3.1. Giới thiệu phần mềm Srim
Srim là một nhóm các chương trình tính tốn q trình hãm và quãng chạy của các hạt mang điện có năng lượng nằm trong khoảng từ 10 eV đến 2 GeV/amu trong vật chất sử dụng cơ học lượng tử về sự va chạm giữa ion – nguyên tử (chúng ta thường quy nguyên tử chuyển động là một “ion”, và tất cả bia ngắm là “ nguyên tử”). Trong khi va chạm, ion và nguyên tử có một sự che chắn va chạm Coulomb, bao gồm sự trao đổi và tương quan lẫn nhau giữa các lớp vỏ electron trùng lặp. Ion cũng có sự tương tác tầm xa với nguyên tử bia tạo ra sự kích thích electron và rung động lượng tử plasma bên trong bia. Điều này được mô ta bằng cách bao gồm một định nghĩa về sự tập hợp cấu trúc điện tử và cấu trúc liên kết liên nguyên tử khi sự tính tốn được thiết lập. Trạng thái mang điện của ion bên trong bia được mô tả sử dụng khái niệm về hiệu ứng mang điện, bao gồm vận tốc phụ thuộc trạng thái điện tích và màn chắn tầm xa do sự tập hợp biển electron bên trong bia.
Stopping/Range Table : Chức năng này này nhanh chóng lập một bảng độ mất năng lượng riêng và quãng chạy của ion trong chất chất với một dải năng lượng rộng. Bảng này hữu dụng để thiết lập chương trình Monte Carlo TRIM hồn thiện, cho nên bia thích hợp để kìm lại tồn bộ ion. Bia có thể có thành phần phức tạp hoặc chỉ gồm 1 loại (bia được coi là đồng nhất và dày vô hạn).
Hình 3.1 Giao diện chính phần mềm Srim
- Bảng độ mất năng lượng riêng: được đồng nhất để chúng sử dụng trong TRIM. Độ mất năng lượng riêng được đưa ra như độ mất năng lượng điện tử (với electron trong bia) và độ mất năng lượng hạt nhân (với hạt nhân bia). Độ mất năng lượng hạt nhân thường dẫn đến sự giật lại của nguyên tử, nó có một thành phần của độ mất năng lượng điện tử, tuy nhiên thành phần độ mất năng lượng thứ hai này không được xem xét.
- Bảng quãng chạy của ion: Quãng chạy của ion được tính tốn bằng cách sử dụng phương trình vận chuyển được phát triển bởi J.P. Biersack, được gọi là PRAL. Phương pháp này cho phép tính tốn nhanh qng chạy của ion với một dài rộng năng lượng của ion. Quãng chạy khá chính xác, thường trong khoảng 5% so với tính tốn bằng TRIM ( phương pháp chính xác nhất để tính quãng chạy). Các giá trị quãng chạy rời rạc ít chính xác hơn và được lập bảng để tham khảo.
TRIM Calculation : TRIM là chương trình bao gồm tồn diện nhất trong phần mềm SRIM. Nó là sự tính tốn Monte-Carlo theo ion bên trong bia, tạo nên các tính tốn cặn kẽ về sự chuyển năng lượng đến mọi sự va chạm với nguyên tử bia. TRIM chấp nhận bia phức tạp tạo nên bởi vật chất hỗn hợp đến 8 loại với 8 thành phần vật chất khác nhau. Nó sẽ tính tốn cả hai thành phần phân bố 3 chiều của ion và hiện tượng liên kết động học với độ mất năng lượng của ion: sự hư hại mẫu, sự bứt ra, ion hóa và sự tạo thành âm tử (phonon). Chương trình được tạo ra có thể gián đoạn bất cứ lúc nào và tiếp tục sau. Hình vẽ của tính tốn có thể lưu lại vào hiển thị khi cần thiết. Tính tốn được tạo ra rất có hiệu quả bởi sử dụng thuật tốn thống kê, nó đồng ý cho ion nhảy giữa các lần va chạm tính trước và sau đó tính trung bình các kết quả.
3.2. Kết quả thí nghiệm. 3.2.1. Chuẩn năng lượng. 3.2.1. Chuẩn năng lượng.
Hệ phổ kế được chuẩn năng lượng theo ba đỉnh 3.2712 MeV, 5.4857 MeV và 5.795 MeV do nguồn alpha hỗn hợp phát ra. Quá trình chuẩn năng lượng được thực hiện như sau: Buồng đo được hút chân không và cho ghi nhận phổ. Phổ ghi nhận được ở áp suất 10-3 atm được đưa ra trên hình 3.2. Có thể thấy rõ 3 đỉnh của nguồn. Độ rộng của các đỉnh phổ chủ yếu do phân giải của detector và của hệ phổ kế gây ra. Từ giá trị kênh và năng lượng tương ứng đã biết của 3 đỉnh, ta dễ dàng xây dựng được đường chuẩn năng lượng. Đường chuẩn năng lượng bậc nhất đã được chúng tôi sử dụng do ADC gần như tuyến tính trong vùng năng lượng mà ta quan tâm. Hình 3.3 đưa ra đường chuẩn năng lượng mà chúng tôi đã thiết lập cho hệ phổ kế. Có thể thấy đường chuẩn năng lượng gần như đi qua tất cả 3 điểm mà ta đã dùng để chuẩn.
Hình 3.2 Phổ năng lượng của nguồn alpha hỗn hợp.
3.2.2. Kết quả phân tích phổ năng lượng và xử lý số liệu.
Khi xác định Δx các áp suất Pc có đơn vị mmHg, vì vậy cần chuẩn lại các áp suất Pt được ghi trên áp kế về đơn vị này. Hình 3.4 là đồ thị chuẩn áp suất đối với khơng khi(a) và đối với khí Isobutan(b).
(a)
(b)
Sử dụng đường chuẩn năng lượng chuẩn các giá trị năng lượng của các đỉnh hấp thụ toàn phần của nguồn alpha hỗn hợp khi đi qua các mức áp suất khác nhau. Bảng 3.1 và 3.2 ghi lại kết quẩ sau khi chuẩn năng lượng và áp suất. Áp suất Pc là áp suất sau khi chuẩn được tính bằng đơn vị mmHg.