读《离子的喷泉——电子回旋共振离子源》 张翔 2011 年 8 月 29 日 1. 离子源的相关基本知识： 1.1 离子源概说： 原子是由原子核和核外电子构成，当原子核外层电子被剥掉一个或几个，即形成了离子。被剥离的电子数目称为离子的电荷态。 一台离子源的性能根本上是由电离室（放电室）内等离子体的性质决定的。而等离子体的性质与下列因素密切相关：周围的磁场和电场分布；放电室表面状况及伴随所发生的相关效应；放电室内工作气压；为加工离子源所涉及到的工艺。 从离子源中引出的离子束必须在真空管道中传输，管道内真空度必须足够好，一般要求它的密度比大气密度的十亿分之一还要小。否则管道内剩余气体的原子会与离子束的离子“碰撞”，使离子从剩余气体的原子中俘获电子而损失掉。从离子源中喷射出来的离子并不都是沿着平行于管道中心轴线运动，而是与中心轴线成一定的夹角，也就是说，从离子源中出来的离子有一定的发散度，如果没有外界力的作用使其改变方向，则随着传输距离的增加，许多离子就会打到管壁上损失掉。在这一点上，离子束与光束很类似，为了防止发散，都需要利用透镜聚焦束流。聚焦透镜一般都是利用电场或磁场使带电粒子在横向受一定的作用力，从而迫使带电粒子靠近中心轴线。 离子源系统一般是由：放电室，引出部分，聚焦透镜，分析选择器，和测量部分组成。其中分析选择器是用于筛选不同同位素和电荷态离子的，与以前学的速度选择器不同。 1.2 离子的产生： 我们知道，当原子中的电子从外界获得能量时，可以从低能级跃迁到高能级，这种原子称为受激原子。当这种能量大到一定数值时，原子中的外层电子就可逃脱原子核的束缚，变成自由电子。我们称这种情况的原子被电离成自由电子和正离子。原子被电离的方法有很多，可以通过电子与原子的碰撞（将电子的动能部分地转移给原子，使其激发，物理机制是量子力学的内容）；原子和原子的碰撞；光子对原子的作用；电子或离子作用在固体表面；固体电极表面电场非常强时，也会由表面释放出电子，产生电离。不管是 ECR 源还是 RF 源还是潘宁源采用的都是电子和原子碰撞使其电离的方法。使电子逃脱原子核束缚，成为自由电子所需要的最低能量，称为电离能。 当电子和一个原子“碰撞”时，它的电场将和原子内电子的场相互作用，并不像我们想象的那样直接会碰在一起，而是通过场的作用进行能量转换，这些就需要较为复杂的量子力学来解释了，经典力学是无法解释的。（我们...
