MeV/u重离子- - 原子碰撞中的多重电离和L壳层内部跃迁的研究

重离子- - 原子碰撞中内壳层电离截面的实验测量是一项基础性的物理工作，对离子X荧光分析（PIXE）、天体物理、等离子体物理等领域有重要的学术意义。目前国际上的研究重点集中在非对称碰撞系统的L壳层的电离截面上。主要是因为3个L亚壳层的性质明显不同：(1)L2、L3壳层的波函数非常相似，但是束缚能却差别很大；(2)L1、L2亚壳层束缚能相近，但是波函数的形状却非常不同。.本项目拟在兰州重离子加速器的SFC实验终端，实验测量L壳层的电离截面。拟主要开展的研究包括：(1)分别用10至100MeV的 C和Ar束与Z>=58的固体单质薄靶碰撞，测量其发射的L-X射线和背散射离子，得出L-X射线的发射截面；(2)在ECPSSR-USA理论的基础上，探索多重电离（MI）和L壳层内部跃迁（IST）(或者说L亚壳层耦合)对电离截面的影响，给出L亚壳层的电离截面，修正ECPSSR-USA理论并与实验数据做比较。

本项目利用近代物理研究所的320kV高压平台提供的高电荷态离子，测量了1400-3500keV的Xeq＋(q=12-29)离子与固体Al,Fe,Ni,Cu,Mo表面相互作用中发射的特征X射线。对于Al靶，实验结果表明当Xeq＋离子的电荷态小于26时，Al的K壳电离截面与入射离子的电荷态无关，而当离子的电荷态大于26时，截面增大了2至10倍。两体碰撞近似理论与电荷态小于26的实验结果符合的较好，而明显低于电荷态大于26的实验值结果。分析表明，Xeq＋(q<26)离子在固体下表面形成的“空心原子”进一步与靶原子碰撞时，靶电离主要是由于直接库仑电离所致。当离子电荷态大于26时，除了直接电离，“空心原子”的M壳空穴还可以通过“准分子”跃迁方式直接转移到靶原子的K壳层，引起靶的K壳电离。由于当离子能量高于1MeV时，无法区分直接电离对Al的K壳电离的贡献，因此又研究了低能（350－600keV）Xeq+（q=25-30）离子与Al靶相互作用X射线发射。实验结果显示：（1）对于q＝25与26（Xe离子的3d满壳），X射线产额在误差范围内几乎相同；当离子能量大于500keV时，产额开始增加。表明Xeq+-Al碰撞中Al的K壳电离存在“动能阈”。（2）当q>26（3d空穴开始增加）时，X射线产额随离子动能在误差范围内几乎相同，但随q指数增加。表明在所研究能区，Al的K壳空穴主要由于空穴转移机制所致。在德国期间，本人利用一台小型Penning离子源提供的He离子束与Ar靶碰撞，符合测量了反冲离子动量谱，重点研究了转移激发过程中的电子关联机制。实验的困难在于离子源不是很稳定，调束流比较困难。最终测得了可信的实验数据，并分析后撰写了论文。