近玻尔速度HCI碰撞产生多电离态的精细X射线谱研究

Multiple-ionization state is the special phenomena during the inner-shell process induced by the interaction of highly charged heavy ions with solid target near the energy range of Bohr velocity. The relative researches of such process have been a hot topic for the atomic physics under extreme conditions. However，owing to the characteristic energy, the processes are very complicated. Until now, no theory can perfectly describe the mechanism, and the experimental work is also scarce. In this project, the experiment of Arq+ ions impacting on solid target near the Bohr velocity will be presented at the at the 320 kV high voltage experimental platform at Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences (IMP, CAS). The high-resolution X-ray spectroscopies of Ar Kα X-ray and the relative X-ray production cross section will be coincidence measured by combining a crystal companied and a silicon drift detector. The effect of initial charge state and incident energy of the projectile and the target characteristic on the multiple ionization state of Ar ions will be discussed. The mechanism of multiple ionization state will be investigated. The project is in hopes of refining the present theoretical model and providing basic data and experimental support for the investigation of application and of dynamic mechanism for highly charged ion-atom interaction. The researchers involved in the project are quite experienced in the related experiments. The multiple-ionization has been found in The previous experiment by analyzing the shift of X-ray energy. 320 kV platform can provide various stable heavy ion beams with a wide range of incident charge states and energy near Bohr velocity. All of these advantages will help us to make a big step in this area.

多电离态是近玻尔速度高电荷态离子与固体作用时特殊内壳层过程的重要物理现象，相关研究是极端条件下原子物理过程的重要前言和热点课题。但是，由于离子能量特殊，作用过程极为复杂，相关理论模型不够完善，实验研究也比较少。本项目将利用中科院近物所320kV高电荷态离子研究平台提供的近玻尔速度Arq+离子作用于固体靶，联合使用高分辨的晶体谱仪与高效率的Si漂移X射线探测器，对Ar的Kα X射线精细谱和相关X射线发射截面进行符合测量，研究入射离子电荷态、能量以及靶参数对Ar产生多电离态的影响，探索多电离态的产生机制，完善现有理论模型，为高电荷态离子与原子碰撞的动力学过程和相关应用研究提供重要数据支持和实验依据。课题组成员相关研究经验丰富，具有前期实验基础，通过频移分析已观察到多电离；依托单位提供的离子束，流强稳定，电荷态大范围可调，离子速度也能满足玻尔速度附近这一特殊要求，有望通过系统研究取得重要进展。

近玻尔速度高电荷态离子，能量比较特殊，与原子碰撞产生内壳层过程比较复杂，其不仅具有足够的能量靠近靶原子发生碰撞产生电离，也有足够的时间与靶原子相互作用从中俘获电子，在两种机制的共同作用下，可以产生外壳层多电离、X射线发射电荷态相关性等特殊物理现象。多电离X光谱分析，不仅可以为空心原子结构、高电荷态离子碰撞动力学的研究提供基础数据，而且对于惯性约束聚变、温稠密物质相关的辐射不透明等离子体的诊断具有重要的应用意义。但是由于受到实验条件的限制，相关的研究报道较少；碰撞作用机制尚不明确；该用何种理论进行描述尚无定论。. 基于该项目的支持，搭建了高效、高分辨X射线测量系统，对近玻尔速度高电荷态离子碰撞产生的多电离现象进行了系统研究；分析了其形成机制、以及电荷态、靶原子序数等参量对该过程的影响；并且作为对比，讨论了质子产生多电离的情况。填充了相关研究的空白，并取得了一些创新性成果。. 阐明了近玻尔速度HCI碰撞形产形成电离态的作用机制。近玻尔速度HCI形成区别于初始电荷态的多电离态，是电子俘获和电离的双重作用结果；这与入射离子的能量、电荷态基本无关，但与靶原子序数成线性关系。. 通过相关修正，明确了适用于近玻尔速度能区Z1>Z2碰撞系统内壳层电离的理论模型。近玻尔速度HCI产生内壳层的电离，可以用BEA理论进行模拟，但是要考虑有效电荷态、库伦偏转、有效碰撞能等修正。. 发现了低能质子产生多电离的能量相关性。75~250keV的低能质子能够产生靶原子外壳层的多电离，并且该多电离与入射能密切相关，随入射能的增加，多电离度迅速减小。. 丰富了PIXE数据库，将Cd、In、Nd元素L壳层X射线截面的质子数据扩展到了更低的75 keV能区，新增了75、100、125 keV的数据能量点；并验证了ECPSSR理论对低能质子的适用性。