核靶製備技術
正文
含有被轟擊原子核的實體稱為核靶，簡稱靶。主要技術要求 核靶製備的主要技術要求是：適當的靶厚、靶面積，化學純度或同位素純度高，均勻性好，機械強度高，耐束流轟擊性能好。
其中靶厚通常用面密度表示（單位是微克/厘米2或毫克/厘米2）,由對能量解析度和反應率的要求決定,靶太厚會使能量分辨變壞，太薄又會延長實驗時間。靶面積指靶的能夠接受入射束流轟擊的面積，要大於入射束流的橫截面。一般也可用靶框架的中心孔直徑來表示。
純度指核靶中所含被研究物質的成分比。化學純度或同位素純度高會減少雜質對所研究的核反應測量的干擾。雜質來源於原始靶材料的不純和制靶過程中的污染。所以，一般核靶製備中都用高純材料並且十分注意清潔處理。用真空傳遞器可有效地避免空氣對靶的氧化作用。
均勻性指一塊靶上各處厚度的變化量。均勻性不好可能帶來較大的實驗誤差。
機械強度指靶的牢固性。機械強度弱的靶在運輸和安裝過程中容易損壞。薄靶一般只是一層很薄的膜，用儀器進行定量測量是比較困難的，一般只是定性地給出“好”或“壞”的評價。
耐束流轟擊性能指靶能耐入射束流轟擊而不破損或變質的程度。用入射束流的通量、能量和轟擊時間來表示。
核靶類別 分為自支撐靶、有襯底靶和氣體靶三類。
自支撐靶 單純由核靶材料組成的一層薄膜靶，用一個金屬框架（靶框）支撐著。其優點是沒有襯底材料的干擾。
有襯底靶 有的靶物質很難或不可能製備成自支撐靶，必須使這種物質附著在其他材料製成的薄膜或片上才能形成所需要的核靶。這種靶稱為有襯底靶。用來支撐靶膜的金屬片或薄膜稱為襯底。常用的襯底材料是鉭片等金屬片、碳膜和有機膜。選擇襯底材料的原則是儘量降低襯底材料對所研究核反應實驗的干擾。
氣體靶 大致分為兩種，一種是一個金屬小室里充以一定氣壓的靶材料氣體，在小室的壁上開“窗”，讓入射束流穿入，出射產物穿出。它的關鍵是選擇一種適當的薄膜（箔）封窗，即能耐住室內外的氣壓差，又能使粒子在穿過薄窗時能量損耗最小，而且還能在束流轟擊下不損壞。常用的封窗物質是鋁、鎳，鉬、鉭和有機薄膜。另一種是無窗氣體靶，它的束流出入口處沒有封窗，利用所謂的差分抽氣系統來維持靶室和加速器管道真空之間的壓力差。它避免了由於入射束流和反應產物穿過封窗薄膜而產生的問題，可以提高實驗的精度。但是，它的裝置複雜，靶室內的氣壓不能太高。當一定氣壓的靶物質氣體從噴嘴進入低真空區時形成超聲速的射流，這是新發展起來的一種氣體靶。
製備方法 靶的製備方法很多。常用的方法有真空蒸發法、電鍍法、滾壓法、重離子濺射法和電磁同位素分離器制靶法等。
真空蒸發法 將核靶物質放在真空室中加熱蒸發，蒸氣凝結在放置於適當位置的襯底上形成一層薄膜，這就是有襯底靶，如果將其從襯底上剝離下來支撐在靶框下，就可製成自支撐靶。常用的加熱手段是電阻加熱法和電子轟擊加熱法。
① 電阻加熱法。在一對電極之間連線一個用高熔點金屬（如鉭片）做成的坩堝，由一個低電壓(6～30V)大電流（可達幾百安）電源供電。電流通過坩堝時產生熱量,從而將核靶材料加熱。溫度可達到2000℃)。這種加熱法對於低熔點材料有效、設備簡單、容易操作、成本低。
② 電子轟擊加熱法。由一個電子槍發射出的高速電子束轟擊坩堝中的核靶材料來加熱，它對於製備高熔點物質核靶效果好，可大大減少坩堝物質對靶的污染。用這種方法也可製備低熔點物質靶。
真空蒸發法制靶技術能製備出面密度為微克/厘米2到毫克／厘米2量級的核靶。
電鍍法 只限於製備金屬靶。用電鍍法每次只能製備一塊核靶。將核靶材料配成電解液，陽極一般是用鉑片做，用拋光的金屬片做陰極。在電場的作用下，靶材料的正離子飛向陰極，並在它的表面形成一層薄膜，將這層薄膜剝離下來就可以作為自支撐核靶。易製備面密度大於1毫克／厘米2的核靶。它的優點是靶材料的利用率高，缺點是電解液中的其他成分可能造成對靶的污染。
滾壓法 用滾壓機將核靶材料滾壓成薄箔的方法。可以制備厚度大於幾百微克／厘米2的靶,這種方法僅適用於延展性較好的核靶材料。其優點是生產過程中產生的碎片主要部分可以回收，而且可以將用過的靶重新製成新靶。這對於製備量少價高的濃縮同位素靶是十分有利的。
重離子濺射法 利用加速的重離子（如氬離子）轟擊靶物質使其分子被濺射出來而澱積到襯底上形成薄膜。這種方法對於製備某些低蒸氣壓物質靶比較有效。
電磁同位素分離器法 可以用來製備同位素核靶。它是用電磁同位素分離器將分離開的同位素離子束流減速，而直接澱積到襯底上形成靶膜。用它可以生產出高純度的同位素靶。尤其對豐度很低的同位素更有意義。
核靶的製備方法很多，原則上講，工業上制薄膜的方法都能借用來製備核靶。然而，由於要滿足核反應實驗的特殊要求，核靶製備比工業生產薄膜更為複雜困難。另外，不同的核反應實驗所要求的核靶的品種及技術指標不同，要針對具體核靶選擇適當的製備方法。
