Get a site

پایان نامه :بررسی تجربی لومینسانس حاصل از باریکه یونی

پایان نامه رشته :فیزیک

گرایش :هستـه‌ای

عنوان : بررسی تجربی لومینسانس حاصل از باریکه یونی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران مرکزی

دانشکده علوم پایه، گروه فیزیک

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد (M.Sc)

گرایش: هستـه‌ای

 

عنوان:

بررسی تجربی لومینسانس حاصل از باریکه یونی

 

استاد راهنما:

دکتر امیدرضا کاکوئی

استاد مشاور:

دکتر علی‌اکبر میرزایی

زمستان ۱۳۹۲

چکیده پایان نامه (شامل خلاصه، اهداف، روش های اجرا و نتایج به دست آمده) :
روش‌های آنالیز با باریکه یونی، دارای مزیت‌های بارزی نسبت به سایر روش‌های آنالیز می‌باشند که به دلیل هزینه‌ زیاد راه‌اندازی این آزمایشگاه‌ها، استفاده از آن در جامعه علمی متداول نبوده و بسیاری از این روش‌ها به درستی توسعه داده نشده‌اند. در این پایان‌نامه، روش آنالیز با باریکه یونی “لومینسانس ذره- القائی؛ آیبیل”[۱] در ایران برای نخستین بار گزارش شده است. علاوه ‌بر این، در این پروژه آنالیز میکروپیکسی به عنوان روشی مکمل در کنار روش آیبیل، برای تعیین توزیع عناصر موجود در نمونه‌ها مورد استفاده قرار گرفته است. این‌ آنالیزها به وسیله تجهیزات شتابدهنده واندوگراف پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای انجام شده است. در این کار تحقیقاتی، سنگ‌های معدنی حاوی کانی‌های فلوریت، باریت، گارنت و اسفالریت به عنوان نمونه، آماده‌سازی و آنالیز شده‌اند. آنالیز آیبیل و میکروپیکسی نمونه‌ها با بهره گرفتن از باریکه‌ی پروتونی MeV 2/2 انجام شد. با تحلیل داده‌های حاصل، اطلاعات ارزشمندی پیرامون علل گسیل لومینسانس از نمونه‌ها و نقشه توزیع عنصری آنها به دست آمده است. با بهره گرفتن از روش آیبیل عناصر کم مقدار دیگر موجود در نمونه‌های معدنی با حد آشکارسازی کم، شناسائی و معرفی شدند. این موضوع توانائی روش‌های آیبیل و میکروپیکسی را به عنوان دو روش مکمل، در بررسی و مطالعه کانی‌ها و مواد معدنی نشان می‌دهد.
۱ Ion Beam Induced Luminescence: IBIL
فهرست مطالب
عنوان.صفحه
فصل اول: کلیات طرح ۱
مقدمه ۱
فصل دوم: مطالعات نظری ۵
مقدمه ۵
۲-۱ برهم‌کنش یون با ماده ۵
۲-۱-۱ اتلاف انرژی الکترونی ۸
۲-۱-۱-۱ حالت‌های اتلاف انرژی الکترونی ۹
۲-۱-۲ برد یون ۱۲
۲-۱-۳ اتلاف انرژی هسته‌ای ۱۳
۲-۱-۴ نظریه کلاسیک پراکندگی ۱۵
۲-۱-۵ تفرق یون ۱۷
۲-۲ اصول ریزسنجه هسته‌ای ۱۸
۲-۲-۱ پراکندگی ۱۹
۲-۲-۲ میکروسکوپی هسته‌ای ۲۰
۲-۳ آنالیز به روش گسیل پرتو ایکس ذره-القایی؛ پیکسی ۲۲
۲-۳-۱ فیزیک حاکم بر آنالیز به روش پیکسی ۲۲
۲-۳-۲ آنالیز میکروپیکسی ۲۵
۲-۴ پدیده لومینسانس ۲۷
۲-۴-۱ طبیعت حالت‌های الکترونی ۲۸
۲-۴-۲ اوربیتال‌های اتمی s,p,d,f 29
۲-۴-۳ طبیعت فرایند جذب ۳۱
۲-۴-۴ فرایند لومینسانس و گذارهای ممکن ۳۳
۲-۴-۴-۱ فرایندهای بدون تابش ۳۳
۲-۴-۴-۲ فرایندهای همراه با تابش ۳۴
۲-۵ لومینسانس ذره- القائی یا لومینسانس یونی ۳۷
۲-۵-۱ عوامل مؤثر در ایجاد لومینسانس در مواد معدنی ۴۰
۲-۵-۱-۱ لومینسانس فعال شده- فعال‌ساز ۴۰
۲-۵-۱-۲ باز فعال کننده یا حساسیت‌زا ۴۱
۲-۵-۱-۳ خاموش کننده ۴۲
۲-۵-۲ سازوکار فرایندهای بازترکیب ۴۲
۲-۵-۲-۱ بازترکیب جفت پذیرنده- دهنده ۴۳
۲-۵-۲-۲ بازترکیب عناصر خاکی نادر و واسطه ۴۳
۲-۵-۲-۳ بازترکیب تحریک مقید و آزاد ۴۴
۲-۵-۳ شدت لومینسانس یونی ۴۴
۲-۶ پیشینه تحقیق ۴۶
فصل سوم: روش شناسایی تحقیق (متدولوژی) ۵۵
مقدمه ۵۵
۳-۱ شتاب دهنده واندوگراف ۵۶
۳-۱-۱ اصول کار ماشین شتاب دهنده ۵۷
۳-۱-۲ چشمه‌ی یونی ۵۸
۳-۲ خط میکروباریکه ۵۸
۳-۲-۱ روزنه عدسی شیئی و هم‌راستاگر ۵۹
۳-۲-۲ سیستم روبش پرتو ۵۹
۳-۲-۳ سیستم اصلی کانونی کننده پرتو ۶۰
۳-۲-۴ اتاقک آزمایش ۶۰
۳-۲-۴-۱ آشکارساز Si(Li) 61
۳-۲-۴-۲ آشکارساز CCD، آشکارسازی پاسخ لومینسانس یونی ۶۴
۳-۳ سیستم جمع آوری داده‌ها ۶۷
۳-۴ سیستم ایجاد خلأ ۶۸
۳-۵ خلأسنج ۶۸
۳-۶ انتخاب نمونه ۶۹
۳-۶-۱ باریت ۷۰
۳-۶-۲ فلوریت ۷۲
۳-۶-۳ گارنت ۷۳
۳-۶-۴ اسفالریت ۷۵
۳-۷ آماده سازی نمونه ۷۶
فصل چهارم: تجزیه و تحلیل یافته‌های تحقیق ۷۹
مقدمه ۷۹
۴-۱ فلوریت ۸۱
۴-۱-۱ نمونه-۱ ۸۲
۴-۱-۲ نمونه-۲ ۸۵
۴-۱-۳ نمونه-۳ ۸۷
۴-۲ اسفالریت ۸۹
۴-۲-۱ نمونه-۴ ۸۹
۴-۲-۲ نمونه-۵ ۹۴
۴-۳ باریت ۹۷
۴-۳-۱ نمونه-۶ ۹۷
۴-۳-۲ نمونه-۷ ۱۰۰
۴-۴ گارنت ۱۰۱
۴-۴-۱) نمونه-۸ ۱۰۲
فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات ۱۰۶
۵-۱ نتیجه‌گیری ۱۰۶
۵-۲ پیشنهادات ۱۰۷
مراجع ۱۰۹

 
 
 
 
 
 
 
فهرست جدول‌ها
عنوان.صفحه
جدول (۲-۱) ۲۰
جدول (۲-۲) ۲۴
جدول (۳-۱) ۶۶
جدول (۳-۲) ۷۱
جدول (۳-۳) ۷۳
جدول (۳-۴) ۷۴
جدول (۳-۵) ۷۵
جدول (۴-۱) ۸۰
جدول (۴-۲) ۸۲
جدول (۴-۳) ۸۶
جدول (۴-۴) ۸۷
جدول (۴-۵) ۸۸
جدول (۴-۶) ۹۰
جدول (۴-۷) ۹۴
جدول (۴-۸) ۹۷
جدول (۴-۹) ۱۰۰
جدول (۴-۱۰) ۱۰۲

فهرست نمودارها
عنوان.صفحه
نمودار (۴-۱). ۸۲
نمودار (۴-۲). ۸۶
نمودار (۴-۳). ۸۸
نمودار (۴-۴). ۹۰
نمودار (۴-۵). ۹۵
نمودار (۴-۶). ۹۹
نمودار (۴-۷) ۱۰۰
نمودار (۴-۸) ۱۰۲

فهرست شکل‌ها
عنوان.صفحه
شکل (۲-۱) ۷
شکل (۲-۲) ۸
شکل (۲-۳) ۱۶
شکل (۲-۴) ۱۸
شکل (۲-۵) ۲۳
شکل (۲-۶) ۲۴
شکل (۲-۷) ۲۵
شکل (۲-۸) ۲۵
شکل (۲-۹) ۲۶
شکل (۲-۱۰) ۳۱
شکل (۲-۱۱) ۳۲
شکل (۲-۱۲) ۳۹
شکل (۲-۱۳) ۴۲
شکل (۳-۱) ۵۷
شکل (۳-۲) ۵۸
شکل (۳-۳) ۵۹
شکل (۳-۴) ۶۰
شکل (۳-۵) ۶۲
شکل (۳-۶) ۶۳
شکل (۳-۷) ۶۶
شکل (۳-۹) ۷۰
شکل (۳-۱۰) ۷۱
شکل (۳-۱۱) ۷۳
شکل (۳-۱۲) ۷۴
شکل (۳-۱۳) ۷۵
شکل (۴-۱) ۸۱
شکل (۴-۲) ۸۳
شکل (۴-۳) ۸۳
شکل (۴-۴) ۸۴
شکل (۴-۵) ۸۷
شکل (۴-۶) ۸۷
شکل (۴-۷) ۸۸
شکل (۴-۸) ۸۸
شکل (۴-۹) ۹۳
شکل (۴-۱۰) ۹۳
شکل (۴-۱۱) ۹۳
شکل (۴-۱۲) ۹۴
شکل (۴-۱۳) ۹۶
شکل (۴-۱۴) ۹۶
شکل (۴-۱۵) ۹۹
شکل (۴-۱۶) ۹۹
شکل (۴-۱۷) ۹۹
شکل (۴-۱۸) ۱۰۱
شکل (۴-۱۹) ۱۰۱
شکل (۴-۲۰) ۱۰۲
شکل (۴-۲۱) ۱۰۳
شکل (۴-۲۲) ۱۰۴
شکل (۴-۲۳) ۱۰۵

فصل اول: کلیات طرح

مقدمه

باریکه‌های با انرژی MeV در سال ۱۹۶۰، هنگامی که شتابدهنده واندوگراف در آزمایشگاه‌های فیزیک در سراسر دنیا نصب و راه‌اندازی شد، جهت آنالیز نمونه‌های مختلف مورد استفاده قرار گرفتند. این آنالیزها از مطالعه در زمینه فیزیک کاربردی شروع و در ادامه برای مطالعه فیزیک هسته‌ای به کار گرفته شدند [۱].
به طور کلی در اثر برخورد باریکه یونی پرانرژی با ماده، پرتوهایی گسیل می‌شود. با تحلیل این گسیل‌ها می‌توان، نوع و غلظت عناصر موجود در هدف (با بهره گرفتن از روش گسیل پرتو ایکس ذره- القایی (پیکسی)[۱]) و همچنین نوع، غلظت و نمایه عمقی عناصر در نمونه‌ها (به وسیله پس‌پراکندگی رافورد)[۲] را تعیین کرد. با بهره گرفتن از روش آنالیز گسیل پرتو گاما ذره- القایی[۳] امکان تعیین نوع و غلظت ایزوتوپی عناصر سبک در نمونه ممکن می‌شود. همه موارد فوق‌الذکر مشخصه‌یابی‌های عنصری و ایزوتوپی می‌باشند.
بمباران برخی نمونه‌ها موجب گسیل پرتو در محدوده فرابنفش، مرئی یا زیرقرمز می‌شود، که به این پدیده لومینسانس[۴] گفته می‌شود. لومینسانس وابسته به طبیعت حالت برانگیخته بوده و به دو گروه فلورسانس و فسفرسانس تقسیم می‌شود [۲]. فرایند برانگیختگی به دو صورت برانگیختگی مستقیم و گذار آبشاری رخ می‌دهد. هرگاه یون تابشی، الکترونی را از تراز انرژی پوسته- خارجی پرانرژی در اتم هدف اخراج کرده، و در ادامه با الکترونی اگرچه پرانرژی‌تر واهلش شود، این فرایند را برانگیختگی مستقیم گویند. حالت آبشاری وقتی رخ می‌دهد که پوسته داخلی (K یا L) لایه‌های داخلی هدف، با اتم سنگین یونیزه می‌شود. اگر این یون‌ها با گسیل یک پرتو ایکس واهلش یابند، در پوسته بالاتر یک تهی‌جا ایجاد می‌شود که با گسیل یک فوتون UV یا مرئی واهلش می‌یابد. فرآیند نردبانی تا پر شدن آخرین تهی‌جا با الکترون آزاد ادامه می‌یابد.
چنانچه گسیل لومینسانس به علت بمباران نمونه با باریکه‌های یونی پرانرژی باشد، این روش را “لومینسانس ذره-القایی” (IBIL)[5] یا لومینسانس یونی (IL)[6] می‌نامند که از این پس این روش با نام آیبیل بیان خواهد شد.
با بهره گرفتن از این روش، امکان آنالیز محیط شیمیایی نمونه فراهم می‌شود. با این روش علاوه‌ بر تحلیل محیط شیمیایی ماده، کنترل فرایند ساخت مواد با لومینسانس در طول‌ موج‌های مختلف ممکن می‌شود [۳،۴،۵]. روش آیبیل هم اکنون برای مشخصه‌یابی در حوزه نانومواد نیز بسیار مورد توجه قرار گرفته است [۶].
همچنین با توجه به اینکه نور مرئی به علت گذارهای الکترون در پوسته خارجی اتم گسیل می‌شود، انتظار می‌رود که لومینسانس حاصل از باریکه یونی حامل اطلاعات ارزشمندی در رابطه با پیوند مولکولی ماده هدف باشد.
همانطور که گفته شد، استفاده از روش آیبیل از راهکارهای مطالعه‌ی محیط شیمیایی ماده است که با بهره گرفتن از دیگر روش‌های آنالیز با باریکه یونی همانند پیکسی، طیف سنجی پس‌پراکندگی رادرفورد، گسیل پرتو گاما در اثر برانگیختگی با پروتون قابل دستیابی نیست.
۱ PIXE: Particle Induced X-Ray Emission
۲ RBS: Rutherford Backscattering Spectroscopy
۳ PIGE: Particle Induced Gamma Ray Emission
۴ Luminescence
۱ Ion Beam Induced Luminescence
۲ Ionoluminescence
تعداد صفحه : ۱۸۰
قیمت : ۱۴۷۰۰ تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.