1 南京航空航天大学 航天学院，南京 210016
2 南京航空航天大学 空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室，南京 210016
7075铝合金因其优异的各项性能，作为结构部件，广泛应用于航天领域中。航天器空间环境中存在各种辐射粒子，这些粒子会对航天器材料产生不同程度的辐照损伤，对其可靠性构成了巨大的威胁，甚至会导致航天任务失败。通过选取不同剂量下3 MeV的Fe11+离子辐照7075铝合金，采用XRD、AFM和纳米压痕等测试手段对7075铝合金的辐照损伤进行了研究，分析了辐照前后7075铝合金的微观组织、表面形貌和硬度的变化。结果显示，离子辐照后的7075铝合金未形成新的相，且结构保持完整，表明其具有一定的抗辐照性能。同时，观察表面发现了由级联碰撞演化及表面缺陷扩散导致的山峰状突起，且样品表面粗糙度和突起的分布密度随剂量增加呈先增加后减小的趋势。另外，纳米压痕测试表明，辐照后样品硬度增加，且随剂量增加，硬度逐渐趋于饱和，经分析可知，样品产生辐照硬化是由于辐照缺陷阻碍了位错的滑移导致。
7075铝合金 离子辐照 表面粗糙度 辐照硬化 缺陷 7075 aluminum alloy ion irradiation surface roughness irradiation hardening defect 强激光与粒子束
2023, 35(10): 104003
1 山东大学 物理学院 物理国家级实验教学示范中心（山东大学），山东 济南 250100
2 中国海洋大学 信息科学与工程学部，山东 青岛 266100
为了研究离子与中红外晶体相互作用的机理，探索中红外晶体光波导的制备和性能，采用离子辐照技术结合精密金刚石刀切割，在MgF2晶体材料中制备了深度17.5 μm、宽度14 μm的脊形光波导。采用SRIM软件模拟了C5+离子辐照MgF2晶体的电子能量损伤和核能量损伤的过程，分析了波导的形成机理；模拟了波导的折射率变化，并对波导的近场模式进行了实验测量和理论模拟；采用热退火处理来降低波导的传输损耗，将传输损耗降低为0.4 dB/cm；微拉曼光谱证明离子辐照过程并未对MgF2晶体波导区造成较大的晶格损伤。该工作表明，离子辐照技术结合划片机精密切割是一种十分成熟的脊形波导制备手段，制备的MgF2晶体脊形光波导在中红外集成光学和光通讯领域具有广泛的应用前景。
中红外 MgF2晶体 光波导 离子辐照 mid-infrared MgF2 crystal optical waveguide ion irradiation 红外与激光工程
2022, 51(7): 20220441
中国工程物理研究院 核物理与化学研究所，四川 绵阳 621999
铝合金是国内外研究堆的主要结构材料，在前期300#研究堆主要结构材料铝合金辐照性能研究的基础上，通过离子辐照研究6061-Al合金的微观结构损伤和引起的硬度变化，以开展较高辐照剂量下6061-Al合金损伤效应的前期探索。结果表明，经过自离子辐照后，6061-Al合金中产生了夹角为72°的位错环等缺陷，随着辐照剂量从0.218×1016 cm−2增加到4.367×1016 cm−2，缺陷密度明显增加，但选区电子衍射表明合金保持了很好的晶体结构，并没有发生非晶化。纳米压痕测试表明，不同辐照剂量下，样品中产生了不同程度的硬化，且微观硬度随着辐照剂量的增加而增加，当剂量增加到2.183×1016和4.367×1016 cm−2时，辐照硬化达到饱和，约为11%。研究结果可为初步预测较高中子辐照剂量下6061-Al合金结构和性能的变化提供数据支撑。
6061-Al合金 离子辐照 位错环 辐照硬化 缺陷 6061-Al alloy ion irradiation dislocation loop irradiation hardening defect 强激光与粒子束
2022, 34(5): 056008
1 内蒙古工业大学化工学院, 内蒙古 呼和浩特 010051
2 神舟生物科技有限责任公司, 内蒙古 呼和浩特 010206
3 内蒙古自治区发酵产业节能减排工程技术研究中心, 内蒙古 呼和浩特 010051
重离子诱变作为一种新型高效的辐照诱变方式, 具有突变率高、突变谱广、突变体稳定等特点。枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)因具有多种水解酶活力而广泛应用于工业生产, 虽然经过多次诱变和改造, 其酶活力不断提高, 但其复合酶活力仍有提升空间。同时, 多次同种诱变剂的使用容易导致菌种产生“抗性”, 酶活力提高不大。为此, 本研究首次利用不同剂量12C6+重离子束对枯草芽孢杆菌20076进行辐照诱变。诱变后通过透明圈初筛和酶活力验证复筛方式选育出一株复合酶活力较高的菌株B. subtilis KC-1。与原始菌株相比, 其发酵液滤纸酶活力、内切葡聚糖酶活力、β-葡萄糖苷酶活力、外切葡聚糖酶活力、蛋白酶活力和α-淀粉酶活力分别提高了20.2%、79.6%、98.2%、7.4%、10.4%和27.4%。11代遗传稳定性实验结果表明该突变株具有良好的稳定性。
枯草芽孢杆菌 复合酶 重离子诱变 遗传稳定性 Bacillus subtilis compound enzyme heavy ion irradiation genetic stability
1 中国航天科技集团有限公司第八研究院第八○八研究所元器件保证事业部, 上海 201109
2 中国科学院新疆理化技术研究所辐射效应实验室, 新疆 乌鲁木齐 830011
针对卫星轨道上空间辐射环境引起的光学相机性能退化问题,采用8晶体管(8T)-全局曝光互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器进行重离子辐照实验。实验结果显示,不同功能模块寄存器发生单粒子翻转,导致输出图像出现不同的异常模式,主要表现为输出图像“卡零”、若干相邻列输出异常、整幅图像“花屏”等。结合器件的不同子电路功能、工艺结构和工作原理,分析重离子入射器件微观作用过程对宏观图像异常模式的影响,深入探讨器件不同功能模块单粒子翻转的敏感性和损伤机理。研究结果可为CMOS图像传感器加固设计、单粒子地面模拟实验方法及标准和评估技术的建立提供重要参考。
探测器 互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器 重离子辐照 单粒子翻转 损伤机理
为研究离子辐照导致空心玻璃微球机械性能的变化, 利用Ar离子辐照与空心玻璃微球组分相同的微球玻璃薄片, 结合不同温度下的等时退火处理, 采用纳米压痕测试方法研究了辐照前后玻璃机械性能的变化。测试结果表明: 辐照后玻璃的硬度和模量均呈下降趋势, 恢复阻力明显升高; 退火后的未辐照样品硬度和模量呈上升趋势, 恢复阻力在误差范围内没有发生变化;退火后的模量呈下降趋势, 恢复阻力呈下降趋势; 在退火温度约为300 ℃时, 辐照样品退火后的恢复阻力与未辐照样品基本相同。
微球玻璃 离子辐照 机械性能 相分离 退火 microsphere-glass ion irradiation mechanical properties phase separation annealing 强激光与粒子束
2018, 30(12): 122001
中国科学院近代物理研究所, 甘肃 兰州 730000
利用辐射能量为100 MeV/u的12C6+ 重离子束辐照大青叶种子, 辐照剂量分别为20、40、50和80 Gy研究其对大青叶M1代的生物学效应。研究结果表明, 随着辐照剂量的增大, 大青叶的根系活力和叶绿素含量显著降低, 发现辐照损伤主要抑制了根的生长及营养吸收; 酚酸类化合物含量随着辐照剂量的增大而升高的趋势, 表明辐照可提高大青叶的抗氧化和抗病虫害能力; 可溶性糖、丙二醛、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)含量变化的总体趋势为随着辐照剂量的增大先升后降。表明重离子辐照能改变大青叶的一些生理生化特征, 其中40 Gy的12C6+离子束辐照有利改善大青叶抗逆性和一些有效化学成分的积累。
大青叶 12C6+离子束 诱变育种 生理特性 Isatis indigotica 12C6+ ion irradiation mutagenic breeding physiological characteristics
1 兰州大学 物理科学与技术学院, 甘肃 兰州 730000
2 中国科学院 近代物理研究所, 甘肃 兰州 730000
通过红外光谱和荧光发射光谱分别对600 keV、4 MeV和5 MeV Kr离子辐照的SiO2进行发光特性的研究。在低能量辐照体系中, 简单色心(F2色心)的形成在损伤过程中占据主导地位, 其主要诱发蓝光发射带; 在高能离子辐照条件下, 离子径迹上的能量密度较大, 因此缺陷浓度的增大产生了一些缺陷团簇和离子径迹, 形成了复杂的色心(F+2和F+3色心等)并诱发了强烈的绿光发射带和红光发射带。该实验结果与能量损失过程中统一热峰理论模型(一个综合的基于电子能损与核能损的非弹性碰撞模型和弹性碰撞模型)的模拟结果能够很好地吻合, 表明在keV～MeV能区上存在电子能损过程与核能损过程的协同效应。
重离子辐照 色心发光 热峰模型 heavy ion irradiation color centers PL PL spectra thermal spike
1 菏泽学院 物理系， 山东 菏泽 274015
2 中国科学院 近代物理研究所， 甘肃 兰州 730000
用湿氧化法在单晶硅表面生长了非晶态SiO2薄膜，再用高能Pb和Xe离子对薄膜进行辐照，最后用荧光光谱分析了辐照参数(剂量、电子能损值)与发光特性改变的相关性。研究发现，快重离子辐照能显著影响薄膜的发光特性，进一步分析显示，辐照导致了SiO2薄膜内O—Si—O缺陷、缺氧缺陷和非桥式氧空位缺陷的产生，且缺氧缺陷和非桥式氧空位缺陷的数量会随Pb离子辐照剂量的增加而增多，而O—Si—O缺陷和缺氧缺陷的形成需要较高的电子能损值。
光致发光谱 重离子辐照 缺陷 photoluminescence swift heavy ion irradiation defect
1 中国科学院近代物理研究所, 甘肃 兰州 730000
2 兰州大学物理科学与技术学院, 甘肃 兰州 730000
利用320 kV高压综合实验平台，通过6 MeV Xe离子辐照Eu掺杂氧化镁(MgO)单晶样品对其光致发光现象进行了研究。Xe离子辐照后，样品380~550 nm的发光带出现先减弱后增强的现象，400~450 nm处出现了平坦的较宽的蓝色发光带，经拉曼光谱和红外光谱的综合分析可知离子辐照能够使掺杂的Eu很好的进入晶体内部形成稳定的缺陷类型，产生更好的发光效果。
光谱学 重离子辐照 稀土掺杂发光 光致发光(PL)光谱 激光与光电子学进展
2011, 48(5): 051601
