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高电荷态F~(5+)与Au、Ta表面相互作用产生X射线的研究

杨浩智  
【摘要】: 近期研究表明,高电荷态离子逼近金属表面过程中,大量导带中的电子共振转移到入射离子的外壳层空穴形成空心原子,该过程在飞秒时间尺度(5-10fs)和纳米空间尺度范围内在固体表层沉积几十至几百keV的能量,能流功率密度可达10~(14)W/cm~2,致使表面形成纳米量级的蚀坑。这些空心原子可以通过自电离、Auger过程、发射特征X射线等方式退激。空心原子中多个电子处在不同的激发态。与单电荷态离子相比,高电荷态离子引起的二次电子发射产额比单电荷态离子增加了1个量级,二次离子的溅射产额增加了近3个量级。正是由于以上特点,高电荷态离子与金属固体表面相互作用的研究成为了国际上热点的原子物理课题,并且拓展到固体物理、等离子体物理等领域。 我们在中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器国家实验室第二测量厅建成了原子物理实验平台。在该实验平台上进行了不同能量(20-55MeV)高电荷态F~(5+)、O~(5+)离子与Au、Cu、Nb、Mo、cd、Fe、Ni、Ta等固体表面相互作用的实验。本文分析了高电荷态F~(5+)离子与样品Au、Ta相互作用的X射线谱,并且做了Au、Ta的受激L层X射线强度随入射离子能量变化的曲线图。研究发现,在本实验研究的电荷态范围内,特征谱线的强度随入射离子能量的增加而增加。 全文由五章组成: 第一章,概述高电荷态离子与固体表面相互作用研究的历史、现状和意义。 第二章,介绍与高电荷态离子与固体表面相互作用相关的几个理论。 第三章,介绍在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器国家实验室第二测量厅建成的原子物理实验平台以及本文的实验仪器和方法。 第四章,给出在该平台上高电荷态F~(5+)离子与Au、Ta面相互作用产生激发光谱的实验测量结果及其特征X射线强度与入射离子能量关系图。 第五章,总结全文并展望该领域未来的工作。


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