连续调节质子束纵向相干长度及其与氢氮分子碰撞电子俘获反应中的干涉效应研究

The projectile coherence properties have an influence on the dynamics of ion-atom or molecule collisions. In the present proposal, we first will develop a precise wien filter to continuously tune the longitudinal coherence length of a proton beam. Then, kinematically complete measurements of 20-50keV proton colliding with hydrogen and nitrogen molecules will be performed using a reaction microscope at the 320kV Heavy Ion Research Facility in Institute of Modern Physics. Emphasis will be given in electron capture and capture dissociation processes. The molecular orientation could be fixed in the dissociative capture reaction. The interference term will be obtained through the scattering angular differential cross sections. By quantitatively analyzing the relationship between the interference term and the longitudinal coherent length of proton beam, we hope to systematically investigate the influence of the proton beam coherence on the collision dynamics.

由于干涉效应的存在，离子束的相干长度会影响其与原子和分子碰撞的动力学过程。本项目拟研制一台精密速度选择器，籍此连续精确调节质子束的纵向相干长度；依托中国科学院近代物理研究所320kV高电荷态离子综合研究平台，利用反应显微谱仪对20-50keV质子束与氢分子、氮分子碰撞单电子俘获和俘获解离反应进行运动学完全测量，其中对俘获解离反应进行靶分子取向，通过两个反应通道散射离子角微分截面，得到相干质子束干涉效应与相干长度的定量关系，系统研究质子束相干性对碰撞俘获反应动力学过程的影响。

由于重离子束的波动性，其横向和纵向相干长度会影响离子束与原子（或分子）碰撞的动力学过程。本项目拟研制一台作为离子束传输相空间动量坐标“狭缝”的速度选择器，从而研究离子束的相干长度在其与双原子分子碰撞俘获解离反应中引入的干涉效应。在本基金项目支持下，设计了一台用于精密调节离子束横向和纵向相干长度的速度选择器。经模拟离子束在速度选择器中的运动轨迹，发现束流通过速度选择器后的横向及纵向相干长度与其几何结构相关。考虑离子束的能量，最终设计完成了一台磁场范围0.1-1T、总功率4kW、可调节能量范围5-100qkeV、动量发散在10^-5至10^-6之间的H+、3He2+、7Li3+和13C6+离子束的速度选择器。依据模拟结果，当速度选择器磁场达到1T时，在其两端边缘处的磁场强度大约0.8T，这给离子束行进轨迹造成很大影响，甚至使得离子束无法进入速度选择器狭缝。经与相关人员讨论及Opera模拟，我们创造性的采用两段式软铁环叠加坡莫合金的设计方式屏蔽磁场的边缘效应。该设计在距磁铁边缘10mm处，0.8T磁场下降至200Gauss，在20mm处，磁场则降至100Gauss。叠加坡莫合金后，理论而言离子束在进入速度选择器之前，几乎感受不到磁场作用力。除此以外，为了摸索未来速度选择器和反应显微成像谱仪结合后开展离子束与双原子分子碰撞俘获解离实验的束流、探测器及飞行时间谱仪（TOF）电压条件，基于中科院近代物理研究所EBIS（电子束离子源）和横向反应显微谱仪，开展了质子束与氮气分子碰撞俘获解离实验。实验获得了俘获解离通道的氮离子在动量空间的分布及KER谱。该实验为未来速度选择器和横向反应显微谱仪想结合开展不同离子束横向和纵向相干长度下，离子束与双原子分子碰撞俘获解离动力学实验奠定了基础。