负离子与微孔膜相互作用过程电荷态时间演化效应研究

低速离子与纳米微孔膜相互作用研究是近年来国际上的一个热点领域，已经得到了许多很有意义的结果：离子导向效应、电荷沉积引起的离子透射角时间演化效应、离子透射率时间演化效应等。课题组在已结题的基金项目中，通过负离子穿过纳米微孔膜，初步观察到了透射离子电荷态的时间演化效应，发现该效应与离子能量、纳米微孔膜材料和结构参数等相关。本次申请的项目将延续该工作，研究重点是通过改变负离子的种类、能量、束流强度、入射角，以及纳米微孔膜的材料、孔径、厚度、纳米孔形状等参数，研究透射离子的电荷态时间演化效应、电荷沉积平衡后的电荷态分布、纳米孔内表面结构变化，以及微束获得的条件。该项目的研究不仅有助于理解负离子掠射表面的物理机制，而且可以为离子束传输和微束获得提供依据。

本项目通过改变负离子的种类、能量、束流强度、入射角，以及纳米微孔膜的材料、孔径、厚度、纳米孔形状等参数，研究了透射离子的电荷态时间演化效应、电荷沉积平衡后的电荷态分布。利用负离子束与微孔膜相互作用，在国际上首次观测到中性成分、负离子成分出射束角展宽、离子透射率随时间的演化过程，并建立了理论模型对实验结果进行了很好分析。首次对宽能区范围质子束与纳米微孔膜作用后后出射粒子分布的动态演化过程进行了观察，结合理论计算发现在微孔内达到充放电平衡后，中能区主要传输机制为电荷斑辅助的近表面镜面散射行为，明显区别于低能区的导向及高能区的随机二体碰撞过程。为了进一步探索离子束与微孔膜内表面作用机理，开展了负离子与表面散射电荷交换的实验和理论研究，发现负离子份额随着入射能的增加而增加，负离子份额随入射角度的增加先增加后减小，正离子份额随入射能变化不明显。对此结果，我们创新性提出入射离子速度效应对负离子份额有显著影响，从而对实验结果进行了很好解释。相关结果发表在Scientific Reports 、Phys. Rev. A 、J. Chem. Phys、Eur. Phys. J. D等重要学术期刊上。