电子轰击氪原子单电离反应中高阶效应的实验研究

As the structre of electron cloud becoming more complex, in the (e, 2e) reactions on heavier atoms, several higher-order effects, such as multi-scattering effect, e-e exchange effect, target polarization, post-collision interaction and interference effect will becomes more and more significant.The investigation of the above-mentioned higher-effects will promote the development of theoretical calculations. Nevertheless, several shortcomings existed in the previous experimental measurements based on the traditional detecting methods,such as small collecting solid angle, highly differential features. If the ejected electrons can be totally collected,then the corresponding characteristics of the reaction mechanisms and the higher-order effects can be investigated in a general manner. In the present application, we plan to study the (e, 2e) process of Kr in a multiple coincidence measurement of all the final-state products by utilizing the reaction microscope in the Institute of Modern Physics, CAS. By re-constructing of the three-dimensional momentum, the angular distributions of the ionzied electrons will be abtained under various collision geometries, which can provide a directly observation of the (e, 2e) reaction mechanisms as well an compact investigation on the higer-order effects.This work will not only exam the conclusions that are achieved by the conventional detecting methods, but also explore the relationship between the higher-order effects and the corresponding experimental parameters.

由于电子云结构复杂，在重原子的单电离反应中，多种高阶效应，如多步散射效应、电子-电子交换效应、靶原子的极化效应、后碰撞效应、以及干涉效应等，会变得较为明显。对这些效应进行系统研究，无疑会促进理论计算的发展。然而, 利用常规探测方法完成的大量实验均存在探测立体角小、测量结果具有微分性的特点，导致对反应机理总体认识的困难。如果实现出射电子的全空间探测，则可获得反应过程和高阶效应的整体图像。本次申请的目标就是，利用中科院近代物理研究所的反应显微成像谱仪，进行中低入射能量下Kr原子的（e，2e）反应，符合测量所有末态产物，通过动量重构，得到不同分析条件下，电离电子在全空间的角分布特征，实现对（e，2e）反应机制的直观认识，从整体上探讨高阶效应的作用。在检验常规探测方法所得结论的同时，探索高阶效应与相关实验参数的依赖关系。

原子分子的单电离反应实验研究，会在天体物理、等离子体物理、大气物理等多个研究领域有重要的应用价值。而对于多电子重原子，由于存在大角度散射、极化、后碰撞等高阶效应，单电离反应机理更加复杂，但是实验数据和理论结果都相当匮乏。在青年科学基金项目的资助下，我们自主研制了横向电子谱仪，并探测到了电子的角分布信息。该谱仪能够完全收集能量小于1 eV的低能电子，不存在任何立体角的缺失，在研究低能电子的出射动力学方面会有很好的应用前景。在此基础上，开展了高能电子碰撞Ar原子实验，观察到明显的回旋周期结构和出射电子动量的各项同性分布，验证了实验设备的可靠性。进行了中低能入射条件下的He原子的单电离实验。观察到了明显的两体碰撞峰和反冲峰，以及两峰比例随着散射角度的变化，说明大能量的出射电子在逃逸过程中与靶核的作用时间会减小，导致其受到靶核的整体吸引作用减弱，造成反冲峰的相对比例减小，这一结果验证了实验数据的有效性。进行了重原子Kr的单电离实验，直接观察到明显的大角度散射高阶效应，并获得了相应的电子能谱，发现该高阶效应会引起电子能谱向大能量区域移动，说明在大角度散射条件下，碰撞参数会减小，导致入射电子与束缚电子的碰撞强度增加，进而导致大能量的电子增加。我们同时发现出射电子角分布在前向最大，该现象有可能是先电离再弹性散射的多步碰撞机制的特征。当入射能量降低到165 eV时，观察到散射电子在90°出射方向的相对产额增高，这同样可能是大角度散射和交换效应增加的一个表现。同时，增加了部分的研究内容，进行了电子入射Ar三聚体的电离解离实验。发现在三原子构成的团簇环境中，一个原子的存在会对另外两个原子电离解离产生影响，导致辐射电荷转移峰的消失。