1、RBS卢瑟福背散射实验报告实验报告卢瑟福背散射分析（RBS实验姓名：学号：院系：物理学系实验报告一、 实验名称卢瑟福背散射分析（RBS实验二、 实验目的1、 了解RBS实验原理、仪器工作结构及应用；2、 通过对选定的样品的实验，初步掌握 RBS实验方法及谱图分析;3、 学习背散射实验的操作方法。三、 RBS实验装置主要包括四个部分：1、 一定能量离子束的的产生装置 -加速器2、 离子散射和探测的地方-靶室3、 背散射离子的探测和能量分析装置4、 放射源RBS图1背散射分析设备示意图1离子源 2.加速器主体 3聚焦系统 4.磁分析器 5光栅 6.靶室 7样品8.真空泵 9.探测器 10.前置放大
2、器 11.主放大器 12.多道分析器 13.输出四、实验原理当一束具有一定能量的离子入射到靶物质时， 大部分离子沿入射方向穿透进去， 并与靶原子电子碰撞逐渐损失其能量， 只有离子束中极小部分离子与靶原子核发生大角度库仑散射而离开原来的入射方向。入射离子与靶原子核之间的大角度库仑散射称为卢瑟福背散射 （记为 RBS。用探测器对这些背散射粒子进行侧量， 能获得有关靶原子的质量、含量和深度分布等信息。入射离子与靶原子碰撞的运动学因子、 散射截面和能量损失因子是背散射分析中的三个 主要参数。1、运动因子K和质量分辨率1）运动学因子K当一定能量（对应于一定速度）的离子射到靶上时，入射离子和靶原子发生弹性
3、碰撞，人 射离子的部分能量传给了被撞的靶原子，它本身则被散射，散射的方向随一些参量而变化,如图2（质心坐标系）所示设Zi, Z2分别为入射离子及靶原子的原子序数， m、 M分别为它们的原子质量，e为单位电子电荷量，Vo为入射离子的速度，b为碰撞参量或瞄准距离（即入 射轨迹延伸线与靶原子核的距离 ），x为散射角由分析力学可以推导出。,即存在着大角度的被反弹回来的离子，如图 3所示。RBS分析中正是这种离子，所人射离于* ff -图2弹性散射（质心坐标系）图3是实验室坐标系的背散射示意图(1)撞后为vi和V2,散射角为0o可以证明，在 mW的条件下，B,x即实际上存在着被反向散射的离子。按照能量守
4、恒及动量守恒定律，可以得到下述三个关系式1 2 1 2 1 2 mV mV MV22 0 2 2mV0 mV cos MV2 cos0 mV sin MV2sin在mm，则对K因子公式求 M的偏导 数并化减得：错误！未找到引用源。错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。m增大，S M减小，RBS质量分辩提高。可以证明在常用条件下，当 M/m =3.37时质量分辨率最佳。由于 RBS常用的金硅面垒探测器的能量分辨率随 m增大变差，所以 RBS一般选m为17。重离子做RBS时，可采用磁谱仪或飞行时间谱仪。4)入射粒子能量对 RBS质量分辨率的影响错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。入
5、射离子能量Eo越高，RBS质量分辨率越好。但 Eo太高会产生非卢瑟福散射甚至核反应。一般：p 300KeV,错误！未找到引用源。：13MeV5)M对RBS质量分辨率的影响错误 ！未找到引用源。 =错误 ！未找到引用源。M减小，S M减小，RBS质量分辩提高。所以 RBS对重元素质量分辨率差。(此公式成 立的条件是 m1/4* E=3439.40175keV, Eout=Ew-b+1/4* E=2625.00525keV查表可知：(Ein) 696.117 kev cm2 mg(Eout) 701.75kev cm2 mg由 0 =160 可得：1 2 inK out 0.863 696.117 1.064 701.75 1347.41kev cm /mgcos642.393kev2.472 10 5cm 2472(埃)膜的厚度为：N 1347.41 kev cm2 / mg 19.29g/cm3
