近玻尔速度HCI碰撞产生多电离的X射线研究

发布时间：2020-06-07 00:19

【摘要】：高电荷态离子(HCI)与物质相互作用的研究不仅对极端条件下原子物理、离子-原子碰撞反应动力学等基础研究具有重要的意义,而且在生命科学、材料科学、新能源技术等领域具有重要的应用。在近玻尔速度能区,由于炮弹离子能量比较特殊,与原子碰撞产生内壳层过程比较复杂,能够产生外壳层多电离的特殊物理现象。但是由于受到实验条件的限制,相关的研究报道较少;作用机制尚不明确;该用何种理论进行描述尚无定论,这需要进一步的系统研究。本文依托近代物理研究所320 kV高电荷态离子综合研究平台,通过X射线测量分析,对0.9~1.8倍玻尔速度不同电荷态的Ar、Xe、I等离子作用于不同的靶材产生的多电离进行了系统研究,分析了入射离子能量、电荷态、靶原子序数等参量对该过程的影响,以及其对相应X射线辐射的影响;并且作为对比,讨论了质子产生多电离的情况。填充了相关研究的空白,并取得了如下创新性成果:1.明确了近玻尔速度HCI形成多电离态的产生机制。近玻尔速度HCI形成区别于初始电荷态的多电离态是电子俘获和电离的双重作用结果;其与入射离子的能量、电荷态基本无关,但与靶原子序数成线性关系。2.确认了适用于近玻尔速度能区碰撞电离的理论模型。近玻尔速度HCI产生内壳层的电离,可以用BEA理论进行模拟,但是要考虑库伦偏转、束缚能等修正;对X射线发射截面的估算,需要考虑多电离对荧光产额的影响。3.发现了质子产生多电离的能量相关性。一般认为,质子产生的电离为单电离,X射线数据为标准原子数据。而本文发现,75~250 keV质子能够产生靶原子的多电离,并且与入射能密切相关,随入射能的增加,多电离度迅速减小。4.将Cd、In、Nd元素L壳层X射线截面的质子激发数据扩展到了更低能区的75 keV,新增了75、100、125 keV的数据能量点,丰富了PIXE数据库;并验证了ECPSSR理论在本实验能区对质子的适用性。
【图文】：

0 10 20 30 40 50 60110010kI26+I25+I22+Ar12+Ar8+I15+I20+Xe20+Ar6+Ar9+Ar11+Ar4+Potneitalenergy(eV)Charge stateProtonArgonIodineXenonH+图 1.1 实验所用高电荷态离子的势能I 独特的性质，在不同的碰撞能区，其与物质的相互激发内壳层的过程也存在不同的机制。，快重离子与固体相互作用，如图 1.2 所示，在其径格（Bragg）曲线的特殊形式，并在布拉格峰附近，大部分能量。

兰州大学博士研究生学位论文 近玻尔速度 HCI 碰撞产生多电离的 X 射线研究区域入射离子的速度较高，电子俘获截面比较小，与靶原子的作用时间较短，成准分子轨道产生电子晋升的几率也较小，所以，产生的内壳层过程主要是轨电子的直接库伦电离。另一阶段是在射程末端，即布拉格峰区域，该区域离子的速度接近于玻尔度，激发内壳层过程较为复杂，除了靶原子的电离、激发，也存在炮弹离子的发、退激过程。最终，通过一系列的碰撞，，入射离子消耗其全部动能，退激为性原子，停留在靶物质中。在低能区，HCI 与固体的相互作用主要发生在表面附近，如图 1.3[5]。在时间范围内，HCI 将其携带的大部分能量沉积在 nm 尺度的靶区内，引起材料面蚀刻、纳米尺度材料改性等现象。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O562.5

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本文编号：2700509