHƯƠNGPHÁPCHẾTẠOV ẬTLIỆUPHỦNGỒI 2.1 Phươngpháp ĐLHPTvàphươngphápHPT 27 2.1.1 PhươngphápĐLHPT 27 2.1.2 PhươngphápHPT .31 2.2 Cácphươngphápphântíchvicấutrúccủamơhình 31 2.2.1 Hàmphânbốxuyêntâm 31 2.2.2 Sốphốitrívàđộdàiliênkết 33 2.2.3 Phânbốgócliênkết 33 2.2.4 Phânbốquảcầu lỗhổng .33 2.2.5 Phânbốsimplex 36 2.2.6 Phươngphápphântíchlâncậnchung(CNA) 37 2.3 Phươngphápmôphỏngbiếndạng 38 2.3.1 Mô-đunđànhồi 38 2.3.2 Biếndạng theomộttrục .39 2.4 Phươngphápchếtạovậtliệuphủngồibằnghồquangchânkhơngplasma 40 2.4.1 Sựhìnhthành plasmacủahồquangcatốt 40 2.4.2 Các thànhphầncủahồquangchânkhôngcatốt 41 2.4.3 Qtrìnhlắngđọngvậtliệuphủngồi 43 2.5 Mộtsốphươngphápphântíchvậtliệuphủngồi .44 2.5.1 NhiễuxạtiaX .44 2.5.2 Kínhhiểnviđiệntửquétvàkínhhiểnviquanghọc 45 2.5.3 Kínhhiểnviđiệntửtruyềnqua 45 2.5.4 Kỹthuậtphântíchvimơbằngthiếtbịqtđầudịđiệntử .46 2.5.5 Phổquang điệntửtiaX .46 2.5.6 Thínghiệmđođộcứng 47 2.5.7 Thínghiệmđoứngsuất .48 2.5.8 Thínghiệmđođộmịn 48 CHƯƠNG3.VẬTLIỆUPHỦNGỒICrN/AlSiNVÀCrN/AlBN 3.1 Vậtliệuphủ ngồi CrN/AlSiN .49 3.1.1 ChếtạovậtliệuphủngoàiCrN/AlSiN 49 3.1.2 Cấutrúcvà cơtínhcủavậtliệuphủngồiCrN/AlSiN 50 3.2 Vậtliệuphủ ngồi CrN/AlBN 55 3.2.1 ChếtạovậtliệuphủngoàiCrN/AlBN 55 3.2.2 Cấutrúcvà cơtínhcủavậtliệuphủngồiCrN/AlBN 55 CHƯƠNG4.HỆAlSiN,CrN/AlBN/CrNVÀSi 3N4VƠĐỊNHHÌNH 4.1 HệAlSiN 66 4.1.1 ẢnhhưởngcủanồngđộSilêncấutrúcvimơvàcơtínhcủahệ Al1-xSixN .66 4.1.2 Ảnhh n g c ủ a q u t r ì n h n g u ộ i n h a n h l ê n c ấ u t r ú c v c t í n h c ủ a hệAl 1-xSixN 71 4.2 HệCrN/AlBN/CrN .83 4.2.1 Xây dựngcácmẫuCrN/AlBN/CrN 83 4.2.2 Cấu trúcvi mơcủaAlBNvơđịnhhình 86 4.2.3 Cơ tínhcủahệCrN/AlBN/CrN 87 4.3 HệSi3N4vơđịnhhình 88 4.3.1 XâydựngcácmẫumôphỏngSi 3N4 88 4.3.2 CấutrúcvimôcủaSi 3N4VĐH 89 4.3.3 Tươngquangiữaphânbốgócliênkếtvàtỉphầncủacácđơnvịcấutrúctrongc ácmẫuSi 3N4 102 4.3.4 CơtínhcủavậtliệuSi 3N4VĐH 106 KẾTLUẬN 111 TÀILIỆUTHAMKHẢO 112 DANHMỤCCÁCCƠNGTRÌNHĐÃCƠNGBỐCỦALUẬNÁN 121 DANHMỤCCÁCTỪVIẾTTẮTVÀKÝHIỆU ĐLHPT Độnglựchọcphântử HPT Hồiphụctĩnh VĐH,vđh- Vơđịnhhình tt- Tinhthể PBXT Phânbốxuntâm SPTTB Sốphốitrítrungbình CNA Phântíchlâncậnchung PBGLK Phânbốgócliênkết PBBKLH Phânbốbánkínhlỗhổng LH Lỗhổng XRD NhiễuxạtiaX XPS PhổquangđiệntửtiaX SEM Kínhhiểnviđiệntửqt TEM Kínhhiểnviđiệntửtruyềnqua HRTEM Kínhhiểnviđiệntửtruyềnquacóđộphângiảicao EPMA Phântíchvimơbằngthiếtbịqtđầudịđiệntử SAED Nhiễuxạđiệntửlựachọnvùng SIMS Khốiphổionthứcấp fcc Lậpphươngtâmmặt h- Lụcgiác DANHMỤCCÁCBẢNGBIỂU Trang Bảng3.1 Thànhphần,chukỳhailớp(),tỉlệđộdày(l 2/),kíchthước 51 hạttrongcáclớpphủđalớpCrN/AlSiN Bảng3.2 Độc ứ n g , m ô - đ u n đ n h i , ứ n g s u ấ t c ủ a c c l p p h ủ đ a l p 53 CrN/AlSiN Bảng3.3 Thànhp h ầ n , k í c h t h c h t , đ ộ c ứ n g , m ô - đ u n I - â n g , ứ n g su ất 57 củavậtliệuphủngồiCrAlBNđượclắngđọngởcácápsuấtPNkhácnhau vànhiệtđộTs=300C Bảng3.4 Kíchthướchạt,mơ-đunI-âng,ứngsuấtcủavậtliệuphủngồi 63 CrAlBNởcácnhiệtđộTSkhácnhauvàápsuấtPN=1,33Pa Bảng4.1Cácđ ặ c t r n g c ấ u tr ú cv m ô - đ u n đ n h i I â n g c ủ a A l 1-xSixN 69 VĐH: rα,β- vị trí đỉnh hàm PBXT gα,β(r); Zα,β-số phối trí trung bình; Six, Aly- tỉ phần đơn vị cấu trúc SiNxvàAlNy;E-mô-đunđànhồiI-âng Bảng4.2Cácđặctrưngcấutrúcvàmô-đunđànhồiIângcủaAl1-xSixNở 75 300 K:rα,β- vịtrí đỉnh củahàm PBXTg α,β(r);Z α,β-sốphốitrí trung bình; Six, Aly- tỉ phần đơn vị cấu trúc SiN xvàAlNy;E-mơđunđànhồiI-âng Bảng4.3Cácđặctrưngcấutrúcvàmơ-đunđànhồiIângcủaAl1-xSixNở 80 700 K:rα,β- vịtrí đỉnh củahàm PBXTg α,β(r);Z α,β-sốphốitrí trung bình; Six, Aly- tỉ phần đơn vị cấu trúc SiN xvàAlNy;E-môđunđànhồiI-âng Bảng4.4Cácđặctrưngcấutrúcvàmô-đunđànhồiIângcủaAl1-xSixNở 81 900 K:rα,β- vịtrí đỉnh củahàm PBXTg α,β(r);Z α,β-sốphốitrí trung bình; Six, Aly- tỉ phần đơn vị cấu trúc SiN xvàAlNy;E-mơđunđànhồiI-âng Bảng4.5 CáchệsốthếtươngtácgiữacácnguntửCr,Al,BvàN 84 Bảng4.6 ĐặctínhcơhọccủacáchệCrN/AlBN/CrNvớilớpAlBNcócấu 86 trúckhácnhau:d-kíchthướccủatinhthểh-AlBN;E-mơ-đun đànhồiI-âng Bảng4.7 CácđặctrưngcấutrúccơbảncủaSi3N4VĐHcómậtđộkhác 91 nhau: rα-β- độ dài liên kết nguyên tửα-β; Zα-β- SPT trungbình Bảng 4.8Các đặc trưng cấu trúc Si3N4VĐH nhiệt 92 độkhác nhau: rα-β- độ dài liên kết nguyên tửα-β; Zα-βSPTtrungbình Bảng 4.9Tỉ phần đơn vị cấu trúc SiNx(Six), liên kết NSiy(Ny) vàđỉnh PBGLK , 93 Si3N4VĐH cómậtđộkhácnhau,tạinhiệtđộ300K Bảng 4.10Tỉ phần đơn vị cấu trúc SiNx(Six), liên kết NSiy(Ny) vàđỉnh PBGLK , 94 Si3N4VĐH tạicácnhiệtđộ300,500,700,900K,vớimậtđộρ=2,40g.cm-3 Bảng 4.11Tỉ phần đơn vị cấu trúc SiNx(Six), liên kết NSiy(Ny) vàđỉnh PBGLK , Si3N4VĐH 94 tạicácnhiệtđộ300,500,700,900K,vớimậtđộρ = 2,80g.cm-3 Bảng 4.12Tỉ phần đơn vị cấu trúc SiN x(Six), liên kết NSiy(Ny) vàđỉnh PBGLK , Si3N4VĐH 94 tạicácnhiệtđộ300,500,700,900K,vớimậtđộρ = 3,10g.cm-3 Bảng 4.13Tỉ lệ Vvoid/V mẫu Si3N4VĐH có mật độ khác tạicácnhiệtđộ300,500,700,900K Bảng 4.14Các đặc tính học mẫu Si3N4VĐH có mật độ khácnhau nhiệt độ 300K: E-Mô-đun đàn hồi I âng; σ y- ứng 102 107 suấtchảy;σf-ứngsuấtchảydẻo Bảng 4.15Mô-đun đàn hồi Iâng mẫu Si3N4VĐH có mật độ khácnhautạicácnhiệtđộ300,500,700,900K 109 DANHMỤCCÁCHÌNHVẼVÀĐỒTHỊ Trang Hình2.1 Minhhoạđiềukiệnbiêntuầnhồn 28 Hình2.2 MơhìnhtínhtốngầnđúngEwaldSummationtrongkhơnggianhai 29 chiều,mạngtuầnhồn3x3đượcdựnglêntừơcơsởcótâmn(0,0) Hình2.3 Quảcầulỗhổngvàsựsắpxếpcủachúng;a)LHvàcácnguntửlân 34 cận;b)LHnhỏnằmtrongLHlớn(trái)vàhaiLHgầnnhau(phải), nhữngLHnàyđượcloạibỏkhỏihệ;c)đámLH;d)ỐngLH Hình2.4 Đườngcongứng suất-biếndạng(Stress-Strain)củaSiCvơđịnhhình ở300K 40