负电荷粒子在绝缘纳米微孔膜中的传输过程

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本文对低能Cl-离子和电子在绝缘微孔膜中的传输过程进行了探究。发现负电荷粒子在绝缘微孔膜中的传输中并未建立起促进传输的导向电场,其传输中的主要物理过程为散射过程。主要工作如下:1、在GEANT 4(Geometry and Tracking 4)框架下对低能Cl-离子在Al2O3绝缘纳米微孔膜中的传输过程进行了蒙特卡洛模拟。计算过程考虑了沉积电荷作用、镜像电荷作用、散射过程与电荷交换过程。在大于几何容许角(允许粒子与微孔内壁无碰撞的出射的最大角度)的倾角下,对在不同沉积电荷量下的出射粒子角及电荷态分布进行了计算,发现沉积电荷导致出射粒子中Cl-离子占据主要部分,并且出射的Cl-离子向微孔轴向移动,双峰结构消失。而在无沉积电荷的情况下,计算出的出射粒子角分布和电荷态分布与实验符合的很好:Cl-离子沿初束方向直接出射,出射的Cl0与Cl+沿微孔轴向出射。然后在无沉积电荷的情况下,对不同倾角下的出射粒子角分布和电荷态分布进行了模拟,发现仍与实验结果符合的很好。因此低能Cl-离子在绝缘微孔膜中的传输特征主要是由散射过程和电荷态交换过程造成的,沉积的负电荷并未起到明显作用。我们进而对散射过程对出射粒子的影响进行了分析,发现出射的Cl+主要经一次散射出射,而出射的Cl0主要经一次和两次散射出射,并随着微孔倾角的增大,经两次碰撞出射的Cl0比例增大。2、实验研究了低能电子在PET(Polyethylene terephthalate,聚对苯二甲酸乙二醇酯)绝缘微孔膜中的传输过程。发现电子在绝缘微孔中的传输基本上发生在几何容许角内,出射电子沿初束方向分布。在微孔膜倾角为0o时,入射电子的能量越高,穿透率越大,穿透率比微孔膜的光学穿透率小2个量级。随着微孔膜倾角的增大,能量越高,穿透率下降越快。在对出射电子全角分布的时间演化过程的分析中,发现随着入射电荷积累,出射束斑扩散,穿透率下降,出射束斑的峰位置未发生明显移动。我们对电子在PET绝缘微孔膜中传输的时间演化过程进行了计算模拟。发现绝大部分入射电子会与微孔内壁发生碰撞并停留在微孔内壁中。出射电子主要为分布在初束方向附近的直接出射的电子,而经散射出射的电子分布在大于微孔倾角的方向,并有很大的展宽。入射到PET微孔中的电子并未建立起类似与正离子的促进电子传输的库伦场,而是建立了阻塞电子传输的库伦场。
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