Luận văn thạc sĩ Vật lý nguyên tử, Máy gia tốc HUS 5SDH-2, Tandem Pelletron, Phân tích RBS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Vi Hồ Phong TÍNH TỐN VÀ TỐI ƯU HĨA ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM TRONG PHÂN TÍCH RBS TRÊN MÁY GIA TỐC HUS 5SDH-2 TANDEM PELLETRON LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Vi Hồ Phong TÍNH TỐN VÀ TỐI ƯU HĨA ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM TRONG PHÂN TÍCH RBS TRÊN MÁY GIA TỐC HUS 5SDH-2 TANDEM PELLETRON Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS LÊ HỒNG KHIÊM Hà Nội - Năm 2013 Lời cảm ơn Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Lê Hồng Khiêm, người hướng dẫn, bảo tận tình tơi q trình thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Thế Nghĩa, người ủng hộ, tạo điều kiện cho suốt quãng thời gian làm việc phòng máy gia tốc tiến hành thí nghiệm cho đề tài Xin cảm ơn thầy cô, anh chị đồng nghiệp Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý ủng hộ tơi q trình cơng tác Bộ mơn Cảm ơn gia đình, bạn bè sát cánh đường học tập nghiệp Tôi hi vọng kết luận văn đóng ghóp phần vào việc hồn thiện quy trình vận hành máy gia tốc HUS 5SDH-2 Tandem Pelletron để phục vụ cho công tác giảng dạy nghiên cứu ứng dụng máy gia tốc Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học tự nhiên nói riêng đất nước nói chung Hà Nội, Ngày 15 tháng 10 năm 2013 Học viên Vi Hồ Phong MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương - TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TÁN XẠ NGƯỢC RUTHERFORD 1.1 Hệ số động học tán xạ ngược 1.2 Độ phân giải khối lượng 1.3 Tiết diện tán xạ đàn hồi 11 1.4 Hình học tán xạ 12 1.5 Sự suy giảm lượng 14 1.6 Thang độ sâu, hệ số tiết diện hãm 16 1.7 Độ sâu đạt 16 1.8 Nhòe lượng 17 1.9 Độ phân giải theo chiều dày 19 1.10 Cấu trúc phổ RBS 19 Chương - TÍNH TỐN VÀ TỐI ƯU HĨA CÁC ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM TRONG PHÂN TÍCH RBS 22 2.1 Các bước mô phổ RBS 22 2.2 Khảo sát thông số chịu ảnh hưởng điều kiện thực nghiệm 27 2.2.1 Độ sâu đạt 27 2.2.2 Độ phân giải khối lượng 27 2.2.3 Độ phân giải theo chiều dày 29 Chương - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Kết mô phổ RBS 32 3.2 Độ phân giải khối lượng, độ nhòe chùm tia tới 34 3.3 Độ sâu đạt 38 3.4 Độ phân giải theo chiều dày 40 3.4.1 Khảo sát phụ thuộc vào lượng chùm tia tới 40 3.4.2 Khảo sát phụ thuộc vào góc nghiêng mẫu 42 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined PHỤ LỤC 48 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Ảnh hệ máy gia tốc đặt Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hình 1.2 Hình học va chạm đàn hồi hai vật thể hệ quy chiếu phịng thí nghiệm hệ quy chiếu khối tâm (CM) Hình 1.3 Đồ thị biểu diễn hệ số động học tán xạ ngược K theo góc tán xạ tí số khối lượng 𝑥 −1 = 𝑀2 /𝑀1 Hình 1.4 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc ∆𝑀2 ( 𝐸0 ∆𝐸1 ) vào khối lượng hạt bia 𝑀2 chùm tia tới có khối lượng 𝑀1 khác nhau, đơn vị khối lượng amu, góc tán xạ 180𝑜 (được vẽ phần mềm gnuplot) 10 Hình 1.5 Hình học IBM Cornell 13 Hình 1.6 Minh họa mơ hình tính tốn độ sâu đạt [9] 17 Hình 1.7 Phân bố lượng chùm tia thay đổi nhòe lượng [9] 18 Hình 1.8 Sự hình thành phổ RBS [6] 20 Hình 2.1 Minh họa thành phần định nghĩa “brick” 23 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 28 Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiêm RBS bên buồng tán xạ RC43 29 Hình 3.1 Giao diện phần mềm mơ phổ RBS 32 Hình 3.2 Phổ mơ mẫu phức tạp, đường màu đỏ phổ mô thực phần mềm SIMNRA, đường màu xanh phổ mô phần mềm RUT 33 Hình 3.3 Mơ phổ RBS mẫu vàng kính, đường màu xanh phổ mô phỏng, đường màu đỏ phổ thực tế 34 Hình 3.4 Đường làm khớp đạo hàm số sườn sau phổ tán xạ ngược từ lớp vàng 35 Hình 3.5 Đường làm khớp đạo hàm số sườn trước phổ tán xạ ngược từ lớp vàng 35 Hình 3.6 Thay đổi độ phân giải khối lượng hệ RBS theo lượng chùm hạt tới 37 Hình 3.7 Kết khảo sát độ phân giải theo chiều dày lớp vàng độ sâu ~200 x1015 nguyên tử/cm2 lượng chùm tia tới thay đổi 41 Hình 3.8 Kết khảo sát độ phân giải theo chiều dày với lượng chùm tia tới thay đổi nhóm tác giả M.S.Kim et al [6], thực mẫu Au, bề dày 202 µg/cm2 Al, bề dày 233 µg/cm2 42 Hình 3.9 Kết khảo sát độ phân giải theo chiều dày lớp vàng độ sâu ~200 x 1015 nguyên tử/cm2 góc nghiêng mẫu khác 44 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Chuyển đổi góc định nghĩa hai phần mềm mô RUMP SIMNRA 13 Bảng 3.1 Độ phân giải khối lượng hệ RBS lượng chùm tia tới khác 36 Bảng 3.2 Độ sâu đạt phân tích RBS với chùm tia 1H 4He tán xạ bia dày Au, Ag, Ni Al góc tán xạ 1700 38 Bảng 3.3 Độ phân giải theo chiều dày lượng chùm tia tới khác độ dày ~200 x 1015 nguyên tử/cm2 lớp vàng mỏng, góc nghiêng mẫu 500 40 Bảng 3.4 Tính tốn độ phân giải theo chiều dày góc nghiêng mẫu khác 43 BẢNG KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt RBS Rutherford Backscattering Spectrometry Phương pháp phổ tán xạ ngược Rutherford PIXE Particle-Induced X-ray Emission Phân tích phát xạ tia X tạo chùm hạt NRA Nuclear Reaction Analysis Phương pháp phân tích dựa vào phản ứng hạt nhân IBA Ion Beam Analysis Phương pháp phân tích chùm ion MCA Multi-Channel Analyzer Bộ phân tích đa kênh FWHM Full Width at Half Maximum Độ rộng nửa chiều cao LVTS VLNT MỞ ĐẦU Hệ máy gia tốc HUS 5SDH-2 Tandem Pelletron đặt trường Đại học Khoa học tự nhiên lắp đặt đưa vào sử dụng từ năm 2011 Một ứng dụng hệ máy gia tốc phân tích vật liệu phương pháp phổ tán xạ ngược Rutherford, gọi tắt RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry) RBS ứng dụng rộng rãi khoa học vật liệu để khảo sát tính chất màng mỏng, vật liệu cấy ghép hay vật liệu bán dẫn … phương pháp phân tích có ưu điểm sau đây: - Cho phép xác định phân bố nguyên tố theo chiều dày - Độ sâu phân tích cỡ micron, thích hợp cho việc phân tích lớp vật liệu bề mặt mẫu - Có khả xác định tạp chất lớp vật liệu - Có khả xác định sai hỏng cấu trúc tinh thể áp dụng kỹ thuật channeling - Có khả phân tích song song kết hợp với kỹ thuật phân tích chùm ion khác PIXE, NRA… Trong phương pháp phân tích này, tùy theo yêu cầu cụ thể loại mẫu mà việc tính tốn, xác định điều kiện thực nghiệm tối ưu đặt phép đo Vấn đề M.S.Kim et al (1996) [6] nghiên cứu, nhóm tác giả tiến hành hàng loạt thí nghiệm mẫu chuẩn dựa vào số đặc trưng phổ RBS thu để tiến hành khảo sát thông số độ phân giải theo chiều dày điều kiện thí nghiệm khác Đây ba thông số chịu ảnh hưởng điều kiện thực nghiệm với độ phân giải khối lượng độ sâu đạt (accessible depth) Ngồi ra, cơng trình mình, J.S Williams W Moller (1978) [4] tiến hành việc tối ưu hóa độ phân giải theo chiều dày dựa vào mơ hình tính tốn thực nghiệm Vì lý trên, tác giả lựa chọn đề tài “Tính tốn tối ưu hóa điều kiện thực nghiệm phân tích RBS máy gia tốc HUS 5SDH-2 Tandem LVTS VLNT H 2800 1.49 1.65 1.39 2.47 800 1.74 2.02 1.77 3.89 1000 2.38 2.81 2.44 5.40 1200 3.08 3.70 3.18 7.13 1400 3.85 4.69 4.00 9.05 1600 4.67 5.75 4.90 11.16 1800 5.54 6.90 5.87 13.46 2000 6.47 8.12 6.91 15.94 2.4 2.7 2.4 4.5 6.4 7.7 6.9 15 Kết tính tốn phần mềm tác giả luận văn phù hợp với kết cơng bố Tuy nhiên, có số sai khác nhỏ giải thích việc sử dụng tiết diện hãm lấy từ tài liệu khác Cụ thể, tác giả Chu sử dụng tiết diện hãm Zeigler công bố năm 1973 phần mềm RUT lại sử dụng tiết diện hãm Zeigler công bố năm 1977 Điều dẫn đến kết tính tốn suy giảm lượng khác 39 LVTS VLNT 3.4 Độ phân giải theo chiều dày 3.4.1 Khảo sát phụ thuộc vào lượng chùm tia tới Thực nghiệm tiến hành với lượng chùm hạt tới khác để khảo sát độ phân giải lượng theo chiều dày độ sâu ~200 x 1015 nguyên tử/cm2 mẫu vàng mỏng, với góc nghiêng mẫu 50 độ Kết liệt kê Bảng 3.3 cho thấy độ phân giải lượng tồn phần thay đổi khơng nhiều lượng chùm hạt tới thay đổi Điều hoàn toàn phù hợp với lý thuyết Bohr (được thể Cơng thức 1.3) mà nhịe lượng mẫu phụ thuộc vào quãng đường mà chùm hạt tới mẫu Mặt khác, tính toán lý thuyết sử dụng phần mềm hệ số tiết diện hãm, với sai số tính đến sở liệu 5%, cho thấy giá trị giảm dần lượng chùm tia tăng lên Điều dẫn đến việc độ phân giải theo chiều dày có xu hướng tăng lượng chùm hạt tới tăng lên Hình 3.7 cho thấy phù hợp giá trị tính tốn lý thuyết giá trị khảo sát thực nghiệm Bảng 3.3 Độ phân giải theo chiều dày lượng chùm tia tới khác độ dày ~200 x 1015 nguyên tử/cm2 lớp vàng mỏng, góc nghiêng mẫu 500 Năng lượng chùm tia tới (keV) Độ phân giải lượng 𝐸𝐻 − 𝐸𝐿 toàn phần (keV) (keV) Hệ số tiết diện Độ phân giải hãm (lý thuyết) lượng (x1015 (x 10-15 eVcm2) nguyên tử/cm2) 1000 22.118 ± 0.411 76.005 ± 0.174 369.315 57.926 ± 3.093 1200 24.753 ± 0.230 76.991 ± 0.111 373.477 63.998 ± 3.256 1400 23.942 ± 0.181 73.559 ± 0.085 370.704 64.789 ± 3.277 1600 25.161 ± 0.196 72.931 ± 0.091 363.637 68.675 ± 3.476 40 LVTS VLNT 24.231 ± 0.221 69.518 ± 0.102 354.241 69.385 ± 3.528 2000 23.269 ± 0.175 68.919 ± 0.085 343.877 67.207 ± 3.399 2200 23.081 ± 0.309 65.270 ± 0.132 333.402 70.392 ± 3.647 2400 22.676 ± 0.183 63.628 ± 0.086 323.275 70.942 ± 3.594 2600 23.543 ± 0.185 61.707 ± 0.110 313.678 75.946 ± 3.846 Lý thuyết Thực nghiệm 15 Độ phân giải theo chiều dày (x10 nguyên tử/cm ) 1800 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 500 1000 1500 2000 2500 3000 Năng l-ợng chùm tia tíi (keV) Hình 3.7 Kết khảo sát độ phân giải theo chiều dày lớp vàng độ sâu ~200 x1015 nguyên tử/cm2 lượng chùm tia tới thay đổi Từ kết cho thấy đạt độ phân giải theo chiều dày tốt cách giảm lượng chùm hạt tới Theo tính tốn lượng chùm hạt tới phù hợp vào khoảng 1200 keV Ngoài ra, trình vận hành máy gia tốc cho thấy lượng chùm hạt tới cần phải lớn 1000 keV để đạt độ ổn định tốt cường độ lượng chùm hạt 41 LVTS VLNT Kết khảo sát độ phân giải theo chiều dày lượng chùm hạt tới thay đổi tác giả M.S.Kim et al [6] (Hình 3.8) cho thấy độ phân giải theo chiều dày tăng lượng chùm hạt tới tăng Hình 3.8 Kết khảo sát độ phân giải theo chiều dày với lượng chùm tia tới thay đổi nhóm tác giả M.S.Kim et al.[6], thực mẫu Au, bề dày 202 µg/cm2 Al, bề dày 233 µg/cm2 3.4.2 Khảo sát phụ thuộc vào góc nghiêng mẫu Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả tập trung khảo sát thay đổi độ phân giải theo chiều dày góc nghiêng mẫu thay đổi Điều có ý nghĩa quan trọng phân tích RBS người ta thường áp dụng kỹ thuật nghiêng mẫu để tăng độ phân giải theo chiều dày, từ dễ dàng mô phổ RBS mẫu kết tính tốn phân bố độ dày có độ xác cao Bảng 3.4 cho biết độ phân giải theo chiều dày theo góc nghiêng khác Các thơng số sử dụng q trình tính toán liệt kê độ phân 42 LVTS VLNT giải lượng toàn phần, hệ số tiết diện hãm Kết minh họa Hình 3.9 cho thấy phù hợp tính tốn thực nghiệm với lý thuyết góc nghiêng mẫu nhỏ Khi góc nghiêng mẫu tăng lên ảnh hưởng hai tham thơng số liên quan đến tán xạ nhiều lần (𝛿𝐸𝑀𝑆 ) phân bố theo chiều ngang chùm tia (𝛿𝐸𝐿𝑆 ) tăng lên đáng kể khiến kết tính tốn thực nghiêm lý thuyết có chênh lệch Bảng 3.4 Tính tốn độ phân giải theo chiều dày góc nghiêng mẫu khác Góc nghiêng (độ) Độ phân giải lượng 𝐸𝐻 − 𝐸𝐿 toàn phần (keV) (keV) Hệ số tiết diện Độ phân giải hãm (lý thuyết) theo chiều dày (x 10-15 eVcm2) (nguyên tử/cm2) 18.932 ± 0.302 41.882 ± 0.123 213.908 89.978 ± 4.730 10 19.102 ± 0.279 42.722 ± 0.114 217.219 89.004 ± 4.643 20 20.060 ± 0.229 44.805 ± 0.109 227.685 89.123 ± 4.576 30 19.650 ± 0.280 48.803 ± 0.117 247.128 80.149 ± 4.171 40 22.202 ± 0.262 54.838 ± 0.118 279.523 80.592 ± 4.144 45 22.855 ± 0.280 59.620 ± 0.118 302.931 76.307 ± 3.931 50 23.081 ± 0.309 65.270 ± 0.132 333.402 70.392 ± 3.647 55 24.641 ± 0.295 73.885 ± 0.139 373.867 66.388 ± 3.416 60 26.347 ± 0.297 84.140 ± 0.130 429.252 62.333 ± 3.196 65 30.053 ± 0.338 100.732 ± 0.165 508.473 59.389 ± 3.045 70 35.912 ± 0.596 125.466 ± 0.256 629.476 56.976 ± 3.004 43 Lý thuyÕt Thùc nghiÖm 100 90 80 15 Độ phân giải theo chiều dày (x10 nguyªn tư/cm ) LVTS VLNT 70 60 50 40 30 20 20 40 60 80 Góc nghiêng (độ) Hỡnh 3.9 Kết khảo sát độ phân giải theo chiều dày lớp vàng độ sâu ~200 x 1015 nguyên tử/cm2 góc nghiêng mẫu khác Kết tính tốn cho thấy độ phân giải lượng tồn phần (FWHM đỉnh Gauss làm khớp) có xu hướng tăng lên tăng góc nghiêng mẫu Điều hoàn toàn phù hợp với lý thuyết độ nhịe lượng nghiêng mẫu, qng đường hạt tới mẫu khỏi mẫu vào detector tăng lên, theo cơng thức Bohr (Cơng thức 1.23) độ nhịe tỉ lệ thuận với độ dày mà chùm tia qua Kết tính tốn độ phân giải theo chiều dày cho thấy giá trị bắt đầu giảm mạnh góc nghiêng >30 độ Góc nghiêng tối đa đạt bố trí thí nghiệm 70 độ (vì giới hạn kích thước chùm tia kích thước mẫu) Độ phân giải theo chiều dày đạt giá trị nhỏ số giá trị góc khảo sát Từ đó, rút kết luận độ phân giải theo chiều dày tốt mẫu nghiêng với góc nghiêng lớn tốt Trên thực tế 44 LVTS VLNT góc nghiêng bị giới hạn bố trí thí nghiệm (như nêu) Tuy nhiên góc nghiêng lớn làm tăng diện tích tiếp xúc chùm tia với mặt phẳng mẫu làm tăng ảnh hưởng độ nhòe lượng độ ghồ ghề bề mặt mẫu, phân bố góc chùm hạt tới detector phân bố theo chiều ngang chùm hạt tới mẫu Do thực nghiệm, tùy theo điều kiện bố trí thí nghiệm cụ thể mà chọn góc nghiêng mẫu cho thích hợp, cần phải đảm bảo điều kiện cho góc nghiêng mẫu lớn 30 độ để đạt độ phân giải theo chiều dày tốt (xét cho trường hợp phân bố nguyên tố Vàng vật liệu) 45 LVTS VLNT KẾT LUẬN Luận văn trình bày nguyên lý phương pháp phân tích tán xạ ngược Rutherford thông số ảnh hưởng điều kiện thực nghiệm lên kết phân tích Các thơng số bao gồm độ phân giải lượng, độ sâu đạt độ phân giải theo chiều dày Các thông số khảo sát thông qua thực nghiệm mẫu chuẩn thay đổi điều kiện thực nghiệm lượng chùm hạt tới, góc nghiêng mẫu, loại chùm hạt tới Từ tác giả đưa đến kết luận điều kiện thực nghiệm tối ưu, cụ thể để đạt độ phân giải khối lượng, độ phân giải theo chiều dày tốt khả thăm dò độ sâu lớn vật liệu Ngoài ra, tác giả xây dựng phần mềm RUT mô phổ RBS trích xuất thơng số cần thiết từ phần mềm Cụ thể thơng số độ sâu đạt được tính tốn RUT phù hợp với tính tốn trước Chu [9] Bên cạnh đó, kết mơ phần mềm RUT phù hợp với kết mô phần mềm thơng dụng SIMNRA Kết tính tốn thơng số cịn cho thấy phù hợp lý thuyết nhòe lượng độ phân giải lượng lượng chùm hạt tới góc nghiêng mẫu thay đổi, đồng thời cho thấy ổn định chùm hạt gia tốc hệ máy gia tốc Tandem Các tính tốn luận văn hồn tồn áp dụng cho mẫu vật liệu thực tế giúp cải thiện khả phân giải phép đo Trong tương lai, tác giả xây dựng thêm chức giúp tối ưu hóa điều kiện thực nghiệm mẫu cụ thể hồn thiện lại phần mềm mơ cách thêm vào tính tốn hiệu ứng gây lớp vỏ electron che chắn, tiết diện tán xạ non-Rutherford 46 LVTS VLNT TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh Lawrence R Doolittle (1985), "Algorithms for the rapid simulation of Rutherford Backscattering Spectra", Nucl Instrum Methods B, 9, pp 344-351 J.F Ziegler (1977), Helium - Stopping Powers and Ranges in All Elements, vol of The Stopping and Ranges of Ions in Matter, Pergamon Press, New York J.F.Ziegler, H.H Andersen (1977), Hydrogen - Stopping Powers and Ranges in All Elements vol of The Stopping and Ranges of Ions in Matter, Pergamon Press, New York J.S.Williams and W Moller (1978), "On the determination of optimum depthresolution conditions for Rutherford Backscattering Analysis," Nucl Instr and Meth., 157, pp 213-221 J.S Williams (1978), "The application of high-resolution Rutherford backscattering techniques to near-surface analysis," Nucl Instr and Meth., 149, p 207 M.S.Kim et al.(1996), "Determination of the optimum experimental conditions for enhanced depth resolution in RBS using He ions," Nucl Instrum Methods B,108, pp 136-146 M Mayer (1999), "SIMNRA, a Simulation Program for the Analysis of NRA, RBS and ERDA," 15th International Conference on the Application of Accelerators in Research and Industry, J L Duggan and I.L Morgan (eds.), American Institute of Physics, vol 475, p 541 N Bohr, K Dan Vidensk Selsk (1948), Mat.-Fys Medd, 18, p W.K.Chu, J.W Mayer, M.A Nicolet (1978), Backscatering Spectrometry, Academic Press, New York 10 Yoshiaki Kido and Yukio Oso (1985), "Computer analysis of random and channeled backscattering spectra," Nucl Instr and Meth B, 9, pp 291-300 47 LVTS VLNT PHỤ LỤC Phụ lục Cấu trúc Class chương trình RUT Trong tập tin RUT_AndersonZiegler_Stopping.dll Class “RUT_AZ_Stopping” Sơ đồ Class Giải thích - Loại chùm tia - Tỉ lệ nguyên tố - Các hệ số A1-A5 - Năng lượng chùm tia tới - Nguyên tử khối - Nhập hệ số tiết diện hãm - Xác định hàm tính độ suy giảm lượng - Tính độ suy giảm lượng - Xác định hàm tính tích phân Rutherford - Tính tích phân Rutherford - Hàm khởi tạo - Tính tốn độ suy giảm lượng - Tính tốn tích phân Rutherford - Hàm tính tốn hiệu ứng “vỏ” - Hàm tính tốn độ sâu hạt dừng hồn tồn - Xác định hàm tính tốn hiệu ứng “vỏ” - Tích phân tính tốn hiệu ứng vỏ - Tính tốn hệ số tiết diện hãm Trong tập tin RUT_Brick Class “bricks” Sơ đồ Class Giải thích 48 LVTS VLNT -Độ sâu đạt - Hình học đo Góc alpha - Loại chùm tia - Độ tịe chùm tia - Hình học đo Góc beta - Biến trung gian - Biến trung gian - Biến trung gian - Độ phân giải lượng detector -Năng lượng ion tới - Tính tốn bao gồm đồng vị hay không - Biến chứa thông số lớp - Năng lượng tối thiểu để tính độ sâu đạt - Khối lượng chùm tia tới - Số hiệu nguyên tử chùm tia tới - Hình học đo: Góc khối - Các hệ số tính tốn độ nhịe - Hình học đo: Góc theta - Tính tốn suy giảm lượng - Tính tốn suy giảm lượng kèm theo xác định độ sâu - Tính tốn “tích phân Rutherford” - Các tính tốn qng đường hạt tới - Chia lớp nhập thành nhiều lớp - Hàm khởi tạo - Tính tốn qng đường hạt sau tán xạ - Tính tốn hiệu ứng “vỏ” - Tính tốn hệ số tiết diện hãm - Hàm phụ trợ xác định độ sâu đạt - Hàm phụ trợ xác định độ sâu đạt - Hàm phụ trợ xác định độ sâu đạt - Định nghĩa cấu trúc chứa thông tin độ sâu đạt - Định nghĩa cấu trúc “brick” - Định nghĩa cấu trúc lớp 49 LVTS VLNT - Biến chứa danh sách đồng vị - Tính tốn tiết diện tán xạ - Tạo danh sách đồng vị - Tính tốn hệ số động học - Tính tốn khối lượng trung bình từ số khối - Hàm trung gian Trong tập tin RUT_Virtual_MCA.dll Class “RUT_MCA” Sơ đồ Class Giải thích - Biến chứa thông tin ‘brick’ - Số đếm kênh - Độ rộng lượng kênh - Năng lượng kênh - Tổng số ion tới - Số đếm tương ứng kênh (chưa gồm nhòe) - Biến trung gian - Số đếm tương ứng kênh (đã bao gồm nhòe) - Hàm trung gian - Hàm trung gian - Hàm trung gian - Hàm trung gian - Hàm khởi tạo - Tính tốn tạo số đế kênh (chưa gồm nhịe) - Tính tốn tạo số đế kênh (đã bao gồm nhòe) 50 LVTS VLNT Phụ lục Code Visual BasicTM NET tính tốn độ suy giảm lượng vật liệu tập tin RUT_AndersonZiegler_Stopping.dll Imports System.IO Imports DotNumerics.ODE Public Class RUT_AZ_Stopping ' Định nghĩa thuộc tính Dim E0 As Double Dim z() As Integer Dim c() As Double Public beam As String Public coefs(,) As Double ' Khởi tạo lớp Sub New(ByVal E0_n As Double, ByVal z_n() As Integer, ByVal c_n() As Double, beam_n As String) E0 = E0_n z = z_n c = c_n coefs = coefs_gen(z_n, beam_n) beam = beam_n End Sub ' Phương thức đọc hệ số từ A1-A5 công thức Anderson Ziegler từ hai tập tin STOPHE (cho He) STOPH (cho H) Private Function coefs_gen(ByVal z() As Integer, beam As String) As Double(,) Dim coefs_return(4, UBound(z)) As Double Dim temp() As String If beam = "He" Then temp = File.ReadAllText(Directory.GetCurrentDirectory() + "\Resources\STOPHE.DAT").Split(vbNewLine) For j = To UBound(z) coefs_return(0, j) = CDbl(Trim(temp(z(j) - 1).Substring(6, 7))) coefs_return(1, j) = CDbl(Trim(temp(z(j) - 1).Substring(13, 7))) coefs_return(2, j) = CDbl(Trim(temp(z(j) - 1).Substring(20, 6))) coefs_return(3, j) = CDbl(Trim(temp(z(j) - 1).Substring(26, 7))) coefs_return(4, j) = CDbl(Trim(temp(z(j) - 1).Substring(33, temp(z(j) - 1).Length() - 33))) Next Else temp = File.ReadAllText(Directory.GetCurrentDirectory() + "\Resources\STOPH.DAT").Split(vbNewLine) For j = To UBound(z) coefs_return(0, j) = CDbl(Trim(temp(z(j) - 1).Substring(6, 6))) coefs_return(1, j) = CDbl(Trim(temp(z(j) - 1).Substring(12, 6))) coefs_return(2, j) = CDbl(Trim(temp(z(j) - 1).Substring(18, 8))) coefs_return(3, j) = CDbl(Trim(temp(z(j) - 1).Substring(26, 6))) coefs_return(4, j) = CDbl(Trim(temp(z(j) - 1).Substring(32, 9))) Next End If Return coefs_return End Function ' Phương thức tính tốn tiết diện hãm Public Function stopping_cs(ByVal E0_n As Double) As Double Dim sh, sl, scsj As Double stopping_cs = If beam = "He" Then For j = To UBound(z) 51 LVTS VLNT sl = coefs(0, j) * (E0_n ^ coefs(1, j)) sh = (1000 * coefs(2, j) / E0_n) * Math.Log(1 + (1000 * coefs(3, j) / E0_n) + (coefs(4, j) * E0_n / 1000)) scsj = (sl * sh) / (sl + sh) stopping_cs = stopping_cs + scsj * c(j) Next Else For j = To UBound(z) sl = coefs(1, j) * (E0_n ^ 0.45) sh = (coefs(2, j) / E0_n) * Math.Log(1 + (coefs(3, j) / E0_n) + coefs(4, j) * E0_n) scsj = (sl * sh) / (sl + sh) stopping_cs = stopping_cs + scsj * c(j) Next End If End Function ' Phương thức định nghĩa hàm vi phân tính tốn suy giảm lượng Function fun(ByVal a As Double, ByVal e() As Double) As Double() Dim ekev As Double = e(0) / 1000 Dim tempb(0) As Double tempb(0) = -stopping_cs(ekev) Return tempb End Function ' Phương thức tính tốn suy giảm lượng Public Function RUT_End(ByVal a As Double) As Double Dim func As New OdeFunction(AddressOf fun) Dim ode_obj As New OdeExplicitRungeKutta45(func, 1) ode_obj.SetInitialValues(0, {E0 * 1000}) Dim sol(,) As Double sol = ode_obj.Solve({E0 * 1000}, {0, a}) RUT_End = sol(sol.GetLength(1) - 1, 1) / 1000 End Function ' Phương thức định nghĩa hàm tính “tích phân Rutherford” Private Sub int_function_1_func(x As Double, xminusa As Double, bminusx As Double, ByRef y As Double, obj As Object) y = / ((x ^ 2) * stopping_cs(x)) End Sub ' Phương thức tính “tích phân Rutherford” Private Function integrate(ByVal e0 As Double, ByVal e1 As Double) As Double ' ' Dim a As Double = e1 Dim b As Double = e0 Dim s As autogkstate = New XAlglib.autogkstate() ' initializer can be dropped, but compiler will issue warning Dim v As Double Dim rep As autogkreport = New XAlglib.autogkreport() ' initializer can be dropped, but compiler will issue warning XAlglib.autogksmooth(a, b, s) XAlglib.autogkintegrate(s, AddressOf int_function_1_func, Nothing) XAlglib.autogkresults(s, v, rep) Return v End Function Public Function RUT_Integral(ByVal a As Double) As Double RUT_Integral = integrate(E0, RUT_End(a)) End Function ' Phương thức xác định hàm tính độ sâu mà hạt dừng hồn tốn (Stopping range) 52 LVTS VLNT Function fun4stoprange(ByVal E As Double, ByVal a() As Double) As Double() Dim ekev As Double = E / 1000 Dim tempb(0) As Double tempb(0) = -1 / stopping_cs(ekev) Return tempb End Function ' Phương thức tính độ sâu mà hạt dừng hồn tồn (Stopping range) Public Function RUT_stoprange() Dim func4stoprange As New OdeFunction(AddressOf fun4stoprange) Dim ode_obj As New OdeExplicitRungeKutta45(func4stoprange, 1) ode_obj.AbsTol = 0.1 ode_obj.RelTol = 0.1 ode_obj.SetInitialValues(E0 * 1000, {0}) Dim sol(,) As Double sol = ode_obj.Solve({0}, {E0 * 1000, 0}) RUT_stoprange = sol(sol.GetLength(1) - 1, 1) End Function 53 ... luận văn tiến hành hệ máy gia tốc Tandem 5SDH-2 đặt Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, hệ phổ kế hạt tích điện nặng sử dụng phân tích RBS đặt kênh phân tích máy gia tốc. .. vật liệu cấy ghép hay vật liệu bán dẫn … phương pháp phân tích có ưu điểm sau đây: - Cho phép xác định phân bố nguyên tố theo chiều dày - Độ sâu phân tích cỡ micron, thích hợp cho việc phân tích. .. hóa độ phân giải theo chiều dày dựa vào mơ hình tính tốn thực nghiệm Vì lý trên, tác giả lựa chọn đề tài “Tính tốn tối ưu hóa điều kiện thực nghiệm phân tích RBS máy gia tốc HUS 5SDH-2 Tandem