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[技术] 离子与原子碰撞研究

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发表于 2008-12-3 14:41:50 | 显示全部楼层

离子与原子碰撞研究

  1. 亚飞秒——阿秒原子分子碰撞过程成像研究
  荷电粒子及光子与原子分子碰撞是原子物理前沿领域的研究课题,也是实验上揭示量子多体动力学、获取靶原子(分子)内部动力学和结构信息的重要工具。从二十世纪初量子力学诞生之时起,实验和理论物理学家为探索量子多体动力学进行了大量的努力,直到二十世纪末,理论物理学家才解决了量子多体碰撞体系中最基本、最简单的反应,即电子与氢原子碰撞电离过程 [1,2]。这是多体碰撞动力学研究的巨大进步,并为解决更复杂碰撞体系的动力学奠定了基础。然而,从实验研究的方面来看,情况不容乐观,现有的大量数据都是关于电离、电子俘获总截面的[3]。但是,总截面仅能够对精细理论进行非常粗糙的检验,需要微分截面和态选择截面来与各种不同的理论处理进行对比和分析,才能够揭示碰撞过程的各种动力学机制。采用新实验技术来探索原子少体动力学,是通向研究多体动力学演化过程非常重要的一步。

  对于n体末态碰撞体系,考虑到体系内能变化,其自由度为(3n+1)个,由于反应过程中能量和动量守恒,末态的独立自由度参量为(3n+1 – 4) =(3n-3),即实验上确定末态反冲离子和全部出射电子的运动学参量,就可以得到碰撞过程的全部信息。这就是冷靶反冲离子动量谱仪(反应显微谱仪)的基本思想[4]。冷靶反冲离子动量谱仪对于研究粒子(离子、电子和光子)与原子、分子相互作用具有非常大的优势,例如:(1)高的动量分辨和大的探测立体角~4p;(2)分辨对入射炮弹的性质依赖性弱;(3)能够给出末态动量空间的全部信息,得到双重微分截面和多重微分截面( 或者 );(4)可以实现对碰撞反应的控制,即我们能够选择符合某一特定条件的反应;(5)可以实现固定靶分子空间取向的实验研究;(6)对碰撞后中性化的离子仍然能够进行微分截面和反应能的研究 。    

  a. 微分截面测量——冷靶反冲离子动量谱仪

  冷靶反冲离子动量谱仪涉及到离子两维成像技术,飞行时间技术、冷靶准备技术和数据、事件获取和记录等关键技术,以及离线分析和事件重建(reconstruction)技术。我们在研制成功两维成像探测器的基础上,在近代物理研究所的ECR离子源原子物理束流线上建成了反冲离子动量成像谱仪[5,6]。    

  b. 高电荷态离子与原子碰撞反应动力学研究--反应显微成像谱仪    

  c. 相对论碰撞动力学过程    

  2. 高电荷态离子与原子碰撞中多电子转移过程研究

  国家基金项目的支持下,我们建立起了离子与原子碰撞符合关联测量装置,系统研究了高电荷态氩离子与惰性气体原子碰撞反应中的多电子转移过程,实验上鉴别了反应中发生的各种多电子转移过程,测量了反应截面,获得了一批新的实验数据。系统研究了各碰撞体系中多电子转移反应截面与入射离子能量、电荷态和反冲离子电荷态的变化规律,以及反冲离子电荷态分布。发现在低能高电荷态氩离子与原子碰撞反应中,碰撞系统的相对动能对多电子转移过程基本没有贡献;系统所具有的势能是碰撞体系中电子转移和靶原子电离的主要因素;单电子过程占主要地位,在多电子转移过程中,转移电离过程发生的几率一般大于纯多电子俘获几率。在对经典库仑过垒模型做修正的基础上,对实验现象做了合理的解释。    

  3. MCBM模型和反应窗理论

  MCBM模型: 

  OBM和MCBM描述的只是碰撞反应的中间态,而没有给出反应的末态信息,因此计算结果不能与实验结果进行比较并验证其正确性。为了使理论计算能够与实验结果进行比较,我们在充分肯定用分子库仑过垒模型描述碰撞反应中间过程的基础上,考虑了中间态向末态的衰变问题。通过分析,将碰撞过程分为四个阶段:入射过程®复合分子的形成®中间态离子形成®多电子激发态离子向末态衰变。在十分缺乏多电子激发态数据的情况下,自恰地处理了多电子激发态离子的自电离衰变,建立了基于能量守恒的自电离衰变规则。在处理Mueller的统计模型时,对碰撞反应中的激发能进行了合理的修正。本工作研究发现,对中间态散射离子采用自电离修正,而对靶离子采用电子蒸发的计算结果与实验结果符合很好。



发表于 2015-12-6 10:30:15 | 显示全部楼层
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