《离子—原子碰撞中直接多重电离的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《离子—原子碰撞中直接多重电离的研究（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要本工作利用0 2 M e V 5 8 M e V 的c V + f q = l 、2 、3 、4 1 与H e 、A r 原子进行碰撞，对碰撞的直接多重电离过程进行研究。实验采用反冲离子散射离子飞行时间符合技术、位置灵敏探测技术及多参数获取系统得到一定价态散射离子所对应的反冲离子电荷态的二维谱，测量碰撞反应后靶原子的多重电离与单重电离的相对截面比R i l o对于H e 原子，直接双重电离截面和直接单电离截面之比R 2 。随入射离子单核子能( 或速度) 的变化存在一极大值，该极大值峰位随入射离子电荷态q 的增大而增大。这些现象可以用原子极化效应给予定性解释。通过与他人的实验数据进行比较，发
2、现R 2 。随入射离子单核子能的变化趋势在本实验能区基本上是一致的。对于A r 原子，经过俄歇跃迁的修正，直接多重电离截面与直接单电离截面之比R 2 1 ( e x p ) 、R 3 l ( e x p ) 矛DR 4 1 ( e x p ) 随入射离子速度的变化趋势比较接近，都存在一极大值。R i 。对应的极大值峰位都随入射离子电荷态q 的增大而增大。这与原子极化效应相符。A B S T R A C TD i r e c ts i n g l ea n dm u l t i p l ei o n i z a t i o no f h e l i u m 、a r g o ni n d u c
3、 e db yC 。+ ( q = l 、2 、3 、4 ) i ne n e r g yr a n g ef r o mO 2 M e Vt o5 8 M e Vh a v eb e e ns t u d i e d W eh a v eg o t t e nt h ec h a r g es t a t e sd i s t r i b u t i o ns p e c t r u mo ft h er e c o i li o n sc o r r e s p o n d i n gt ot h es c a t t e r e di o n sw h i c ho fc e r t a
4、 i nc h a r g es t a t eu s i n gt h ec o i n c i d e n c et e c h n i q u eo fr e c o i li o n sa n ds c a t t e r e di o n s 、p o s i t i o ns e n s i t i v ed e t e c t i o nt e c h n i q u e sa n dm u l t i p l ep a r a m e t e r sa c q u i r i n gs y s t e m A n dt h e nt h ec r o s ss e c t i
5、o nr a t i o sR i lo fd i r e c tm u l t i p l ei o n i z a t i o nt os i n g l ei o n i z a t i o no f h e l i u ma n da r g o nh a v eb e e nm e a s u r e d T oi o n - h e l i u mc o l l i s i o ns y s t e m ，t h eC R O S Ss e c t i o nr a t i o sR 2 lo fd i r e c td o u b l ei o n i z a t i o nt
6、os i n g l ei o n i z a t i o na p p e a r e dam a x i m u mw i t ht h ev a r i e t yo f t h ee n e r g yf o re v e r yn u c l e o ne n e r g yo rv e l o c i t yo fp r o j e c t i l e A n dt h ep e a k so ft h em a x i m u mi n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h ec h a r g eo fp r o
7、j e c t i l e T h e s ep h e n o m e n ac a r lb ee x p l a i n e dq u a l i t a t i v e l yb ya t o m i cp o l a r i z a t i o ne f f e c t T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r ei na g r e e m e n tw i t ht h a to fo t h e rg r o u p T oi o n a r g o nc o l l i s i o ns y s t e m ，b yt h ec
8、 o r r e c t i o no ft h eA u g e rt r a n s i t i o n ，t h ec h a n g i n gt r e n d so f c r o s ss e c t i o nr a t i o sR z , 、R 3 1a n d1 1 4 Ia r es i m i l a rw i t ht h ev a r i e t yo fv e l o c i t yo fp r o j e c t i l e ，a n dt h em a x i m u m so c c u r r e d ，t O O A n dt h ep e a k s
9、o ft h em a x i m u mc o r r e s p o n d i n gt oR ili n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h ec h a r g eo fp r o j e c t i l e T h e s et e n d e n c i e sc a na l s ob ee x p l a i n e dw i t ht h ea t o m i cp o l a r i z a t i o ne f f e c t 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
10、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：距i 三垄日期：旦笸：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
11、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：弛导师签名：越日期：，j 第一章前言第一章前言离子一原子碰撞物理学是利用离子与原子相互作用，通过测量碰撞产物的状态( 如散射离子电荷态和角分布、出射电子的动量和角分布、反冲离子的电荷态等) 及碰撞产物状态之间的相关性( 如一定电荷态的散射离子所对应的反冲离子电荷态分布等) 来研究碰撞机制的一门学科，它是原子物理领域的一个重要分支“。通过对离子一原子碰撞过程的研究，可以了解原子内部电子结构、电子相互作用的信息，以及随着外界
12、条件的变化( 如真空度的变化) 原子结构状态变化的信息。离子一原子碰撞过程涉及到多体的相互作用，即入射离子与靶原子的原子核及核外电子的相互作用。它对基础物理学的研究具有重要的意义f 2 l 。离子一原子碰撞过程研究在原子、分子物理学中占有重要地位，并对相关领域学科的研究提供了重要的依据：测量碰撞的各个反应道的产物及截面数据对于天体物理、重离子物理、核聚变等离子体物理、材料科学、离子加速器技术、激光技术及辐射生物学等许多研究领域都有十分重要的意义【“ 】。当电荷态为口的入射离子4 V + 与靶原子B 发生碰撞时，可以使靶原子发生r重电离，同时入射离子可以从靶原子俘获k 个电子，反应方程式描述如下
13、：A 9 + + B A 阳一斗+ B 7 + + r ，一k ) e 一( 1 1 )上式表示的反应中，入射离子A 。+ 俘获了k 个电子而成为末态散射离子A ( q 山) + ，靶原子失去了，个电子成为B ”，即反冲离子，碰撞体系中发射的电子数为p 一材。当k 和r 的取值的不同，可以对应以下三种过程：( 1 ) k = 0 ，r 0直接电离。( 2 ) k = r 0纯电子俘获。( 3 ) ， k 0转移电离( 入射离子俘获k 个电子的同时，靶原子出射( ，一k )个电子) 。对于整个碰撞系统，究竟发生哪些反应过程，以及发生这些反应过程的几第一章前言率与入射离子的种类、电荷态、能量以及靶
14、原子的状态有密切关系。离子与原子碰撞反应的早期研究中，一般是用质子和a 离子与H 、H 2 、H e 、m 、N 2 、N e 等气体发生碰撞，主要研究的是入射离子引起的直接电离和入射离子俘获单个电子的过程，并对单电子俘获机制进行了探索】，积累了丰富的单电子过程的实验数据。低电荷态重离子与原子碰撞反应中的电荷转移研究也逐渐增多1 0 - 1 2 。在八十年代中期，C o c k e 1 3 埽M u e l l e r H 1 等人相继发展了离子与原子碰撞符合实验研究技术，它克服了早期实验方法的不足，在确定了散射离子电荷态的同时，采用飞行时间技术也确定了反冲离子的来电荷态，而且散射离子采用离子
15、探测器C E M 逐个进行探测。许多研究小组在入射离子能量为0 1 M e V u 到几百M e V u 的范围研究了离子与H e 原子碰撞过程，这些研究主要集中在H e 原子双重电离的机制上，对高能离子与原子碰撞中的多重电离机制也进行了积极探索【1 5 1 1 ”。在实验技术蓬勃发展的同时，理论研究工作在处理裸离子与H 原子碰撞方面取得了很大进展，在入射离子速度远大于靶原子中相关电子的速度v e 时，直接库仑激发是靶原子电离的主要因素，微扰理论对离子引起的单重电离机制能够进行很好地描述。这些理论包括半经典近似S C A ( S e m i c l a s s i c a lA p p r o
16、 x i m a t i o n ) t 8 1 9 】，平面波玻恩近似P W B A ( P l a n eW a v eB o r nA p p r o x i m a t i o n ) t 2 0 ，两体碰撞近似B E A ( B i n a r yE n c o u n t e r A p p r o x i m a t i o n ) ，冲击近似I A ( i m p u l s eA p p r o x i m a t i o n ) 【2 2 l ，E C P S S R ( 经能损、库仑偏转、相对论修正的定态微扰理论P S S ) 2 3 , 2 4 1 和O B K 模型( O p p e n h e i m e r , B r i n k m a na n dK r a m e r s ) 2 5 1 等。在对单次电离进行了广泛深入地研究之后，随着实验技术的不断提高，靶原子的多重电离过程成为离子原予碰撞领域研究的重点。多重电离的研究远
