离子束分析

物理学术语

离子束分析是用加速器产生的带电粒子束轰击材料，与材料原子或原子核相互作用，导致材料发射x-射线、γ-射线、粒子等次级辐射，次级辐射具有发射原子或原子核的特征，通过次级辐射的测量，测定材料成分及其深度分布，它们的含量与深度分布，沟道效应能够测定单晶材料损伤的深度分布和原子定位。

离子束分析

常用离子束分析技术有核反应分析(nuclear reaction analysis，NRA)、卢瑟福背散射分析(Rutherford backscattering，RBS)、粒子激发X荧光分析(particle induced X-ray emission，PIXE)、加速器质谱分析(accelerator mass spectrometry，AMS)和沟道效应分析(channeling effect，CE)等。

离子束可以聚焦成亚微米尺度的微束。利用微束的离子束分析（离子束微探针）能够测定样品微区的元素成份和含量，通过扫描测量还可以测定样品元素成份和含量的空间分布。

卢瑟福背散射分析

加速器产生的一定能量（大于化学结合能，小于核反应阈能或共振能量）的带电粒子入射到材料，绝大部分与电子碰撞，虽然损失一定能量，但仍沿原来入射方向行进。极少部分，与靶原子核发生大角度库仑散射，这种大角度库仑散射称为卢瑟福背散射。不同元素散射粒子的能量不同，通过大角度散射粒子（背散射粒子）的探测，可以鉴别元素种类和测定元素含量。入射带电粒子在其入射路径和散射粒子在其出射路径上有一定能量损失，同一元素其所处的深度不同，散射粒子能量不同，通过散射粒子能谱测量可以无损地测量元素深度分布。卢瑟福背散射可以很好地测量轻基体材料中的重元素，测量不需要标准样品。

卢瑟福背散射分析中入射带电粒子的质量小于待分析元素的质量。反之，入射带电粒子质量大于待分析元素质量，前向弹性反冲探测分析（Elastic recoil detection，ERD），这种方法可以测量重基体材料中的轻元素含量极其深度分布。

粒子激发X荧光分析

利用原子受激产生的特征 X射线的能量和强度来进行物质成分和含量测量的方法，称为粒子激发X荧光分析。加速器产生的带电粒子、电子、同步辐射x-射线和放射性同位素源发射的α粒子、β粒子和γ（X）光子等轰击样品，将元素原子的内层电子激出，在电子原来位置留下一个空穴，原子外层电子填补这个空穴，发射特征x-射线，各种元素的特征X射线不同，因此从特征X射线的能量和强度能够鉴别元素和测定元素含量。加速器分析中一般采用质子，称为质子激发X荧光分析。在便携式装置中一般采用X激发源，称为X荧光分析。

核反应分析

核反应一般用A(a,b)B表示，a是入射带电粒子，A是核反应靶（待分析元素），b是核反应出射粒子，B是核反应生成核。带电粒子核反应分析是测量加速器产生的带电粒子a与待分析元素A的核反应的出射粒子b的能谱。由出射粒子b鉴别元素种类，从其产额测定元素含量。核反应出射粒子能谱与入射带电粒子a和出射粒子b在样品中的能量损失有关，不同深度处核反应出射粒子能量不同，其强度或峰计数取决于该深度核反应截面和元素含量。从出射粒子能谱，利用能损dE/dX，可以将能谱转换为元素含量的深度分布。在用共振反应分析时，通过改变入射粒子的能量测定元素的深度分布。

沟道效应分析

沟道效应是加速器产生的带电粒子束入射到单晶中的一种特殊现象。一束准直的带电粒子束与单晶样品原子的相互作用，当入射带电粒子束的方向接近或平行与晶体的某一个主晶轴方向或主晶面方向时，核反应、粒子激发X荧光和卢瑟福背散射等近距相互作用事件的产额或几率大大减少，粒子的射程明显增加。这种粒子与单晶相互作用呈现强烈方向性的效应称为沟道效应。利用这个效应进行的分析称为沟道效应分析。沟道效应的测量是通过核反应、粒子激发X荧光和卢瑟福背散射产额随入射带电粒子与晶轴或晶面间的夹角变化进行的。沟道效应分析可以测量材料辐射损伤及其深度分布和材料中杂质原子的精确地位。

阻塞效应是沟道效应的逆过程。晶体点阵位置上原子核发射的带电粒子，其出射几率强烈地依赖粒子出射方向与晶轴或晶面间夹角，在晶轴或晶面方向几乎没有出射粒子。

加速器质谱分析

加速器质谱(AMS)分析是将常规质谱技术与加速器技术和离子探测技术相结合，而构成的一种具有超高灵敏度的质谱分析技术。加速器质谱方法可以排除常规质谱分析不能排除的各种本底，使分析灵敏度达到10～10，也就是可以从千万亿个原子中将一个要探测原子分辨出来。

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