【基金標(biāo)書】2010CB832900-高能離子束與物質(zhì)相互作用的微觀機(jī)理研究

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項(xiàng)目名稱： 高能離子束與物質(zhì)相互作用的微觀機(jī)理研究首席科學(xué)家： 肖國(guó)青 中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所起止年限： 2010年 1月-2014 年 8月依托部門： 中國(guó)科學(xué)院一、研究?jī)?nèi)容本項(xiàng)目的核心是通過(guò)建立和強(qiáng)化特殊現(xiàn)象效應(yīng)與實(shí)驗(yàn)條件的聯(lián)系，充分發(fā)現(xiàn)和利用不同物質(zhì)中離子束的行為與新現(xiàn)象，揭示離子束與物質(zhì)相互作用的本質(zhì)，為離子束及其相關(guān)技術(shù) 在新型能源、特殊材料、先 進(jìn)信息等科學(xué)領(lǐng)域的重大應(yīng)用提供科學(xué)支撐。擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和主要研究?jī)?nèi)容如下：科學(xué)問(wèn)題一：離子束強(qiáng)激發(fā)產(chǎn)生高能量密度物質(zhì)的機(jī)理 特殊離子束在物質(zhì)中的能量和質(zhì)量沉積模式；高能、高電荷態(tài)離子與物質(zhì)作用過(guò)程中電荷態(tài)的瞬變行為；離子束瞬間高密度能量沉積引起的瞬間輻射現(xiàn)象和過(guò)程、物 質(zhì)微結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變 化及其探測(cè)。主要研究?jī)?nèi)容：（1）高電荷態(tài)重離子束與不同復(fù)雜物質(zhì)體系（固體、稠密等離子體、納米結(jié)構(gòu)或薄膜等）相互作用規(guī)律，以及物質(zhì)的結(jié)構(gòu)效應(yīng)、尺度效應(yīng)、集體效 應(yīng)對(duì)重離子電荷態(tài)、能量沉積及靶物質(zhì)電離與激發(fā)過(guò)程的影響。（2）物質(zhì)中強(qiáng)流離子束能量和質(zhì)量沉積的多粒子輸運(yùn)過(guò)程及非線性效應(yīng)理論和微觀模型。（3）離子束強(qiáng)激發(fā)產(chǎn)生的高能量密度狀態(tài)物質(zhì)以及瞬間輻射現(xiàn)象和過(guò)程、物質(zhì)微結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化；離子束轟擊產(chǎn)生瞬時(shí)激勵(lì)信號(hào)的探測(cè)和實(shí)驗(yàn)方法。（4）特殊粒子束與復(fù)雜物質(zhì)相互作用理論模型與計(jì)算機(jī)模擬，開發(fā)出離子束在不同物質(zhì)體系中能量沉積和輸運(yùn)過(guò)程的模擬軟件。科學(xué)問(wèn)題二：強(qiáng)離子輻照?qǐng)鱿碌奈镔|(zhì)結(jié)構(gòu)損傷離子輻照?qǐng)鱿氯毕莸漠a(chǎn)生及其演化規(guī)律；強(qiáng)離子輻照?qǐng)鱿虏牧辖Y(jié)構(gòu)和性能演化機(jī)理；從原子尺度離子輻照缺陷的產(chǎn)生到宏觀尺度物質(zhì)結(jié)構(gòu)損傷過(guò)程的建模與離子輻照損傷的多尺度模擬計(jì)算；離子輻照損傷探測(cè)新技術(shù)與方法。主要研究?jī)?nèi)容：（1）離子輻照初級(jí)產(chǎn)生的缺陷，原子尺度上的缺陷行為，缺陷與缺陷、晶粒、晶界/界面區(qū)域等結(jié)構(gòu)的相互作用機(jī)制。（2）強(qiáng)離子輻照損傷水平條件下，材料結(jié)構(gòu)演變新現(xiàn)象以及強(qiáng)輻照損傷引起材料結(jié)構(gòu)和性能演化的機(jī)理。（3）不同載能離子/粒子輻照損傷的等價(jià)關(guān)系， 環(huán)境因素（如溫度、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等）對(duì)輻照損傷效應(yīng)的影響。（4）探索從原子、介觀到宏觀尺度的離子輻照損傷演化過(guò)程以及相關(guān)物理模型之間的有機(jī)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)離子輻照損傷過(guò)程的多尺度的模擬計(jì)算，發(fā)展微納尺度離子輻照損傷探測(cè)新技術(shù)與方法?？茖W(xué)問(wèn)題三：載能離子誘導(dǎo)微納結(jié)構(gòu)演變及其控制微納結(jié)構(gòu)物質(zhì)的載能離子輻照效應(yīng)規(guī)律；載能離子與微納物質(zhì)結(jié)構(gòu)體的相互作用機(jī)制；離子束誘導(dǎo)復(fù)雜物質(zhì)結(jié)構(gòu)體微觀結(jié)構(gòu)演變/ 相變機(jī)制與固體納米結(jié)構(gòu)的形成理論；納米結(jié)構(gòu)的晶格定向演化、精確摻雜以及結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)控原理；固態(tài)相變計(jì)算機(jī)模擬及多尺度模型。主要研究?jī)?nèi)容：（1）載能離子引起的納米材料的結(jié)構(gòu)演變；微納結(jié)構(gòu)物質(zhì)的載能離子輻照效應(yīng)理論模型。（2）載能離子作用下固體納米結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程、機(jī)制與性能；建立固態(tài)相變計(jì)算機(jī)模擬及多尺度模型。 （3）特殊離子束處理與納米結(jié)構(gòu)的晶格定向演化、精確摻雜以及結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)控機(jī)理；構(gòu)建載能離子作用下固體納米結(jié)構(gòu)的形成理論。（4）新型微納結(jié)構(gòu)的載能離子束制備，特別是尺度為幾nm-- 幾十nm 的結(jié)構(gòu)的控制和制備。二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)： 本項(xiàng)目將重點(diǎn)依托國(guó)家大科學(xué)工程－蘭州重離子加速器，聯(lián)合國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)力量，針對(duì)載 能離子束與物質(zhì) 相互作用，特 別是微觀機(jī)理研究中尚未解決的重大科學(xué)問(wèn)題， 在三個(gè)方面開展多 層次的綜合研究：1）離子束強(qiáng)激發(fā)產(chǎn)生高能量密度物質(zhì)的機(jī)理；2）強(qiáng)離子輻照?qǐng)鱿碌奈镔|(zhì)結(jié)構(gòu)損傷；3）載能離子誘導(dǎo)微納結(jié)構(gòu)演變及其控制。研究課題將突出科學(xué) 問(wèn)題的原創(chuàng)性，促 進(jìn)與技 術(shù)創(chuàng)新的結(jié)合。通過(guò)本項(xiàng)目研究，揭示極端條件下離子束與物質(zhì)相互作用微觀物理機(jī)制，建立描述相關(guān)過(guò)程的科學(xué)理論和方法，使人們明晰如何實(shí)現(xiàn)離子束技術(shù)應(yīng)用的新原理、新方法，對(duì)離子束與物質(zhì)相互作用的認(rèn)識(shí)上一個(gè)臺(tái)階。力爭(zhēng)在 實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面取得標(biāo)志性的成果， 培養(yǎng)一批從事相關(guān)領(lǐng)域研究的優(yōu)秀人才，使我國(guó)離子束與物質(zhì)相互作用研究整體上進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列，占有重要的一席之地，為我國(guó)新型材料技術(shù)發(fā)展、信息和 新能源科學(xué)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全領(lǐng)域的重大需求奠定必要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，提供必要的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)證據(jù)。五年預(yù)期目標(biāo): （1）高能高電荷態(tài)離子引起物質(zhì)強(qiáng)電離激發(fā)過(guò)程研究：建立高能高電荷態(tài)離子與靶原子相互作用的微觀模型及實(shí)驗(yàn)探測(cè)方法，研究高能高電荷態(tài)離子在物質(zhì)中電荷態(tài)的瞬變規(guī)律、能量沉積和輸運(yùn)過(guò)程，以及靶物質(zhì)的電離和激化過(guò)程，為重離子束驅(qū)動(dòng)聚變技術(shù)、離子束微 納制造技術(shù)及離子束輻照材料改性技術(shù)提供必要的理論支撐，并為這些技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供可能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)的理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。（2）瞬間高密度能量沉積引起的物態(tài)演化規(guī)律：利用蘭州重離子加速器等提供的強(qiáng)離子束，實(shí)驗(yàn)研究離子束瞬間高密度能量沉積在固體中引起的效應(yīng)的產(chǎn)生過(guò)程，揭示離子瞬間高密度能量沉積引起的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化規(guī)律；探究離子聲學(xué)以及其它瞬間輻射等特殊物理現(xiàn)象；建立高能高密度離子束激勵(lì)產(chǎn)生的瞬時(shí)信號(hào)的探測(cè)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法；為國(guó)家在先進(jìn)能源、國(guó)防、新材料技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域中的一些重大需求提供必要的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（3）微納尺度離子輻照損傷過(guò)程研究：緊密結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和從頭計(jì)算方法，建立不同能量下、不同電荷態(tài)重離子和其它射線與分子、團(tuán)簇等微納尺度物質(zhì)相互作用的微觀動(dòng)力學(xué)模型；探索離子輻照初級(jí)產(chǎn)生的缺陷，原子尺度上的缺陷行為，缺陷與缺陷、晶粒、晶界/界面區(qū)域等結(jié)構(gòu)的相互作用機(jī)制；建立微納尺度離子輻照損傷演化模型以及模擬計(jì)算程序；建立原子和分子尺度的離子輻照損傷探測(cè)新技術(shù)與方法。（4）強(qiáng)離子輻照引起材料損傷研究：揭示強(qiáng)離子輻照損傷水平條件下材料結(jié)構(gòu)和性能演化的機(jī)理；揭示環(huán)境因素對(duì)材料，特別是核材料輻照損傷效應(yīng)的影響，不同種類粒子輻照效應(yīng)的特點(diǎn)、差異、相互之間 的聯(lián)系，建立不同載能粒子輻照損傷之間的等價(jià)關(guān)系，提供確認(rèn)材料輻照損傷行為極限特性和達(dá)到改善性能的方法；實(shí)現(xiàn)從原子、介觀到到宏觀尺度的離子輻照損傷演化過(guò)程的多尺度計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，包括 ab initio，MD，KMC 等對(duì)典型微觀/介觀結(jié)構(gòu)樣品的模擬方法以及各種模擬技術(shù)之間的銜接方法，為設(shè)計(jì)在裂變/聚變堆等極端環(huán) 境下應(yīng)用的抗強(qiáng)輻射材料提供參考依據(jù)。（5）離子束誘導(dǎo)微納物質(zhì)相變機(jī)制研究：揭示載能離子作用下微納物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性能及其控制規(guī)律；揭示粒子束與微納物質(zhì)作用過(guò)程及誘導(dǎo)相變機(jī)制；詮釋粒子束作用下微納材料中的一些新現(xiàn)象、新規(guī)律和新性能，獲得具有特殊性能的新型材料。建立載能離子作用下，固體納米結(jié)構(gòu)的形成理論和復(fù)合金屬體系中固態(tài)相變的多尺度模型。（6）微納結(jié)構(gòu)的載能離子制備、調(diào)控及其機(jī)理：揭示載能離子束驅(qū)動(dòng)可控構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)的機(jī)制，為粒子束調(diào)控、合成 納米結(jié)構(gòu)新材料特別是半導(dǎo)體材料和光電功能材料提供理論依據(jù)；揭示不同劑量離子注入在不同半導(dǎo)體材料中形成納米尺度新結(jié)構(gòu)、新材料的物理機(jī)制；建立利用離子束在納米尺度內(nèi)對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確調(diào)控的技術(shù)工藝方法，推動(dòng)離子束技術(shù)在改進(jìn)材料與新器件結(jié)構(gòu)制備中的應(yīng)用。（7）研究成果將發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文 300 篇以上，出版專著 1-3 部，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利 15 項(xiàng)以上；培養(yǎng)碩士和博士研究生 100 名以上，鑄就一支高水平的具有創(chuàng)新與攻堅(jiān)能力的研究隊(duì)伍，形成若干個(gè)優(yōu)秀創(chuàng)新群體；建設(shè)本領(lǐng)域高水平的基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新基地；提高在國(guó)際學(xué)術(shù)界的地位和活躍程度，進(jìn)一步提升在國(guó)際合作中的地位。三、研究方案學(xué)術(shù)思路：面向國(guó)家重大需求，牽引離子束與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)研究：本項(xiàng)目將從重離子束驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變相關(guān)高能量密度物理、新一代核能系統(tǒng)材料評(píng)價(jià)篩選、微納結(jié)構(gòu)精確調(diào)控、新型微 納結(jié)構(gòu)的制備與調(diào)控等重大需求出發(fā)，針對(duì)所需的特殊離子束和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，來(lái)開展 離子束與物質(zhì)相互作用的基礎(chǔ)研究工作，重點(diǎn)探索特殊離子束作用下的新物理效應(yīng)與現(xiàn)象，建立利用離子束快速評(píng)價(jià)核能材料的標(biāo)準(zhǔn)，尋 找微納結(jié)構(gòu)的離子束精確調(diào)控途徑， 滿足未來(lái)先進(jìn)離子束技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的需求。通過(guò)學(xué)科互補(bǔ)，突破離子束技術(shù)應(yīng)用：本項(xiàng)目涉及載能離子物理學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)、原子物理學(xué)、光電子學(xué)、材料科學(xué)以及高能量密度物理、計(jì)算物理等學(xué)科。本項(xiàng) 目涉及的研究?jī)?nèi)容在 單一學(xué)科的框架下很難解決，必須組織跨學(xué)科的隊(duì)伍，通過(guò) 學(xué)科交叉來(lái)解決問(wèn)題 。為此，本項(xiàng)目從學(xué)科交叉的角度出 發(fā)，聯(lián)合了國(guó)內(nèi)的優(yōu)勢(shì)單位組成了跨學(xué)科的研究團(tuán)隊(duì)，圍繞同一個(gè)目標(biāo)來(lái)攻克離子束與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)研究以及應(yīng)用中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。技術(shù)路線：本項(xiàng)目以解決離子束與物質(zhì)相互作用的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題為目標(biāo)，理論、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬三者相結(jié)合，獲取基本數(shù)據(jù)，從不同層面描述離子束與物質(zhì)相互作用的現(xiàn)象和規(guī)律，揭示相關(guān)物理過(guò)程微觀機(jī)理， 發(fā)展和建立比較完善的離子束與物質(zhì)相互作用的理論，為我國(guó)未來(lái)先進(jìn)離子束技術(shù)的發(fā)展提供基礎(chǔ)理論支撐。四、年度計(jì)劃第一年（1）改造及完善 HIRFL-CSR 等離子束裝置上的在束離子 輻照實(shí)驗(yàn)條件，包括：離子束瞬間高密度能量沉積激勵(lì)產(chǎn)生的瞬時(shí)輻射探測(cè)以及應(yīng)力波傳播、離子聲學(xué)等超快過(guò)程的在線實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)，高電荷態(tài)離子在表面碰撞過(guò)程的實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)，低溫至高溫條件下離子輻照靶室系統(tǒng)的控制及在線光學(xué)檢測(cè)等，電子學(xué)插件、數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)以及技術(shù)支撐條件。（2）利用高能高電荷態(tài)重離子和脈沖重離子等束流，實(shí)驗(yàn)研究離子束在凝聚態(tài)物質(zhì)中的能量沉積和輸運(yùn)過(guò)程，固體材料的局域損傷、狀態(tài)變化及結(jié)構(gòu)相變現(xiàn)象，以及離子束流參數(shù)對(duì)它們的影響；基于 ab initio 等計(jì)算方法、半經(jīng)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，開展初步的瞬間高密度能量沉積引起物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)演化的計(jì)算機(jī)模擬研究。（3）建立探測(cè)建立高電荷態(tài)離子與表面原子的碰撞模型、高能離子與凝聚態(tài)物質(zhì)和稠密等離子體相互作用的理論模型，高能重離子與微納尺度物質(zhì)原子的作用中，與靶原子核發(fā)生反應(yīng)的微觀輸運(yùn)理論模型等，并著手編制計(jì)算機(jī)模擬程序。（4）改造和完善全 γ 輻射測(cè) 量技術(shù)(TGRM)，并利用該技術(shù)完成鐵的快中子激發(fā)全 γ 輻射測(cè)量和數(shù)據(jù)分析，提取鐵的（n，p）、 （n，a）反應(yīng)的截面數(shù)據(jù)。（5）利用加速器提供離子束流輻照低放射活性合金、納米材料/復(fù)合材料、ODS 等材料，研究較大輻照位移損傷條件下，材料微觀結(jié)構(gòu)的變化；構(gòu)建低放射性合金（主要是晶界部分）、納米多層膜及微納顆粒樣品模型，開始用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬離子輻照下上述模型材料中缺陷的擴(kuò)散與遷移，以及晶界對(duì)缺陷吸收等。（6）研究荷能離子作用下具有特殊性能的碳基新型準(zhǔn)一維納米材料形成，探索離子在準(zhǔn)一維碳納米管中的能量、質(zhì)量傳輸過(guò)程，碳納米結(jié)構(gòu)的損傷與組織演變及其規(guī)律及控制。（7）利用離子束注入/輻照材料缺陷工程技術(shù)，研究缺陷控制和材料結(jié)構(gòu)調(diào)制，探索新型半導(dǎo)體新材料合成和光電功能材料光波導(dǎo)制備的機(jī)理。第二年（1）完成上年度提出的離子輻照實(shí)驗(yàn)條件和技術(shù)支撐條件改進(jìn)與完善目標(biāo)。（2）利用高能高電荷態(tài)重離子和脈沖重離子等束流，繼續(xù)進(jìn)行離子束在凝聚態(tài)物質(zhì)中的能量沉積和輸運(yùn)過(guò)程，固體材料的局域損傷、狀態(tài)變化及結(jié)構(gòu)相變現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)研究；開展離子束瞬間高密度能量沉積激勵(lì)在凝聚態(tài)物質(zhì)中產(chǎn)生的瞬時(shí)應(yīng)力波及其傳播行為、離子聲學(xué)等的第一輪在線實(shí)驗(yàn)研究。（3）開展高電荷態(tài)離子在表面的碰撞過(guò)程實(shí)驗(yàn)研究，確定入射離子的種類、入射能量和角度、表面原子種類對(duì)電離、激 發(fā)截面的影響；完善高電荷態(tài)離子與表面碰撞的 MC 模擬程序。（4）開展高能重離子束與氣體放電等離子體相互作用，特別是離子束在等離子體中的能損及其電荷態(tài)效應(yīng)的研究；完善模擬高能離子在稠密等離子體中傳輸過(guò)程的二維 PIC/MC 數(shù)值模擬程序，初步研究非線性動(dòng)力學(xué)極化效應(yīng)對(duì)重離子能量沉積的影響，并與線性理論進(jìn)行比較。（5）初步建立不同電荷態(tài)離子輻照下，原子、分子以及微納尺度物質(zhì)多電子發(fā)射理論模型、電子離子關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)理論模型。（6）利用 TGRM 技術(shù)完成鈷核素的快中子激發(fā)全 γ 輻射測(cè)量和數(shù)據(jù)分析，提取鈷的快中子（n，p）、 （n，a）截面數(shù)據(jù)。同時(shí)開始鐵、 鈷材料在快中子 輻照下的氫/氦脆化效應(yīng)研究。（7）利用強(qiáng)離子輻照典型納米結(jié)構(gòu)樣品及納米顆粒鑲嵌（如 ODS）樣品，研究材料中晶粒、晶界/界面區(qū)域等微 觀/介觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和隨輻照劑量（或 dpa）、溫度等條件的演化過(guò)程，并觀測(cè)輻照前后上述材料的微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)等物性變化；繼續(xù)輻照缺陷的擴(kuò)散與遷移，以及晶界對(duì)缺陷吸收的分子動(dòng)力學(xué)模擬，探索多尺度模擬計(jì)算方法。（8）研究荷能離子束驅(qū)動(dòng)相變的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)理及小體系中與生長(zhǎng)相關(guān)的熱力學(xué)和表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，系統(tǒng)探索離子束驅(qū)動(dòng)納米材料的結(jié)構(gòu)演變及其對(duì)材料的宏觀性能的影響規(guī)律；利用微結(jié)構(gòu)分析和多尺度模擬計(jì)算方法，進(jìn)行離子束誘導(dǎo)固態(tài)相變過(guò)程及其機(jī)理研究，探索荷能粒子作用下微納結(jié)構(gòu)物質(zhì)的輻照損傷理論模型、固體納米結(jié)構(gòu)的形成理論。（9）準(zhǔn)備項(xiàng)目中期評(píng)估。第三年（1）完成項(xiàng)目中期評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估意見適當(dāng)調(diào)整研究計(jì)劃。（2）在前兩年工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，繼續(xù)進(jìn)行高電荷態(tài)離子在表面的碰撞過(guò)程和高能高電荷態(tài)重離子束流與氣體放電等離子體相互作用的補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)研究。模擬高能離子在稠密等離子體中傳輸過(guò)程，系統(tǒng)地分析等離子體狀態(tài)參數(shù)（密度、溫度、粒子的種類等）及入射離子的參數(shù)（入射速度、入射角度）對(duì)極化過(guò)程及能量沉積的影響；模擬高能離子與微納結(jié)構(gòu)物質(zhì)體系的相互作用過(guò)程，系統(tǒng)分析體系的結(jié)構(gòu)效應(yīng)（或尺度效應(yīng)）對(duì)電激發(fā)過(guò)程及能量沉積的影響。（3）利用高能高電荷態(tài)重離子和脈沖重離子等束流，開展離子束瞬間高密度能量沉積在固體中產(chǎn)生的瞬時(shí)輻射和粒子發(fā)射現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)研究；繼續(xù)進(jìn)行離子束在凝聚態(tài)物質(zhì)中的能量沉積和輸運(yùn)過(guò)程，固體材料的局域損傷、狀態(tài)變化及結(jié)構(gòu)相變現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)研究，瞬間高密度能量沉積激勵(lì)在凝聚態(tài)物質(zhì)中產(chǎn)生的瞬時(shí)應(yīng)力波及其傳播行為、離子聲學(xué)等的實(shí)驗(yàn)研究，與已有的理論進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比，嘗試建立沉積能量密度與物質(zhì)狀態(tài)的關(guān)系。（4）利用 TGRM 技術(shù)完成鈮核素的快中子激發(fā)全 γ 輻射測(cè)量和數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行鐵、鈷、鈮材料在快中子輻照下的氫/氦脆化效應(yīng)研究。（5）完成聚合物輻照樣品的太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量研究工作，提取離子徑跡在太赫茲波段和紫外可見波段的電光學(xué)性質(zhì)，與常規(guī)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。（6）開展磁場(chǎng)與電場(chǎng)環(huán)境下的高能重離子輻照實(shí)驗(yàn)，研究電、磁場(chǎng)環(huán)境下離子輻照損傷與材料，特別是核材料物性的關(guān)系；開展強(qiáng)流 He 離子及重離子輻照條件下材料中氦泡的形成與高 dpa 輻照損傷的關(guān)系研究；利用 MD 的方法，模擬研究照缺陷的擴(kuò)散與遷移、晶界對(duì)缺陷吸收與晶粒/晶界的微觀結(jié)構(gòu)關(guān)系。（7）研究高溫 H 等離子體作用下碳納米管的結(jié)構(gòu)演 變過(guò)程和變化規(guī)律；研究碳基準(zhǔn)一維類金剛石和金剛石納米材料的結(jié)構(gòu)演變對(duì)材料的光電特性的影響。（8）探索快重離子輻照材料中光波導(dǎo)形成機(jī)理的微觀機(jī)制，研究氦離子注入納米孔缺陷調(diào)制新型半導(dǎo)體新材料合成機(jī)理。第四年（1）深入研究外加強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)高能離子在稠密等離子體中傳輸過(guò)程的影響，包括外加電磁場(chǎng)對(duì)等離子體極化效應(yīng)、高能離子軌跡及能量沉積的影響；繼續(xù)模擬高能離子與微納結(jié)構(gòu)物質(zhì)體系的相互作用過(guò)程，分析體系的結(jié)構(gòu)效應(yīng)（或尺度效應(yīng)）對(duì)電激發(fā)過(guò)程及能量沉積的影響。（2）利用 HIRFL-CSR 提供的脈沖 調(diào)制高能重離子束流， 繼續(xù)開展離子束瞬間高密度能量沉積在固體中產(chǎn)生的瞬時(shí)輻射和粒子發(fā)射現(xiàn)象、離子聲學(xué)等實(shí)驗(yàn)研究，嘗試建立物理模型；繼續(xù)實(shí)驗(yàn)研究離子束瞬間高密度能量沉積引起的典型固體材料中局域損傷、狀態(tài)變化及結(jié)構(gòu)相變現(xiàn)象，檢驗(yàn)沉積能量密度與物質(zhì)狀態(tài)的關(guān)系；開展高密度能量沉積條件下靶物質(zhì)超快加熱和膨脹過(guò)程中的相關(guān)特性研究。與實(shí)驗(yàn)工作配合， 繼續(xù)進(jìn)行離子束瞬間高密度能量沉積引起的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)演化的理論研究工作。應(yīng)用建立起來(lái)的殼模型作大規(guī)模計(jì)算，模擬研究高能密度下材料物性與能量沉積密度的關(guān)系，期望能得到新的物理結(jié)果，解釋奇異的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（3）利用 TGRM 技術(shù)完成鎳和釩核素的快中子激發(fā) 全 γ 輻射測(cè)量和數(shù)據(jù)分析，提取鎳和釩的快中子（n，p）、 （n，a）截面數(shù)據(jù)。同時(shí)進(jìn)行鎳、釩材料在快中子輻照下的氫/氦脆化效應(yīng)研究。（4）完成單晶硅和 GaAs 輻照樣品的太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量研究工作，提取離子徑跡在太赫茲波段和紫外可見波段的電光學(xué)性質(zhì)，同時(shí)探索利用離子輻照單晶硅和 GaAs 樣品制備太赫茲發(fā)射晶體的可行性（5）繼續(xù)開展不同離子種類及能損的離子輻照實(shí)驗(yàn)，研究材料輻照損傷與離子種類等離子參數(shù)的關(guān)系，材料中在晶粒、晶界/界面區(qū)域等微觀結(jié)構(gòu)附近氦泡的形成機(jī)制及其演化過(guò)程，微觀/介觀結(jié)構(gòu)及輻照劑 量（或 dpa）、溫度等條件對(duì)缺陷遷移、復(fù)合及吸收的影響；開展多尺度模擬工作。（6）利用離子輻照，研究準(zhǔn)一維硅納米線中荷能粒子作用下的能量、質(zhì)量傳輸過(guò)程；探討硅納米結(jié)構(gòu)的損傷與組織演變及其規(guī)律；研究荷能離子作用下具有特殊性能的硅基新型準(zhǔn)一維納米材料形成過(guò)程、規(guī)律、機(jī)制及控制。（7）繼續(xù)探索快重離子輻照材料中光波導(dǎo)形成機(jī)理的微觀機(jī)制與應(yīng)用，研究離子注入新型應(yīng)變材料合成機(jī)理。第五年（1）系統(tǒng)分析、整理實(shí)驗(yàn)及模擬結(jié)果， 總結(jié)高能、高電荷態(tài)離子在物質(zhì)中產(chǎn)生的強(qiáng)電離、強(qiáng)激發(fā)的物理規(guī)律，瞬 間高密度能量沉積引起的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化規(guī)律，離子聲學(xué)以及其它瞬間輻射現(xiàn)象和過(guò)程，揭示微觀機(jī)理。（2）嘗試?yán)玫蜏貑尉Ч腆w、泡沫材料等作靶，研究高能強(qiáng)流離子束轟擊引起的靶物質(zhì)超快加熱、膨脹及壓力波運(yùn)動(dòng)等超快過(guò)程。（3）采用建立的微觀動(dòng)力學(xué)模型，在微納尺度系統(tǒng)深入研究固體中離子束輻照效應(yīng)以及元素?fù)诫s的影響，同時(shí)探討利用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)研究微納尺度物質(zhì)輻照性質(zhì)的微觀機(jī)理。（4）完成強(qiáng)離子輻照核材料的實(shí)驗(yàn)工作，清晰認(rèn)識(shí)材料中氦泡的形成與高 dpa 輻照損傷的關(guān)系，以及在晶粒、晶界/界面區(qū)域等微觀結(jié)構(gòu)附近氦泡的形成機(jī)制及其演化過(guò)程；在實(shí)驗(yàn)與理論模擬研究的基礎(chǔ)上，提出優(yōu)化晶界及微觀結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)一定程度自修復(fù)工作的核材料的設(shè)計(jì)方案。（5）研究荷能粒子束驅(qū)動(dòng)相變的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)理及小體系中與生長(zhǎng)相關(guān)的熱力學(xué)和表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，系統(tǒng)探索離子束驅(qū)動(dòng)納米材料的結(jié)構(gòu)演變及其對(duì)材料的光電響應(yīng)特性、氣體傳感特性和場(chǎng)電子發(fā)射性能的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅基準(zhǔn)一維功能納米結(jié)構(gòu)以及新型 SiGe 應(yīng)變材料、光波導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)和性能的精細(xì)調(diào)控。（6）將不同方法的模擬軟件進(jìn)行集成，開發(fā)出一個(gè)能夠較為全面模擬高能、高電荷態(tài)離子與物質(zhì)相互作用過(guò)程的軟件平臺(tái)。（7）基 于 前 期 的 工 作 基 礎(chǔ) 及 面 臨 的 問(wèn) 題 （設(shè) 備 建 設(shè) 問(wèn) 題 及 發(fā) 現(xiàn) 的 新 物 理 問(wèn) 題 ），提 出 解 決 方 案 ，確 定 下 一 個(gè) 研 究 計(jì) 劃 ，使 此 研 究 項(xiàng) 目 可 持 續(xù) 發(fā) 展 。（8）對(duì) 項(xiàng) 目 進(jìn) 行 全 面 總 結(jié) ，完成項(xiàng)目驗(yàn)收工作。