中能离子-原子碰撞态选择转移电离过程中电子出射机制研究

Study of the dynamics of electron emission in ion-atom collisions is of great interest not only because of its fundamental nature to understand the few-body dynamics but also because of its various applications, such as laboratory and astrophysical plasma. The reaction microscope (COLTRIMS as well) enables one to measure the momentum vectors of all fragments with high resolution and unprecedented efficiencies, which enhanced the understanding of the few-body dynamics. We plan to study the state-selective transfer ionization using the reaction microscopes. The three-dimensional momentum vectors of the recoil ion and the electron are measured in coincidence with the scattered projectile. Thus the dynamics of electron emission, mechanism for transfer ionization, and the role of electron-electron correlations played in this reaction can be revealed.

离子-原子碰撞中电子出射机制的研究不仅有助于人们理解多体动力学、揭示电子-电子关联效应等基本问题，同时还在等离子体物理、天体物理等其它学科中有着广泛的应用。反应显微成像谱仪技术的发展使得对离子-原子碰撞末态反应产物的运动学完全测量成为可能，其在离子-原子碰撞中的应用极大促进了人们对多体动力学的认识。本申请拟利用反应谱仪在态选择分辨水平上研究中能区离子-原子碰撞中的转移电离过程，实验通过对末态散射炮弹-反冲离子-电子的三重符合探测实现对该过程的运动学完全测量，并揭示电子出射机制、转移电离机制以及电子-电子关联效应在此过程中的作用。

离子-原子碰撞中电子出射机制的研究不仅有助于人们理解多体动力学、揭示电子-电子关联效应等基本问题，同时还在等离子体物理、天体物理等其它学科中有着广泛的应用。反应显微成像谱仪技术的发展使得对离子-原子碰撞末态反应产物的运动学完全测量成为可能，其在离子-原子碰撞中的应用极大促进了人们对多体动力学的认识。在本项目的资助下，首先完成了反应显微成像谱仪的升级改造，包括新探测器的搭建以及新探测器电路的设计及搭建，飞行时间谱仪（TOF）的防静电屏蔽等。在此基础上，利用升级后的反应显微成像谱仪进行了一系列离子-原子碰撞动力学实验研究。通过对He+与He碰撞单电子俘获过程的实验研究，首次获得了态选择截面，实验和理论比较获得了比较好的符合结果。另外，结合经典轨迹蒙特卡洛（CTMC）计算，我们成功的将炮弹散射角分布中与碰撞能量相关的振荡结构解释为原子尺度夫琅禾费衍射。对p-He碰撞转移电离过程，通过研究三者之间的动量交换我们推断转移电离过程通过两步独立过程进行。对电子的动量分布的研究表明电子主要通过炮弹和电子间的两体碰撞出射，与理论的比较支持了我们的结论，这是首次对中能区电子出射机制的研究。同时通过与不同CTMC计算结果的比较，我们推断反应末态电子-电子关联在这个过程中起比较重要的作用。对中能区He+以及C4+与He碰撞转移电离过程的研究得到了类似的结论。对C4+-He碰撞单电子俘获过程的研究首次获得了态选择截面，和双活跃电子半经典原子轨道紧耦合方法（SCAOCC）结果符合非常好；利用SCAOCC方法得到的碰撞参数分布，基于光学夫琅禾费衍射原理，角微分截面中的结构被解释为炮弹离子物质波在靶核上的夫琅禾费衍射导致的，基于该解释的模型计算结果和实验及理论角微分截面呈现出的结构高度符合，这是首次从量子力学方法出发，系统考虑“小孔”“透射率”基础上对角微分截面振荡结构的解释。