氦原子直接电离等电荷态效应与研究.pdfVIP

中国核科学技术进展报告第二卷 核物理分卷 年 月 氦原子直接电离的等电荷态效应研究 王兴安 陈熙萌 邵剑雄 福建省职业病与化学中毒预防控制中心福建 福州 兰州大学核科学与技术学院甘肃 兰州 摘要本工作在兰州大学 串列加速器上利用 的 离子与 原子碰撞实验采用反冲离子 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散射离子与反 冲离子电荷态的二维符合谱经分析该谱得到入射离子的双单电离截面比 随入射离子能量变化的曲线入射离 子能量约为 时双单电离截面比达到最大值且全裸离子入射截面比 值明显大于全裸离子入射 引入入射离子有效电荷讨论非全裸与全裸离子入射截面比差异 关键词离子 原子碰撞直接电离有效电荷 离子 原子碰撞物理学是原子物理学研究热点之一 是理解多电子系统碰撞动力学的重要手 段在理论方面独立粒子模型仍在使用但在很多情况下必须考虑多体相互作用特别是原子中电 子 电子之间关联机制碰撞中入射离子束缚态电子和靶原子束缚态电子之间的作用机制及出射电 子对入射离子和靶原子其他电子的影响这些正是离子 原子碰撞研究所要探索的问题 由于此类 问题尚未解决所以现在的理论模型总是基于经典的半经典的或者对量子力学方法作一定近似处理 来与实验结果进行比较 直接多重电离的实验研究主要集中于离子 氦原子碰撞系统研究氦原 子的直接单电离和双重电离过程 到目前为止对中间能区 的非全裸离子与多电子原子碰 撞过程机制研究还不多实验数据还很缺乏相应的理论也有待于发展为更好地探索离子与原子碰 撞的物理机制还需要通过大量的实验研究进行数据的积累 以往的研究大多采用全裸入射离子如质子 粒子等较轻的全裸离子等 理论处理比较简单 入射离子可作为点电荷处理如果入射离子是非全裸的本身带有电子且有特定的结构除考虑入射 离子和靶原子的结构外在相互作用过程中增加了入射离子的电子与靶原子核及靶原子的电子间的 相互作用基于以上考虑本工作选取中 的 离子与 原子碰撞测量了直接双电离截面与直接单电离截面之比 并讨论了 随入射离子速度和电荷 态的变化关系 实验装置及数据处理 本工作在兰州大学原子核研究所 串列加速器原子物理专用束流线上完成实验装 置如图 所示 经能量和电荷态选择的单一能量单一电荷态入射离子通过两个相距 且同心的双维精密 光栏准直后进入碰撞室调节光栏孔径使入射束具小的发散角同时保证散射离子有合适计数率 不至于产生信号堆积光栏孔径一般小于 靶原子束与入射离子束垂直交叉碰撞区 域气体密度由气体流量器控制以保证入射离子在碰撞区域只发生单次碰撞同时又具有合适的反冲 离子计数率靶室真空采用差分抽气以保证除碰撞区域之外管道中真空度和未进气前基本一致 准直后的入射束流在靶室中心位置与靶气体原子发生碰撞碰撞后散射离子将以一定的概率改变 作者简介王兴安 男甘肃定西人助理工程师粒子物理与原子核物理专业硕士现主要从事放射性检测与 评价工作 基金项目国家重点基础研究前期专项基金批准号 资助的课题 图 测量装置示意图 电荷态平行板电场用来对散射离子进行偏转偏转后的散射离子按电荷态的不同将打在散射离子探 测器 位置灵敏微通道板 的不同位置 将 给出散射离子的电荷态分布谱靶室中靶气体原子在碰撞后将以一定概率发生电离产生不同价态 反冲离子在垂直于束流方向的加速电场作用下飞行一段时间后由通道电子倍增器 探测通过反冲离子的飞行时间测量可以给出反冲离子的电荷态分布谱利 用多参数数据获系统对散射离子和反冲离子的电荷态分布作相关测量可以得到二维相关物理事件 的符合谱如图 所示 图 与 原子碰撞反应的符合二维谱 在图 中横坐标代表散射离子的电荷态纵坐标代表反冲离子的电荷态其中相对于入射离 子散射离子电荷态不变的区域为直接电离过程包括直接双重电离和直接单重电离 由该谱可以得 到直接电离过程中 和 离子的计数 和 由于反冲离子的速度很大而且 通道电子倍增器工作在饱和区所以可以认为反冲离子收集系统对 和 离子的探测效率相 同因此 原子直接双重电离截面和直接单电离的截面之比为 实验结果与讨论 实验结果 模型计算的曲线和国内外 实验数据见图 所列本实验数据误差约在 相关国外数据误差约在 对于不同电荷态的入射离子双单电离比 都有一些共有的 趋势当入射离子能量为几十 时 的值随入射离子速度的增加而迅速增加当入射离 子能量为 速度是 个 速度时 达到最大值 相同电荷态离子入射 双单电离截面比 随入射离子能量除有最大值的特征外全裸非全裸离子对应 值也有不同 图 直接双单电离截面比 实验与理论模拟比较 讨论 考虑碰撞参数 时的电子电离的概率得到电离概率 对于电荷态 来说极大值出现在 到 这就导致直接单电离直接双电