基于全息动量成像谱仪的负离子与原子反应过程研究

在原子分子物理研究领域，电子关联(Electron Correlation)一直是涉及面很广的研究热点。目前对于原子分子中的电子关联理论研究还有待于进一步深入，因此从实验上获取电子关联相关的数据是十分必要的，负离子由于其独特的性质，是研究电子关联的最佳对象之一。本项目利用复旦大学现代物理研究所的负离子源产生的低能负离子(C-, O-, F-, Cl-和Br-)与超声惰性气体靶(He, Ne)相互作用，通过动量成像谱仪技术测量反应中脱附的自由电子、反冲离子和散射离子的动量，获得反应过程的能量损失，再根据反冲离子和散射离子的电荷态来确定反应通道。系统地研究负离子的电子脱附和靶原子发射电子的微分截面随入射离子种类和能量的变化，对碰撞过程中的能量分配和动量分配进行细致的研究，进而揭示多体过程中的离子与电子、电子与电子之间的库仑作用和电子-电子关联相互作用等重要信息。

在项目执行过程中，建立了低能电子束装置，通过不断的调试和优化，入射电子束能量在15~2000 eV内连续可调。在此基础上实现了电子束系统与动量谱仪的对接，建立了极低能电子碰撞动量谱仪。动量谱仪作为研究低能电子与原子分子相互作用构成的最有力工具之一，开展了低能脉冲电子束与超声气体（甲烷）相互作用的实验研究，分别测量了甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）分子在电子作用下解离后离子的动能，获得了甲烷、乙烯分子在低能电子作用下的电离解离截面。在青年项目支持下，完成了实验系统的调试和优化工作并开展了相应的科研工作，同时为下一步系统地研究原子分子在电子作用下的解离截面测量建立了实验方法。由于负离子源真空情况不理想，而动量谱仪必须在超高真空下工作，没有实现动量谱仪与负离子源的对接，未能按计划开展负离子与惰性气体的脱附实验研究，转而研究了低能电子与碳氢分子相互作用过程，而电子作用下碳氢分子的电离解离实验研究不但在基础物理方面有助于理解多体动力学过程，在聚变能源等应用领域也具有重要意义。