低能氩离子与氦靶的电荷转移实验研究

作     者：张明旭 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵江涛

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070203[理学-原子与分子物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：反应显微成像谱仪 单电子俘获 态选择截面 角微分截面 

摘      要：高电荷态离子参与的电荷交换过程不仅促进了人们对库仑场中量子少体问题的认识,而且对实验室等离子体诊断、生物辐照效应以及天体物理等研究具有重要作用。到目前为止,Ar离子相关碰撞过程的研究很少,并且这些研究大多基于光谱技术、能损谱仪和电子谱仪,很难得到全面可靠的总截面信息和散射角信息。因此,基于中国科学院近代物理研究所的EBIS低能高电荷态离子平台以及反应显微成像谱仪,本文研究了Ar-He碰撞中的电荷转移,包括单双电子转移过程中的态选择截面和角微分截面,确定了电荷交换态的布居以及碰撞参数的信息,并与多种理论进行了比较。本研究工作结果表明:(1)对于40 ke V和120 ke V Ar-He碰撞体系,反应主要以单电子俘获(SEC)为主。(2)对于40 ke V和120 ke V Ar-He碰撞体系,单电子主要被俘获到Ar的4l态和5l态,其中4l态的占比要明显大于5l态,由MCBM计算得到的反应窗与实验得到的电子的态布居范围基本一致,即MCBM计算的反应Q值分布很好地预言了电子被俘获的能级主要是4l和5l。(3)Ar-He单电子俘获的散射角分布实验结果表明:散射角分布有明显的电子能级相关性,当被俘获电子的能级从4p逐渐升高到5p时,散射角逐渐变小。此外,散射角与入射离子能量也有一定的相关性,当入射离子的能量从40 ke V增加到120 ke V时,入射离子的散射角整体减小,二者之间的关系可以通过经典的两体碰撞模型来解释。(4)对120 ke V Ar-He单电子俘获的散射角分布进行研究时发现,当电子被俘获到4s态时,散射角分布出现了明显的振荡结构。利用光学上的夫琅禾费圆孔衍射理论并结合MCLZ和MCBM模型得到的圆孔半径可以成功地解释本次实验中的散射角振荡情况,即低能入射离子与靶原子碰撞会形成准分子,碰撞结束后当两者核间距趋于无穷大时,准分子奇偶态轨道之间相互干涉导致不同的分子态有可能变成相同的原子态,最终导致了振荡的出现。