【摘要】：離子與原子/分子碰撞過程的研究,在天體物理學和熱核聚變中的等離子體診斷等許多實際問題中都有著廣泛的應用。它也一直是原子分子物理研究的熱點之一,主要是因為涉及復雜的多電子、多通道、多中心問題,特別是在中低能區(qū),對于碰撞動力學過程的研究,需要考慮靜態(tài)和動態(tài)電子關(guān)聯(lián)效應、強庫侖相互作用以及多通道耦合相互作用機制。在本論文中,提出了一套處理離子-原子碰撞中多電子過程的含時非微擾解決方案。我們的理論方法是半經(jīng)典的,其中入射粒子與靶粒子的相對運動由準經(jīng)典直線勻速運動軌跡描述,而電子的動力學則是利用全量子力學方法處理,即非微擾求解含時薛定諤方程�；谠摾碚摲椒�,我們自主發(fā)展了一套全新版本的計算程序,可以考慮兩個活動電子及其全關(guān)聯(lián)效應。除了對計算程序長期而復雜的研制和測試之外,我們還細致地研究了一些特定的重離子碰撞問題。依照本論文中的內(nèi)容順序,所研究各有特色的三個碰撞體系為:(i)H++碰撞體系,低電荷正離子-負離子碰撞問題,其中電子關(guān)聯(lián)效應特別重要;(ii)C4++He碰撞體系,多電荷離子與原子碰撞問題;(iii)He++He碰撞體系,三電子全關(guān)聯(lián)效應必須考慮。上述三個碰撞體系,在實驗和理論上被廣泛研究(至少在某些碰撞能量區(qū)間),但仍存在開放式問題,例如,不同研究工作之間存在強烈分歧。我們的研究涵蓋了較寬的碰撞能區(qū),不僅提供了具有連續(xù)性和連貫性的理論數(shù)據(jù),還給出了精確處理這些碰撞體系中電子過程的重要因素,并針對所考慮的電子過程,給出了其動力學過程的物理機制。首先,我們研究了 H++H-碰撞中的雙電子俘獲過程。該碰撞體系是最簡單的多電子碰撞體系之一,然而,由于H-中弱的庫侖作用,電子關(guān)聯(lián)效應十分重要,先前所有理論計算都無法重復出實驗上測得的雙電子俘獲過程的總截面。我們的理論計算,首次同時在量級和結(jié)構(gòu)上還原了實驗結(jié)果。而且,我們還證明了,雙電子俘獲截面中所觀測到的振蕩結(jié)構(gòu),源自于雙電子俘獲與電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)過程的相位干涉效應。我們的研究為這個難以解決而又充滿挑戰(zhàn)的老問題揭開了新的亮點。其次,在一個較寬的碰撞能區(qū)內(nèi),我們詳細地研究了 C4++He碰撞中單、雙電子俘獲過程。我們計算的總截面及態(tài)選擇截面與先前理論和實驗研究結(jié)果均符合的很好,同時,我們將截面數(shù)據(jù)拓展到了較高能區(qū)。利用不同的模型計算,闡明了單、雙電子俘獲過程的動力學機制及電子-電子間的關(guān)聯(lián)效應。此外,我們還給出了更為精密的角微分截面結(jié)果,并利用一個拓展的夫瑯和費衍射模型模擬研究了其中所觀測到的振蕩結(jié)構(gòu)。最后,利用拓展的、三個活動電子的非微擾半經(jīng)典方法,我們研究了 He++He碰撞體系,計算了一系列電子過程的總截面、態(tài)選擇截面和角微分截面,并與已發(fā)表的理論與實驗結(jié)果進行了對比�？傮w上來說,我們理論計算結(jié)果是目前最為可靠的。此外,我們在電荷轉(zhuǎn)移(靶)激發(fā)截面中觀測到隨碰撞能量振蕩的結(jié)構(gòu):該結(jié)構(gòu)是由電荷轉(zhuǎn)移(靶)激發(fā)過程與入射粒子激發(fā)過程的強烈競爭引起的。另一方面,在角微分截面的研究中,第一,計算結(jié)果與實驗結(jié)果的對比說明了我們理論方法的可靠性與精準性;第二,所有電子過程的角微分截面都表現(xiàn)出了隨散射角振蕩的結(jié)構(gòu)。利用一個簡單模型,我們證明了,該振蕩是由于物質(zhì)波夫瑯和費衍射現(xiàn)象造成的;最后,對于電荷轉(zhuǎn)移(靶)激發(fā)過程兩個較高能量下的角微分截面,我們還觀測到了 Thomas峰。
【圖文】：

常組織暴露在不必要的輻射能量下。粒子射線的優(yōu)點在于粒子束穿透人體組織逡逑時，對于身體表面淺層的細胞，殺傷力不強，能量只有在射程末端瞬間釋放出逡逑最大的能量，達到劑量分布的高峰邐布拉格峰（Ｂｒａｇｇ邋ｐｅａｋ），，如圖１．３所示逡逑［５］。粒子射線的優(yōu)勢就是將此高峰經(jīng)由人為控制去對準癌細胞照射，因此可以逡逑在不傷害周邊正常組織的情況下，給予癌細胞高劑量的破壞，將放射線的副作逡逑用降至最低。逡逑

子與原子／分子碰撞中，在一個特定的碰撞能量下，所有電子過程都可能發(fā)生，逡逑但它們的相對重要性取決于入射粒子的速度％與耙粒子上的電子速度％之間逡逑的關(guān)系。因此，如圖１．４所示，我們通常根據(jù)％，或者逡逑來將碰撞中的電子過程以及相應合適的處理方法劃分為到以下三個不同的能量逡逑區(qū)間：逡逑？低能區(qū)，入射粒子速度遠小于電子軌道速度，即巧／％《１，對應的碰撞逡逑能量的范圍在幾ｋｅＶ／ｕ以下。由于碰撞過程中入射粒子與靶粒子的相互逡逑作用時間相對較長，碰撞體系的總波函數(shù)可以通過入射粒子與靶粒子形成逡逑的瞬時準分子的電子態(tài)波函數(shù)來描述［１８，邋１９］。而電子的躍遷一般發(fā)生在逡逑碰撞過程中初態(tài)與末態(tài)的分子態(tài)之間的簡并（或準簡并）區(qū)域，即分子態(tài)逡逑之間的避免交叉區(qū)域。在這種情況下，非微擾的全量子的分子描述方法是逡逑必要的，其中入射粒子，靶粒子以及電子的動力學過程都需要量子力學的逡逑方法來處理，例如，全量子的分子軌道緊耦合方法［１６，邋１７］。逡逑？高能區(qū)
【學位授予單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O562.5

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 馬新文;朱小龍;劉惠萍;李斌;張少鋒;曹士娉;馮文天;許慎躍;;離子與原子碰撞多體動力學過程成像研究[J];中國科學(G輯:物理學 力學 天文學);2008年01期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 郭大龍;中能p-He碰撞實驗研究與高能電子磁譜儀優(yōu)化設(shè)計[D];中國科學院研究生院（近代物理研究所）;2014年

本文編號：2667385