CN112835091A - 微米级束流分布的测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种微米级束流分布的测试方法及装置，方法包括：对固体径迹探测器的表面进行坐标标记，沿预设方向在表面依次形成基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，记录各区域的坐标位置；根据坐标位置，采用微束束流照射至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，其中，照射后，沿基准区域指向目标束斑阵列区域的方向，各区域中束斑的尺寸依次递减；对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行刻蚀，将微束束流的分布转化为固体径迹探测器表面上离子径迹的分布；根据基准区域、至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位目标束斑阵列区域中的目标束斑，统计目标束斑的二维分布。该装置及方法可直观获得微束离子径迹分布。

Description

微米级束流分布的测试方法及装置

技术领域

本公开涉及微束技术领域，尤其涉及一种微米级束流分布的测试方法及装置。

背景技术

重离子微束技术是一种研究电子器件单粒子效应机理的有效途径。不同于厘米量级的宽束技术，微束技术一般使用磁聚焦或针孔的方式将加速器束流限制至微米量级，在小区域内对电子器件进行扫描。宽束技术主要在宏观上评估器件在空间辐射环境中对单粒子效应的敏感性，而微束技术可用于分析器件敏感区的具体位置分布，更有利于从微观上研究单粒子效应机理。目前，国际上许多实验室和研究中心均建有重离子微束装置，常用于单粒子效应研究的主要有针孔微束和聚焦型微束装置。

在单粒子效应微束实验中，微束束斑的尺寸是关键物理参数之一，它决定了待测器件敏感区定位的定位精度。在宽束实验中束斑分布面积较大，一般为厘米量级，因此可以直接用ZnS荧光屏、闪烁体探测器或者径迹探测器测量得到。但微束的束斑极小，目前国内外的实验室已达到微米和亚微米量级，使用上述所述的探测器对微米级束斑进行有效地测量存在很大的技术难度。微束束斑尺寸的测量可以采用在线扫描锋利刀口表面的方法，但是该方法是使用探测器间接测量，不能直观地体现束斑的二维分布情况。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对于现有技术问题，本公开提出一种微米级束流分布的测试方法及装置，用于至少部分解决上述技术问题。

(二)技术方案

本公开一方面提供一种微米级束流分布的测试方法，包括：对固体径迹探测器的表面进行坐标标记，沿预设方向在表面依次形成基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，记录各区域的坐标位置；根据坐标位置，采用微束束流照射至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，其中，照射后，沿基准区域指向目标束斑阵列区域的方向，各区域中束斑的尺寸依次递减；对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行刻蚀，将微束束流的分布转化为固体径迹探测器表面上离子径迹的分布；根据基准区域、至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位目标束斑阵列区域中的目标束斑，统计目标束斑的二维分布。

根据本公开的实施例，其中，对固体径迹探测器的表面进行标记，沿预设方向在表面依次形成基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，包括：从表面的边缘至内部或内部至边缘沿预设方向依次标注基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域。

根据本公开的实施例，其中，利用准直显微镜对固体径迹探测器的表面进行坐标标记。

根据本公开的实施例，其中，根据坐标位置，采用微束束流照射至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，包括：沿基准区域指向目标束斑阵列区域的方向，依次选用尺寸依次递减的微束束流照射至少一个定位束斑阵列区域至目标束斑阵列区域。

根据本公开的实施例，其中，根据坐标位置，采用微束束流照射至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，包括：沿目标束斑阵列区域指向基准区域的方向，依次选用尺寸依次递增的微束束流照射目标束斑阵列区域及至少一个定位束斑阵列区域。

根据本公开的实施例，其中，对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行刻蚀，包括：采用氢氧化钠溶液对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行化学蚀刻。

根据本公开的实施例，其中，根据微束束流对应的离子种类及能量大小确定氢氧化钠溶液的浓度及化学刻蚀的时间、温度。

根据本公开的实施例，根据基准区域、至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位目标束斑阵列区域中的目标束斑，包括：使用扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜定位目标束斑，包括：在扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜的视野中确定基准区域的位置；基于确定的基准区域的位置，沿预设方向依次寻找至少一个定位束斑阵列区域的位置；基于至少一个定位束斑阵列区域的位置，继续沿预设方向寻找目标束斑的位置。

根据本公开的实施例，统计目标束斑的二维分布，包括：统计目标束斑内孔径的尺寸大小及均匀性。

根据本公开的实施例，其中，采用百微米至数百微米级的针孔标记基准区域。

根据本公开的实施例，其中，固体径迹探测器选择塑料径迹探测器。

根据本公开的实施例，采用聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯或树脂制作塑料径迹探测器。

本公开另一方面提供一种微米级束流分布的测试装置，包括：样品平台，用于承载固体径迹探测器，以带动固体径迹探测器移动；标定装置，用于对固体径迹探测器的表面进行坐标标记，沿预设方向在表面依次形成基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，记录各区域的坐标位置；微束束流发射器，用于发射微束束流；针孔平台，用于在样品平台根据坐标位置带动固体径迹探测器移动过程中，采用不同尺寸针孔对微束束流限束后照射至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，其中，照射后，沿基准区域指向所述目标束斑阵列区域的方向，各区域中束斑的尺寸依次递减；刻蚀装置，用于对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行刻蚀，将所述微束束流的分布转化为固体径迹探测器表面上离子径迹的分布；观测装置，用于根据所述基准区域、至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位所述目标束斑阵列区域中的目标束斑，统计所述目标束斑的二维分布。

根据本公开的实施例，其中，标定装置从固体径迹探测器表面的边缘至内部或内部至边缘沿预设方向依次标注基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域。

根据本公开的实施例，其中，标定装置包括准直显微镜。

根据本公开的实施例，其中，在针孔平台上依次选用尺寸依次递减的针孔对微束束流发射器发射的微束束流照进行限束后，沿基准区域指向目标束斑阵列区域的方向，依次照射至少一个定位束斑阵列区域至目标束斑阵列区域。

根据本公开的实施例，其中，在针孔平台上依次选用尺寸依次递增的针孔对微束束流发射器发射的微束束流照进行限束后，沿目标束斑阵列区域指向基准区域的方向，依次照射目标束斑阵列区域至至少一个定位束斑阵列区域。

根据本公开的实施例，其中，刻蚀装置采用氢氧化钠溶液对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行化学蚀刻。

根据本公开的实施例，其中，刻蚀装置根据微束束流对应的离子种类及能量大小选择氢氧化钠溶液的浓度及化学刻蚀的时间、温度。

根据本公开的实施例，其中，观测装置包括扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜；观测装置根据基准区域、至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位目标束斑阵列区域中的目标束斑，包括：在观测装置的视野中确定基准区域的位置；基于确定的基准区域的位置，沿预设方向依次寻找至少一个定位束斑阵列区域的位置；基于至少一个定位束斑阵列区域的位置，继续沿预设方向寻找目标束斑的位置。

根据本公开的实施例，其中，观测装置统计目标束斑的二维分布，包括：统计目标束斑内孔径的尺寸大小及均匀性。

根据本公开的实施例，其中，通过百微米至数百微米级的针标记基准区域。

根据本公开的实施例，其中，固体径迹探测器包括塑料径迹探测器。

根据本公开的实施例，其中，塑料径迹探测器包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯或树脂。

(三)有益效果

本公开提供一种微米级束流分布的测试方法及装置，至少具备以下有益效果：

通过对固体径迹探测器的表面进行标记，当采用微束束流照射被标记的区域，入射离子会沿着入射径迹沉积能量，从而在固体径迹探测器的表面形成潜径迹。然后对形成有潜径迹的固体径迹探测器的表面进行化学刻蚀，使得照射区域在化学试剂中产生更大的孔径，通过化学刻蚀将孔径尺寸控制至可观测大小，微束束流的分布转化为固体径迹探测器表面上离子径迹的分布，从而可直观地获得微束离子入射的位置和径迹。

通过沿预设方向构建束斑尺寸依次减小的针眼区域、第一束斑阵列区域、第二束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，在对微观视野下的目标束斑定位的过程中，利用大尺寸→中尺寸→小尺寸过渡的定位方法，从厘米量级逐渐过渡到微米量级，依次来寻找最小目标束斑的位置，从而极大地降低了直接在固体径迹探测器寻找微米级束斑的难度，进而提升了后期数据处理的效率。

附图说明

图1示意性示出了本公开实施例提供的微米级束流分布的测试方法的流程图；

图2示意性示出了本公开实施例提供的固体径迹探测器表面的各区域的坐标位置图；

图3示意性示出了本公开实施例提供的束流照射方法的流程图；

图4示意性示出了本公开实施例提供的目标束斑定位方法的流程图；

图5示意性示出了本公开实施例提供的微米级束流分布的测试装置的结构图；

图6示意性示出了本公开实施例提供的针眼-大尺寸束斑阵列-中尺寸束斑阵列-目标束斑阵列的排布情况扫描结果图；

图7示意性示出了本公开实施例提供的目标辐照点阵中某一个束斑内的孔径个数分布的扫描结果图。

【附图标记】

1-样品平台，2-固体径迹探测器，3-标定装置，4-微束束流发射器，5-针孔平台；

A-基准区域，B-第一束斑阵列区域，C-第二束斑阵列区域，D-目标束斑阵列区域，l₁、l₂、l₃-距离

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在实现本公开构思的过程中发现：当重离子照射固体径迹探测器时，入射离子会沿着入射径迹沉积能量，并在高分子聚合物中形成潜径迹，潜径迹的孔径的尺寸只有若干纳米，难以直接观测。但由于被辐照区域的化学活性更强，因此经过化学蚀刻后，损伤区域会在化学试剂中产生更大的孔径。通过选择不同的蚀刻溶液浓度、蚀刻温度和蚀刻时间等条件，可以将孔径尺寸控制至可观测大小，从而记录下离子入射的位置和径迹。因此，本公开实施例将固体径迹探测器创新性地应用到微束实验中，以解决在厘米级的径迹探测器中找到微米级微束束斑的关键问题，可以获得束斑内所有离子入射点的分布，从而直观得获得束斑的二维分布。下面以具体实施例进行详细说明。

图1示意性示出了本公开实施例提供的微米级束流分布的测试方法的流程图。

如图1所示，该微米级束流分布的测试方法例如可以包括操作S101～操作S104。

在操作S101，对固体径迹探测器的表面进行坐标标记，沿预设方向在表面依次形成基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，记录各区域的坐标位置。

根据本公开的实施例，沿预设方向，基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域标记的尺寸可以是依次递减。本公开实施例选择基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域标记的尺寸依次递减的方式是为了构建由大尺寸→中尺寸→小尺寸过渡的定位方法。

根据本公开的实施例，固体径迹探测器例如可以采用塑料径迹探测器，塑料径迹探测器可以采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(RET膜)或聚碳酸酯或树脂(CR-39)制作塑料径迹探测器，其形状可以为任意形状，例如可以选择圆形。

根据本公开的实施例，可以采用准直显微镜对塑料径迹探测器固体径迹探测器的表面进行坐标标记。

本公开实施例获取各区域的坐标位置是为了后续能够准确地利用微束束流照射各区域。

在操作S102，根据坐标位置，采用微束束流照射至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域。

其中，照射后，沿基准区域指向所述目标束斑阵列区域的方向，各区域中束斑的尺寸依次递减。

在操作S103，对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行刻蚀，将微束束流的分布转化为固体径迹探测器表面上离子径迹的分布。

在操作S104，根据基准区域、至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位所述目标束斑阵列区域中的目标束斑，统计目标束斑的二维分布。

通过本公开的实施例，可以将微束束流的分布转化为固体径迹探测器表面上离子径迹的分布，从而可直观地获得下微束离子入射的位置和径迹。

下面结合图2～图4对图1所示的方法进一步详细说明。

图2示意性示出了本公开实施例提供的固体径迹探测器表面各区域的坐标位置图。

根据本公开的实施例，预设方向可以是沿固体径迹探测器表面的任意方向，可以是从上之下、从下之上、从左至右、从右至左等等。基于预设方向，可以是从固体径迹探测器表面的边缘至内部沿预设方向依次标注基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，也可以是从固体径迹探测器表面的内部至边缘沿预设方向依次标注基准区域、至少一个束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，具体方向，本公开不做限制，可根据实际操作的条件限制选取，一般能够保证基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑沿一方向依次排列在固体径迹探测器表面即可。

根据本公开的实施例，定位束斑阵列区域的数量不做限制，可以为一个或两个，也可以为多个，具体根据实际需求选择。当定位束斑阵列区域的数量为两个及以上是，沿基准区域指向目标束斑阵列区域的方向，定位束斑阵列区域的标记尺寸依次减小，这样后续经过微束束流照射后区域内形成的束斑尺寸依次减小。本公开实施例优选两个定位束斑阵列区域的数量。下面结合图2进行详细介绍。

如图2所示，在本公开一具体示例中，选择从右至左，从固体径迹探测器表面的边缘到内部标注基准区域(A)、第一束斑阵列区域(B)、第二束斑阵列区域(C)及目标束斑(D)，其中，第一束斑阵列区域(B)、第二束斑阵列区域(C)为定位束斑阵列区域。

具体地，基准区域可以为不规则圆形，在显微镜下可轻易被找到，目的是作为整个辐照区域的基准点。

根据本公开的实施例，基准区域作为整个固体径迹探测器的基准，一般尺寸较大，便于在显微视野下快速找到，因而基准区域的坐标标记完成后，一般可采用尺寸较大的普通针直接在固体径迹探测器表面形成印记，也可以采用其它注入激光标记的方式在固体径迹探测器表面形成印记，本公开不做限制。

第一束斑阵列区域位于基准区域的左侧，束斑的行数及列数根据实际需求而定，本公开不做限制，例如选择3×3阵列。第一束斑阵列区域与针眼区域的中心位置的距离(l₁)固定，目的是初步降低寻找目标束斑的难度。

第二束斑阵列区域位于第一束斑阵列区域位于的左侧，束斑的行数及列数根据实际需求而定，本公开不做限制，例如选择3×3阵列。第二束斑阵列区域与第一束斑阵列区域的距离(l₂)也固定，目的是进一步降低寻找目标束斑的难度。

最左侧为目标束斑区域，与第二束斑阵列区域的距离(l₃)固定。

通过本公开实施例坐标标记，后续经束流照射后的四个区域的尺度逐级递减，构建了从最大(cm)到大(100μm)、中(30μm)、再到小(μm)过渡的测量手段。

根据本公开实施例，根据坐标位置，采用微束束流照射至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域例如可以是沿基准区域指向目标束斑阵列区域的方向，依次选用尺寸依次递减的微束束流照射至少一个定位束斑阵列区域至目标束斑阵列区域。

根据本公开实施例，根据坐标位置，采用微束束流照射至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域例如还可以是沿目标束斑阵列区域指向基准区域的方向，依次选用尺寸依次递增的微束束流照射目标束斑阵列区域至至少一个定位束斑阵列区域。

下面以图2所示的定位束斑阵列区域为例对微束束流照射的流程进行详细介绍。

图3示意性示出了本公开实施例提供的束流照射方法的流程图。如图3所示，该束流照射方法例如可以包括操作S301～操作S303。

在操作S301，采用第一尺寸的微束束流照射第一束斑阵列区域。

在操作S302，采用第二尺寸的微束束流照射第二束斑阵列区域。

在操作S303，采用第三尺寸的微束束流照射目标束斑阵列区域。

其中，第一尺寸、第二尺寸、第三尺寸依次递减，也就是说，大尺寸的束斑区域采用大尺寸的微束束流照射，中尺寸的束斑区域采用中尺寸的微束束流照射，小尺寸的束斑区域采用小尺寸的微束束流照射。例如，第一束斑区域的束斑的直径为100微米，则可以采用100微米的微束束流照射，第二束斑区域的束斑的直径为30微米，则可以采用30微米的微束束流照射，目标区域的束斑的直径为几微米，则可以采用几微米的微束束流照射。

根据本公开的实施例，依次采用第一尺寸、第二尺寸、第三尺寸的微束束流照照射对应的区域，也即依次执行操作S301～操作S303。或者依次采用第三尺寸、第二尺寸、第一尺寸的微束束流照照射对应的区域，也即依次执行操作S303～操作S301。需要说明的是，各区域被束流照射的顺序不仅限于依次执行操作S301～操作S303或依次执行操作S303～操作S301，也可以是任意顺序，只需保证微束束流的尺寸与各区域的尺寸对应即可。本公开实施例优选依次执行操作S301～操作S303或依次执行操作S303～操作S301，这样的照射方法利于更换不同尺寸的针孔，操作方便。

本公开实施例通过采用微束束流照射被标记的区域，入射离子会沿着入射径迹沉积能量，从而在固体径迹探测器的表面形成潜径迹。

根据本公开的实施例，可以采用氢氧化钠溶液对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行化学蚀刻。需要注意的是，蚀刻条件的选取和辐照离子的种类和能量均有关，也即需要根据微束束流对应的离子种类及能量大小确定氢氧化钠溶液的浓度及化学刻蚀的时间、温度。例如，使用140MeV的S离子辐照PET膜后，需要使用浓度6mol/L的NaOH溶液在60℃恒温下蚀刻10min。

本公开实施例通过对形成有潜径迹的固体径迹探测器的表面进行化学刻蚀，使得照射区域在化学试剂中产生更大的孔径，通过化学刻蚀将孔径尺寸控制至可观测大小，微束束流的分布转化为固体径迹探测器表面上离子径迹的分布。

根据本公开的实施例，可以采用扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜定位目标束斑。由于目标束斑的尺寸仅有若干微米，因此观察时在显微镜视野里几乎不可能直接找到，但之前做好的基准区域和一系列用于定位的定位束斑阵列区域(第一束斑区域及第二束斑区域)却可以逐级确定。

根据本公开的实施例，使用扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜定位所述目标束斑，包括：在扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜的视野中确定所述基准区域的位置；基于确定的基准区域的位置，沿预设方向依次寻找至少一个定位束斑阵列区域的位置；基于至少一个定位束斑阵列区域的位置，继续沿预设方向寻找所述目标束斑的位置。

下面以图2所示的定位束斑阵列区域为例对目标束斑定位方法的流程进行详细介绍。

图4示意性示出了本公开实施例提供的目标束斑定位方法的流程图。

如图4所示，该定位方法例如可以包括操作S401～操作S404。

在操作S401，在扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜的视野中确定基准区域的位置。

在操作S402，基于确定的基准区域的位置，沿预设方向寻找第一束斑阵列区域的位置。

例如，在与基准区域中心相隔固定距离的区域寻找100微米束斑阵列的位置，100微米的束斑在显微镜视野中也比较容易寻找。

在操作S403，基于第一束斑阵列区域的位置，继续沿预设方向寻找第二束斑阵列区域的位置。

例如，在100微米阵列的基础上相隔固定距离，继续寻找30微米阵列。

在操作S404，基于第二束斑阵列区域的位置，继续沿预设方向寻找目标束斑的位置。

由于第一束斑阵列区域、第二束斑阵列区域和基准区域共同组成的位置信息使得目标束斑的位置完全固定，因此，只要沿着同一方向相隔固定距离，就可以找到目标束斑的确切位置。

本公开实施例利用大尺寸→中尺寸→小尺寸过渡的定位方法，从厘米量级逐渐过渡到微米量级，依次来寻找最小目标束斑的位置，从而极大地降低了直接在固体径迹探测器寻找微米级束斑的难度，进而提升了后期数据处理的效率。

进一步地，在通过上述实施例的方法确定目标束斑的位置之后，便可统计目标束斑的二维分布。

根据本公开的实施例，统计目标束斑内孔径的尺寸大小及均匀性等信息以得到目标束斑的二维分布。具体地，可以对蚀刻后目标束斑内孔径的个数分布进行统计，如果束斑内孔径个数较少，可以通过人工计数方式进行统计。如果束斑内孔径个数较多，可以通过ImageJ等图像处理软件进行自动统计。

至此，通过上述实施例的方法，便可直观地获得下微束离子入射的位置和径迹。

基于同一发明构思，本公开实施例提供一种微米级束流分布的测试装置。图5示意性示出了本公开实施例提供的微米级束流分布的测试装置的结构图。

如图5所示，该测试装置例如可以包括：

样品平台1，用于承载固体径迹探测器2，以带动固体径迹探测器2移动。在后续对固体径迹探测器2进行标记及进行微束束流照射的过程中，均可以通过样品平台1的移动带动固体径迹探测器2移动实现不同位置的标记以照射。

标定装置3，用于对固体径迹探测器的表面进行坐标标记，沿预设方向在所述表面依次形成基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，记录各区域的坐标位置。

微束束流发射器4，用于发射微束束流。

针孔平台5，用于在样品平台1根据坐标位置带动固体径迹探测器2移动过程中，采用不同尺寸针孔对微束束流限束后照射至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，其中，照射后，沿基准区域指向目标束斑阵列区域的方向，各区域中束斑的尺寸依次递减；刻蚀装置(图中未示出)，用于对微束束流照射后的固体径迹探测器2的表面进行刻蚀，将微束束流的分布转化为固体径迹探测器2表面上离子径迹的分布。

观测装置(图中未示出)，用于根据基准区域至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位目标束斑阵列区域中的目标束斑，统计目标束斑的二维分布。

下面以具体实施例，对微米级束流分布的测试装置进行进一步介绍。

根据本公开的实施例，固体径迹探测器2可以塑料径迹探测器，塑料径迹探测器例如可以采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(RET膜)或聚碳酸酯或树脂(CR-39)制作，其形状可以为任意形状，例如可以选择圆形。

根据本公开的实施例，预设方向可以是沿固体径迹探测器2表面的任意方向，可以是从上之下、从下之上、从左至右、从右至左等等。基于预设方向，可以是从固体径迹探测器表面的边缘至内部沿预设方向依次标注基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，也可以是从固体径迹探测器表面的内部至边缘沿预设方向依次标注基准区域、至少一个束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，具体方向，本公开不做限制，可根据实际操作的条件限制选取，一般能够保证基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑沿一方向依次排列在固体径迹探测器表面即可。

根据本公开的实施例，定位束斑阵列区域的数量不做限制，可以为一个或两个，也可以为多个，具体根据实际需求选择。当定位束斑阵列区域的数量为两个及以上是，沿基准区域指向目标束斑阵列区域的方向，定位束斑阵列区域的标记尺寸依次减小，这样后续经过微束束流照射后区域内形成的束斑尺寸依次减小。本公开实施例优选两个定位束斑阵列区域的数量。下面结合图2进行详细介绍。

继续参阅图2，在本公开一具体示例中，样品平台1带动固体径迹探测器2从右至左，从固体径迹探测器2表面的边缘到内部移动，以在固体径迹探测器2表面标注基准区域、第一束斑阵列区域、第二束斑阵列区域及目标束斑。

具体地，针眼区域可以为不规则圆形，在显微镜下可轻易被找到，目的是作为整个辐照区域的基准点。

根据本公开的实施例，基准区域作为整个固体径迹探测器的基准，一般尺寸较大，便于在显微视野下快速找到，因而基准区域的坐标标记完成后，一般可采用尺寸较大的普通针直接在固体径迹探测器表面形成印记，也可以采用其它注入激光标记的方式在固体径迹探测器表面形成印记，本公开不做限制。

第一束斑阵列区域位于针眼区域的左侧，束斑的行数及列数根据实际需求而定，本公开不做限制，例如选择3×3阵列。第一束斑阵列区域与针眼区域的中心位置的距离固定，目的是初步降低寻找目标束斑的难度。

第二束斑阵列区域位于第二束斑阵列区域位于的左侧，束斑的行数及列数根据实际需求而定，本公开不做限制，例如选择3×3阵列。第二束斑阵列区域与针眼区域的中心位置的距离也固定，目的是进一步降低寻找目标束斑的难度。

最左侧为目标束斑区域，与第一束斑阵列区域的距离固定。

通过本公开实施例坐标标记，后续经束流照射后的四个区域的尺度逐级递减，构建了从最大(cm)到大(100μm)、中(30μm)、再到小(μm)过渡的测量手段。

根据本公开实施例，标定装置3可以选择准直显微镜。

根据本公开实施例，在对不同区域进行微束束流照射时，根据标定装置3标定的坐标位置控制样品平台1带动固体径迹探测器2移动到相应的坐标位置。微束束流发射器4发射微束束流，通过针孔平台3不同尺寸的针孔对微束束流进行限束，以改变微束束流的尺寸，以选择不同尺寸微束束流照射基准区域、第一束斑阵列区域、第二束斑阵列区域及目标束斑阵列区域。具体地，可以首先以第一尺寸的微束束流照射第一束斑阵列区域，再以第二尺寸的微束束流照射第二束斑阵列区域，最后一第三尺寸的微束束流照射目标束斑阵列区域。

其中，第一尺寸、第二尺寸、第三尺寸、第四尺寸依次递减，也就是说，大尺寸的束斑区域采用大尺寸的微束束流照射，中尺寸的束斑区域采用中尺寸的微束束流照射，小尺寸的束斑区域采用小尺寸的微束束流照射。例如，第一束斑区域的束斑的直径为100微米，则可以采用100微米的微束束流照射，第二束斑区域的束斑的直径为30微米，则可以采用30微米的微束束流照射，目标区域的束斑的直径为几微米，则可以采用几微米的微束束流照射。

需要说明的是，各区域被束流照射的顺序不仅限于依次采用第一尺寸、第二尺寸、第三尺寸的微束束流照照射对应的区域，也可以是一次采用第三尺寸、第二尺寸、第一尺寸的微束束流照照射对应的区域，还可以是任意顺序，只需保证微束束流的尺寸与各区域的尺寸对应即可。

根据本公开的实施例，刻蚀装置可以采用氢氧化钠溶液对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行化学蚀刻。需要注意的是，蚀刻条件的选取和辐照离子的种类和能量均有关，也即需要根据微束束流对应的离子种类及能量大小确定氢氧化钠溶液的浓度及化学刻蚀的时间、温度。例如，使用140MeV的S离子辐照PET膜后，需要使用浓度6mol/L的NaOH溶液在60℃恒温下蚀刻10min。

根据本公开的实施例，观测装置例如可以包括扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜。在扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜的视野中确定针眼区域的位置。

具体地，首先，基于确定的基准区域的位置，沿预设方向寻找第一束斑阵列区域的位置。例如，在与针眼区域中心相隔固定距离的区域寻找100微米束斑阵列的位置，100微米的束斑在显微镜视野中也比较容易寻找。

其次，基于第一束斑阵列区域的位置，继续沿预设方向寻找第二束斑阵列区域的位置。例如，在100微米阵列的基础上相隔固定距离，继续寻找30微米阵列。

最后，基于第二束斑阵列区域的位置，继续沿预设方向寻找目标束斑的位置。

由于第一束斑阵列区域、第二束斑阵列区域和针眼区域共同组成的位置信息使得目标束斑的位置完全固定，因此，只要沿着同一方向相隔固定距离，就可以找到目标束斑的确切位置。

根据本公开的实施例，观测装置可以统计目标束斑内孔径的尺寸大小及均匀性等信息以得到目标束斑的二维分布。具体地，可以对蚀刻后目标束斑内孔径的个数分布进行统计，如果束斑内孔径个数较少，可以通过人工计数方式进行统计。如果束斑内孔径个数较多，可以通过ImageJ等图像处理软件进行自动统计。

需要说明的是，装置实施例部分与方法实施例部分类似，未尽细节之处请参见方法实施例部分，此处不再赘述。

进一步地，本公开实施例采用微束束流分布的测试方法及测试装置进行了具体的实验。

图6示意性示出了本公开实施例提供的针眼-大尺寸束斑阵列-中尺寸束斑阵列-目标束斑阵列的排布情况扫描结果图，图7示意性示出了本公开实施例提供的目标辐照点阵中某一个束斑内的孔径个数分布的扫描结果图。

如图6及图7所示，其中大尺寸束斑阵列-中尺寸束斑阵列均为2×3阵列，图6最右端为目标辐照点阵。通过ImageJ对图7分析可得，该束斑的大小约为2.7×4.1μm²。

通过该具体的示例，可以明显的看出，通过本公开实施例提供的微束束流的测试方法及装置能够很好地将微束束流的分布转化为固体径迹探测器表面上离子径迹的分布，从而可直观地获得下微束离子入射的位置和径迹(如图6所示)。利用大尺寸→中尺寸→小尺寸过渡的定位方法，从厘米量级逐渐过渡到微米量级，依次来寻找最小目标束斑的位置，快速实现在厘米级的径迹探测器中找到微米级微束束斑，进而获得目标束斑的二维分布(如图7所示)。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种微米级束流分布的测试方法，包括：

对固体径迹探测器的表面进行坐标标记，沿预设方向在所述表面依次形成基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，记录各区域的坐标位置

根据所述坐标位置，采用微束束流照射所述至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，其中，照射后，沿所述基准区域指向所述目标束斑阵列区域的方向，各区域中束斑的尺寸依次递减；

对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行刻蚀，将所述微束束流的分布转化为固体径迹探测器表面上离子径迹的分布；

根据所述基准区域、至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位所述目标束斑阵列区域中的目标束斑，统计所述目标束斑的二维分布。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其中，所述对固体径迹探测器的表面进行坐标标记，沿预设方向在所述表面依次形成基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，包括：

从所述表面的边缘至内部或内部至边缘沿预设方向依次标注所述基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其中，利用准直显微镜对塑料径迹探测器固体径迹探测器的表面进行坐标标记。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其中，所述根据所述坐标位置，采用微束束流照射所述至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，包括：

沿所述基准区域指向所述目标束斑阵列区域的方向，依次选用尺寸依次递减的微束束流照射所述至少一个定位束斑阵列区域至目标束斑阵列区域。

5.根据权利要求1所述的测试方法，其中，所述根据坐标位置，采用微束束流照射至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，包括：

沿所述目标束斑阵列区域指向所述基准区域的方向，依次选用尺寸依次递增的微束束流照射所述目标束斑阵列区域及至少一个定位束斑阵列区域。

6.根据权利要求1所述的测试方法，其中，所述对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行刻蚀，包括：

采用氢氧化钠溶液对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行化学蚀刻。

7.根据权利要求6所述的测试方法，其中，根据所述微束束流对应的离子种类及能量大小确定所述氢氧化钠溶液的浓度及化学刻蚀的时间、温度。

8.根据权利要求1所述的测试方法，其中，所述根据所述基准区域、至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位所述目标束斑阵列区域中的目标束斑，包括：

使用扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜定位所述目标束斑，包括：

在扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜的视野中确定所述基准区域的位置；

基于确定的所述基准区域的位置，沿所述预设方向依次寻找所述至少一个定位束斑阵列区域的位置；

基于所述至少一个定位束斑阵列区域的位置，继续沿所述预设方向寻找所述目标束斑的位置。

9.根据权利要求1所述的测试方法，其中，所述统计所述目标束斑的二维分布，包括：

统计所述目标束斑内孔径的尺寸大小及均匀性。

10.根据权利要求1所述的测试方法，其中，采用百微米至数百微米级的针孔标记所述基准区域。

11.根据权利要求1-10任一项所述的测试方法，其中，所述固体径迹探测器选择塑料径迹探测器。

12.根据权利要求11所述的测试方法，其中，采用聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯或树脂制作所述塑料径迹探测器。

13.一种微米级束流分布的测试装置，包括：

样品平台(1)，用于承载固体径迹探测器(2)，以带动所述固体径迹探测器(2)移动；

标定装置(3)，用于对固体径迹探测器的表面进行坐标标记，沿预设方向在所述表面依次形成基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，记录各区域的坐标位置；

微束束流发射器(4)，用于发射微束束流；

针孔平台(5)，用于在所述样品平台(1)根据所述坐标位置带动所述固体径迹探测器(2)移动过程中，采用不同尺寸针孔对所述微束束流限束后照射所述至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域，其中，照射后，沿所述基准区域指向所述目标束斑阵列区域的方向，各区域中束斑的尺寸依次递减；

刻蚀装置，用于对微束束流照射后的固体径迹探测器(2)的表面进行刻蚀，将所述微束束流的分布转化为固体径迹探测器(2)表面上离子径迹的分布；

观测装置，用于根据所述基准区域、至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位所述目标束斑阵列区域中的目标束斑，统计所述目标束斑的二维分布。

14.根据权利要求13所述的测试装置，其中，所述标定装置(3)从所述固体径迹探测器(2)表面的边缘至内部或内部至边缘沿预设方向依次标注所述基准区域、至少一个定位束斑阵列区域及目标束斑阵列区域的坐标。

15.根据权利要求13所述的测试装置，其中，所述标定装置(3)包括准直显微镜。

16.根据权利要求13所述的测试装置，其中，

在所述针孔平台(5)上依次选用尺寸依次递减的针孔对所述微束束流发射器(4)发射的微束束流照进行限束后，沿所述基准区域指向所述目标束斑阵列区域的方向，依次照射所述至少一个定位束斑阵列区域至目标束斑阵列区域。

17.根据权利要求13所述的测试装置，其中，在所述针孔平台(5)上依次选用尺寸依次递增的针孔对所述微束束流发射器(4)发射的微束束流照进行限束后，沿所述目标束斑阵列区域指向所述基准区域的方向，依次照射所述目标束斑阵列区域至至少一个定位束斑阵列区域。

18.根据权利要求13所述的测试装置，其中，所述刻蚀装置采用氢氧化钠溶液对微束束流照射后的固体径迹探测器的表面进行化学蚀刻。

19.根据权利要求18所述的测试装置，其中，所述刻蚀装置根据所述微束束流对应的离子种类及能量大小选择所述氢氧化钠溶液的浓度及化学刻蚀的时间、温度。

20.根据权利要求13所述的测试装置，其中，所述观测装置包括扫描电镜或高放大倍数的光学显微镜；

所述观测装置根据所述基准区域、至少一个定位束斑阵列区域在刻蚀后的表面定位所述目标束斑阵列区域中的目标束斑，包括：

在所述观测装置的视野中确定所述基准区域的位置；

基于确定的所述基准区域的位置，沿所述预设方向依次寻找所述至少一个定位束斑阵列区域的位置；

基于所述至少一个定位束斑阵列区域的位置，继续沿所述预设方向寻找所述目标束斑的位置。

21.根据权利要求13所述的测试装置，其中，所述观测装置统计所述目标束斑的二维分布，包括：

统计所述目标束斑内孔径的尺寸大小及均匀性。

22.根据权利要求13所述的测试装置，其中，通过百微米至数百微米级的针标记所述基准区域。

23.根据权利要求13-22任一项所述的测试装置，其中，所述固体径迹探测器(2)包括塑料径迹探测器。

24.根据权利要求23所述的测试装置，其中，所述塑料径迹探测器包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯或树脂。

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