【摘要】：高電荷態(tài)離子(HCI)與物質(zhì)相互作用的研究不僅對(duì)極端條件下原子物理、離子-原子碰撞反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等基礎(chǔ)研究具有重要的意義,而且在生命科學(xué)、材料科學(xué)、新能源技術(shù)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。在近玻爾速度能區(qū),由于炮彈離子能量比較特殊,與原子碰撞產(chǎn)生內(nèi)殼層過(guò)程比較復(fù)雜,能夠產(chǎn)生外殼層多電離的特殊物理現(xiàn)象。但是由于受到實(shí)驗(yàn)條件的限制,相關(guān)的研究報(bào)道較少;作用機(jī)制尚不明確;該用何種理論進(jìn)行描述尚無(wú)定論,這需要進(jìn)一步的系統(tǒng)研究。本文依托近代物理研究所320 kV高電荷態(tài)離子綜合研究平臺(tái),通過(guò)X射線測(cè)量分析,對(duì)0.9~1.8倍玻爾速度不同電荷態(tài)的Ar、Xe、I等離子作用于不同的靶材產(chǎn)生的多電離進(jìn)行了系統(tǒng)研究,分析了入射離子能量、電荷態(tài)、靶原子序數(shù)等參量對(duì)該過(guò)程的影響,以及其對(duì)相應(yīng)X射線輻射的影響;并且作為對(duì)比,討論了質(zhì)子產(chǎn)生多電離的情況。填充了相關(guān)研究的空白,并取得了如下創(chuàng)新性成果:1.明確了近玻爾速度HCI形成多電離態(tài)的產(chǎn)生機(jī)制。近玻爾速度HCI形成區(qū)別于初始電荷態(tài)的多電離態(tài)是電子俘獲和電離的雙重作用結(jié)果;其與入射離子的能量、電荷態(tài)基本無(wú)關(guān),但與靶原子序數(shù)成線性關(guān)系。2.確認(rèn)了適用于近玻爾速度能區(qū)碰撞電離的理論模型。近玻爾速度HCI產(chǎn)生內(nèi)殼層的電離,可以用BEA理論進(jìn)行模擬,但是要考慮庫(kù)倫偏轉(zhuǎn)、束縛能等修正;對(duì)X射線發(fā)射截面的估算,需要考慮多電離對(duì)熒光產(chǎn)額的影響。3.發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子產(chǎn)生多電離的能量相關(guān)性。一般認(rèn)為,質(zhì)子產(chǎn)生的電離為單電離,X射線數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)原子數(shù)據(jù)。而本文發(fā)現(xiàn),75~250 keV質(zhì)子能夠產(chǎn)生靶原子的多電離,并且與入射能密切相關(guān),隨入射能的增加,多電離度迅速減小。4.將Cd、In、Nd元素L殼層X(jué)射線截面的質(zhì)子激發(fā)數(shù)據(jù)擴(kuò)展到了更低能區(qū)的75 keV,新增了75、100、125 keV的數(shù)據(jù)能量點(diǎn),豐富了PIXE數(shù)據(jù)庫(kù);并驗(yàn)證了ECPSSR理論在本實(shí)驗(yàn)?zāi)軈^(qū)對(duì)質(zhì)子的適用性。
【圖文】：

0 10 20 30 40 50 60110010kI26+I25+I22+Ar12+Ar8+I15+I20+Xe20+Ar6+Ar9+Ar11+Ar4+Potneitalenergy(eV)Charge stateProtonArgonIodineXenonH+圖 1.1 實(shí)驗(yàn)所用高電荷態(tài)離子的勢(shì)能I 獨(dú)特的性質(zhì)，在不同的碰撞能區(qū)，其與物質(zhì)的相互激發(fā)內(nèi)殼層的過(guò)程也存在不同的機(jī)制。，快重離子與固體相互作用，如圖 1.2 所示，在其徑格（Bragg）曲線的特殊形式，并在布拉格峰附近，大部分能量。

蘭州大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 近玻爾速度 HCI 碰撞產(chǎn)生多電離的 X 射線研究區(qū)域入射離子的速度較高，電子俘獲截面比較小，與靶原子的作用時(shí)間較短，成準(zhǔn)分子軌道產(chǎn)生電子晉升的幾率也較小，所以，產(chǎn)生的內(nèi)殼層過(guò)程主要是軌電子的直接庫(kù)倫電離。另一階段是在射程末端，即布拉格峰區(qū)域，該區(qū)域離子的速度接近于玻爾度，激發(fā)內(nèi)殼層過(guò)程較為復(fù)雜，除了靶原子的電離、激發(fā)，也存在炮彈離子的發(fā)、退激過(guò)程。最終，通過(guò)一系列的碰撞，，入射離子消耗其全部動(dòng)能，退激為性原子，停留在靶物質(zhì)中。在低能區(qū)，HCI 與固體的相互作用主要發(fā)生在表面附近，如圖 1.3[5]。在時(shí)間范圍內(nèi)，HCI 將其攜帶的大部分能量沉積在 nm 尺度的靶區(qū)內(nèi)，引起材料面蝕刻、納米尺度材料改性等現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O562.5

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本文編號(hào)：2700509