MRI-R2: Acquisition of a Highly Charged Ion Beamline for Interdisciplinary Materials Research and Education at Clemson University

MRI-R2:克莱姆森大学获取用于跨学科材料研究和教育的高电荷离子束线

基本信息

  • 批准号:
    0960100
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 164.89万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-03-15 至 2013-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

0960100SosolikClemson U.Technical Summary: This award is funded under the American Recovery and Reinvestment Act of 2009 (Public Law 111-5).We propose the acquisition of a highly charged ion (HCI) beamline dedicated to the exploration of HCI-materials interactions. The intrinsic high energy density present in an HCI-solid impact, where a reproducible quantum mechanical state of a highly ionized atom transfers energy into a solid at atomic length scales, gives irradiance values (~1014 W/cm2) that rival those achievable with petawatt lasers (~7x1011 W/cm2) and that can be obtained and maintained more easily than a laser. Understanding the physical mechanisms that control how an HCI can deliver this energy to a target is the primary and open question of materials research that will be addressed. With this instrumentation we will be able to create HCIs of a selected charge state and impact them onto well-defined targets where secondary electron, X-ray, and mass loss sensing will be used for real-time analysis and precisely timed clocking (via X-ray deexcitation) of impact events. In doing so, we will probe the complex interplay between fundamental atomic physics (X-ray emissions, Rydberg atom formation, etc.) and energy dissipation that is the defining characteristic of HCI-materials interactions. Results obtained with this beamline will be directly applied to the use of HCIs in electronic device processing as well as the evaluation of candidate materials for fusion reactor walls, the role of HCIs in astrophysically relevant ion-target impact conditions, and the accelerated spaceflight-readiness testing of electronics devices and materials. This instrumentation will be housed on the central campus of Clemson University, will be operated by a trained staff technician, and will be maintained through the committed and combined support of the College of Engineering and Science and the university. The core investigators and management team will utilize this acquisition to enhance our outreach programs to women and minorities through established programs on campus and through our existing connection with South Carolina State University.Non-Technical Summary: This award is funded under the American Recovery and Reinvestment Act of 2009 (Public Law 111-5).We propose the acquisition of a highly charged ion (HCI) beamline for interdisciplinary materials research and education at Clemson University. Highly charged ions, which are atoms stripped of a large fraction of their electrons, are unique as they possess a high energy density that can lead to novel HCI-solid interactions not typically encountered in a materials laboratory environment. Our goals with this acquisition are to explore the physical mechanisms that control how a HCI can deliver energy to a target and apply that knowledge to the development of HCIs as a processing tool for electronic materials fabrication. In addition, the inherent presence of HCIs in fusion reactors, a candidate technology for clean energy production, as well as in the space environment makes this acquisition a prime tool for reproducing these conditions in a laboratory setting. Operating as a research laboratory and user facility for the study of HCI interactions with materials, this beamline will open new doors to a multitude of researchers and encourage their explorations into this unique form of matter. The incorporation of cryogen-free technologies for the production of HCIs into this proposed acquisition ensures that it will function as a low cost, single-operator beamline that has a low threshold for user and collaborator participation. This instrumentation will be housed on the central campus of Clemson University, will be operated by a trained staff technician, and will be maintained through the committed and combined support of the College of Engineering and Science and the university. The core investigators and management team will utilize this acquisition to enhance our outreach programs to women and minorities through established programs on campus and through our existing connection with South Carolina State University.
0960100 SosolikClemson U.技术摘要:该奖项是根据2009年美国复苏和再投资法案(公法111-5)资助的。我们建议收购一个高电荷离子(HCI)束线,专门用于探索HCI-材料相互作用。 HCI-固体碰撞中存在的固有高能量密度,其中高度电离的原子的可再现量子力学状态以原子长度尺度将能量转移到固体中,给出的辐照度值(~1014 W/cm 2)与用拍瓦激光器(~ 7 x1011 W/cm 2)可实现的辐照度值(~1014 W/cm 2)相媲美,并且可以比激光器更容易地获得和保持。 了解控制HCI如何将这种能量传递到目标的物理机制是材料研究的主要和开放的问题。 有了这种仪器,我们将能够创建选定的电荷状态的HCI,并将它们撞击到定义明确的目标上,其中二次电子,X射线和质量损失传感将用于实时分析和精确计时(通过X射线去激发)撞击事件。 在此过程中,我们将探索基本原子物理学(X射线发射,里德伯原子形成等)之间的复杂相互作用。以及作为HCI-材料相互作用的定义特征的能量耗散。 用该光束线获得的结果将直接应用于在电子设备处理中使用HCI,以及评估聚变反应堆壁的候选材料,HCI在天体物理学相关离子目标撞击条件下的作用,以及电子设备和材料的加速航天准备测试。 该仪器将安置在克莱姆森大学的中央校园,将由训练有素的技术人员操作,并将通过工程和科学学院和大学的承诺和联合支持进行维护。 核心调查人员和管理团队将利用此次收购,通过校园内的既定计划以及我们与南卡罗来纳州州立大学的现有联系,加强我们对妇女和少数族裔的外联计划。该奖项是根据2009年美国复苏和再投资法案资助的我们建议在克莱姆森大学获得一条高电荷离子(HCI)束线,用于跨学科材料研究和教育。 高度带电的离子是剥离了大部分电子的原子,它们是独特的,因为它们具有高能量密度,可以导致在材料实验室环境中通常不会遇到的新型HCl-固体相互作用。我们此次收购的目标是探索控制HCI如何向目标提供能量的物理机制,并将这些知识应用于HCI的开发,作为电子材料制造的加工工具。 此外,聚变反应堆(清洁能源生产的候选技术)以及空间环境中固有的HCI存在,使此次收购成为在实验室环境中重现这些条件的主要工具。 作为研究HCI与材料相互作用的研究实验室和用户设施,该光束线将为众多研究人员打开新的大门,并鼓励他们探索这种独特的物质形式。 将用于生产HCI的无冷冻剂技术纳入此次拟议收购,确保其将作为低成本、单一操作员的光束线运行,对用户和合作者的参与具有低门槛。该仪器将安置在克莱姆森大学的中央校园,将由训练有素的技术人员操作,并将通过工程和科学学院和大学的承诺和联合支持进行维护。 核心调查人员和管理团队将利用此次收购,通过校园内的既定计划以及我们与南卡罗来纳州州立大学的现有联系,加强我们对妇女和少数民族的外联计划。

项目成果

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