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1、摘要本工作是在兰州大学2 x 1 7 M V 串列加速器上完成的。对加速器产生的0 2 6 3 M e Vc q + ( q = l 一4 ) 和O 2 5 - 6 3 5 M e Vo q + ( q = l 4 ) 与气体H e 、N e 、A r 原子碰撞的各种截面进行了研究。分析了中能区的俘获和电离机制，并进一步提出了极化模型。实验采用反冲离子飞行时间测量技术、散射离子位置灵敏探测技术和符合测量方法，得到了随散射离子与反冲离子电荷态分布的二维符合谱。通过N e 的多重电离绝对截面与多体蒙特卡罗模拟计算结果比较，分析了多重电离的机制，并研究了非全裸离子有效电荷对能量的依赖关系。通过0 2
2、 + 的双单电子损失截面比与多体蒙特卡罗计算结果比较，研究了碰撞过程中不同靶原子的平均有效电荷与速度的依赖关系。另外，通过一价反冲离子下的0 2 + 的双单电子损失截面比的实验曲线验证了屏蔽和反屏蔽理论的正确性。研究了入射离子单电子损失下的H e 的电离情况，并利用屏蔽和反屏蔽理论加以分析。研究了不同入射离子、不同靶原子碰撞过程中入射离子双、单电子损失截面比随速度的变化规律，从电子布居和有效电荷方面进行了简单分析。在独立电子模型基础上，利用半经验方法，建立了较大能区适用的新的俘获和电离模型极化模型。该模型可以同时进行俘获、电离和电子损失反应道耦合的最终出射道的绝对截面计算。通过计算与文献数据及
3、本实验数据比较发现符合较好。A b s t r a c tT h i sw o r kw a sd o n ea tt h e2 x1 7 M Vt a n d e ma c c e l e r a t o ri nL a n z h o uU n i v e r s i t y V a r i o u si o n i z a t i o nc r o s ss e c t i o n sw e r ei n v e s t i g a t e df o ro 2 - 6 3 M e Vc 9 + ( q = 1 - 4 ) a n d0 2 5 6 3 5 M e VO q + ( q =
4、 1 4 ) c o l l i d i n gw i t hH e ，N e ，A ra t o m sr e s p e c t i v e l y T h em e c h a n i s mo fc a p t u r ea n di o n i z a t i o ni nt h i se n e r g yr e g i o nw a sd i s c u s s e d ，a n dan e wm o d e l - - P o l a r i z a t i o nM o d e lw a sp r e s e n t e d T h eT i m e - o f - F l
5、i g h tm e a s u r e m e n tf o rr e c o i li o n s ，p o s i t i o n - s e n s i t i v ed e t e c t i n gt e c h n i q u ef o rs c a t t e r i n gi o n s ，a n dc o i n c i d e n c et e c h n i q u ew e r ee m p l o y e dt oo b t a i nc o r r e l a t i o ns p e c t r a T h ep u r ei o n i z a t i o n
6、c r o s ss e c t i o n so fN ew e r ei n v e s t i g a t e da n dc o m p a r e dw i t ht h en b o d yc l a s s i c a l t r a j e c t o r y - M o n t e - C a r l o ( n C T M C )c a l c u l a t i o n s T h el o s sC R O S Ss e c t i o n so f0 2 + w e r ei n v e s t i g a t e da n dt h ee f f e c t i v
7、 ec h a r g e so fH ea n dA ra t o m sw e r eo b t a i n e dv i ac o m p a r i s o no fe x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dn C T M Cc a l c u l a t i o n s T h ei o n i z a t i o nc r o s ss e c t i o n so fH ew e r ei n v e s t i g a t e da n di n t e r p r e t e di nt h es c r e e n i n g a n
8、 d a n t i s c r e e n i n gt h e o r yr e g i m e T h ed e p e n d e n c eo nv e l o c i t ya n dt a r g e ta t o m i cn u m b e ro fC q + a n d0 q +W a si n v e s t i g a t e da n da n a l y z e db r i e f l yi nt e r m so fe f f e c t i v ec h a r g ea n dr e s i d u a le l e c t r o n B a s e do
9、 nt h eI n d e p e n d e n t - E l e c t r o n - M o d e l ，P o l a r i z a t i o nM o d e lW a se s t a b l i s h e du s i n gs e m i e m p i r i c a lm e t h o d I tc a nc a l c u l a t ea b s o l u t eC r o s ss e c t i o n sf o rc o o p e r a t e dm a n yc h a n n e l sa n da c q u i r e sg o o
10、da g r e e m e n tw i t he x p e r i m e n t a lr e s u l t s 原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：三隧日关于学位论文使用授权的声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有
11、关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。论文作者签名：鎏缝导师签名：燃日期：竺z ：! 型第一章引言离子一原子碰撞的研究是原子一分子领域的研究热点之一【”1 ，尤其是强相互作用区，由于处理的困难及反应出射道的复杂，近年来受到广泛关注。这些研究可以对天体物理、等离子物理、核聚变、团簇物理、医学
12、、材料、加速器等提供重要依据【4 。9 1 。近年来由于加速器技术和测量技术的迅猛发展，该领域的研究更加活跃。利用离子源产生的带电粒子与气体原子碰撞是研究离子与原子相互作用的重要方法之一。具有一定动能的带电粒子与靶原子作用，可以引起原子的电离或激发、离子与原子的电荷转移以及入射离子的自身的电离和激发。同时，碰撞过程中还可能伴随x 射线或俄歇电子的产生。利用射线探测技术可以测量碰撞产物的状态、x 射线能谱、出射电子的动量及角分布等。由于低能时，离子与原子的碰撞反应以俘获为主，故可以单独研究俘获机制。为了简化计算，一般选用较轻的原子靶，例如H 和H e 在这方面进行的实验和理论研究已经很充分。根据
13、实验结果建立起来的理论有B o h r - - L i n d h a r d t 模型【1 0 l 、过垒模型O B M ( O v e rB a r r i e rM o d e l ) H 】、分子库仑过垒模型M C B M O V I o l e c u l a rC o u l o m bo v e rB a r r i e rM o d e l ) t 1 2 1 、O B K ( O p p e n h e i m e r - B r i n k m a n - K r a m e r s ) 模型13 1 、B e t h e B o r n 理论【1 4 1 、分子轨道理论M
14、 O ( M o l e c u l a rO r b i t s ) 【1 5 】、原子轨道模型A O( A t o m i cO r b i t s ) 【1 6 1 ，以及各种半经典近似计算方法如：B E A ( B i n a r yE n c o u n t e rA p p r o x i m a t i o n ) 【m 、S C A ( S e m i - c l a s s i c a l A p p r o x i m a t i o n ) 【1 8 】、C T M C ( C l a s s i c a lT r a j e c t o r yM o n t oC a
15、r l oM e t h o d ) 1 9 , 2 0 1 等等。理论模型和计算的主要目的是根据俘获的机制，计算单电子( 或多电子) 俘获的几率、俘获半径，然后得到俘获截面与实验数据进行比较。计算过程中，可能由于多电子的俘获几率总贡献使得单俘获几率大于1 ，因此需要进行归一化。一些根据实验数据刻度反应截面的半经验方法主要目的在于获得多种靶原子( 分子、离子) 、多种入射离子在不同能区的反应截面的规律性。对于中能区到高能区，电离作用变得越来越明显。而俘获作用也伴随在各个出射道之中。因此需要仔细鉴别具体的出射道是由哪几个反应道的共同作用。离子一原子碰撞过程是一个复杂的多体相互作用过程，存在多个反
16、应道。通常将碰撞过程表示为：么9 + + 召争A 9 7 卜+ B 件十( f r ) e 一( 1 1 )上式中，4 。+ 为电荷态为q 的入射离子：B 为中性靶原子；A ( q ”卜为散射离子；在碰撞过程中有( f 一，) 个电子发射。根据碰撞产物的电荷态，可以将碰撞过程分为：纯电离( p u r e i o n i z a t i o n ) ：，= 0 ，i 0，电子俘获( e l e c t r o nc a p t u r e ) ：i = ， 0转移电离( t r a n s f e ri o n i z a t i o n ) ：i r 0入射离子的电子损失( e l e c t r o nl o s s ) ：r v ，) ，入射离子能量比较高，与入射离子作用过程中，靶原子的电离、激发过程占优势。反应道相对单一，实验和理论相对比较容易处理。在能量较高的区域，K n u d s e n 3 5 1 认为存在一种两步过程一n 一S t e p l ，在
