近玻尔速度高电荷态离子轰击SiC陶瓷过程中电子发射的温度效应研究

Highly charged ions(HCIs) play an important role in atomic physics under extreme conditions because of their strong Coulomb potential energy. In recent decades, the study on electron emission from material surface induced by HCIs has been one of the hotspots investigated widely. The influences of projectile energy, incident angle, projectile atomic number, potential energy on electron emission yields have been researched comprehensively under room temperature. The temperature effects on yield is not obvious in the case of low charged ions incidence, so it is ignored for a long time. However, through exploratory experiment we find that the temperature effect is very obvious for highly charged ions incidence, this novel physical phenomena is worthy of further exploration. In this project, HCIs with velocities near Bohr velocity will be used to induce SiC ceramics surfaces at different temperature, electron emission yields for different projectile charge state will be measured using current measurement. The effects of target temperature and potential energy on electron emission will be studied systematically. Obviously, this projectile will accumulate scientific basis and important reference data for researches about the characterization of a novel material performance parameter and temperature effect on charge transfer section, energy loss mechanism, physical mechanism when new materials is induced by HCIS whose velocity are near the Bohr velocity.

高电荷态离子因其自身携有很强的库伦势能，常被作为研究极端条件下原子物理的一个重要工具。高电荷态离子与固体材料表面作用的电子发射研究是近几十年来广受关注的热点领域之一，常温下入射离子动能、入射角度、原子序数、离子势能等参数对电子发射产额的影响已被广泛研究。由于在低电荷态离子入射的情况下，温度对产额的影响不明显，所以温度这一参数被长期忽略。但我们通过前期的预研发现：当高电荷态离子轰击靶材表面时，温度对电子发射产额影响非常明显，这一新颖的物理现象值得深入探究。本项目利用玻尔速度能区附近的高荷电离子轰击不同温度下的SiC陶瓷表面，采用电流法测量不同电荷态离子入射时的电子发射产额，系统地研究靶材温度以及入射离子的势能对电子发射产额的影响，为该能区附近高电荷态离子与靶材料作用过程中的电荷转移截面、能损机理、物理机制等的温度效应以及新型核聚变壁材料性能参数的表征等研究提供科学依据和重要的参考数据。

玻尔速度能区的高电荷态离子与靶材的碰撞过程是研究天体等离子体、聚变等离子体等极端条件下原子物理过程的重要前沿和热点课题。基于本项目的支持，完成了以下工作：. 设计并制作了实验靶架，实现了不同靶温度下电子发射产额的测量，并利用labview程序读取实验数据，提高了测量的精度和效率。. 明确了温度对高电荷态离子入射固体靶材表面的电子发射产额的影响及其该过程中的物理机制。测量了玻尔速度能区附近高荷电离子轰击不同温度下SiC陶瓷表面的电子发射产额，通过分析发现升高靶温度可以减少电子发射产额，且高电荷态离子引起电子发射的温度效应明显高于单电荷或低电荷离子所引起的。电子发射产额对温度的依赖性通过功函数进行了定性地解释。. 分析了靶材掺杂类型对电子发射产额的影响。测量了高电荷态离子轰击不同掺杂类型Si表面的电子发射产额，通过分析发现N型Si靶的电子发射产额明显高于P型Si靶。分别从动能电子发射产额和势能电子发射产额进行分析并解释了实验结果，为研究靶材掺杂类型对电子发射产额的影响提供了重要的参考数据。. 分析了电子发射与X射线之间的竞争关系。在玻尔速度能区电子发射产额与能损出现相同的趋势，但单位能损的电子发射产额随能量增加呈现减小的趋势，这与低能区和高能区的结果不同，而X射线的发射出现相反的趋势，通过对内外壳层电子电离截面的计算，对实验结果进行了验证。. 研究了高电荷态离子激发固体靶的多电离效应和X射线辐射的角分布，明确了近玻尔速度高电荷态离子形成多电离态的作用机制及影响因素。. 以上研究为玻尔速度附近离子与磁约束聚变壁材料作用的电子发射、X射线辐射和壁材料特性等研究提供重要的基础数据和科学依据。