相對論能區(qū)離子-原子碰撞中的K殼雙電離研究.pdf

1、K殼空心原子在基礎物理、X射線激光、高能量密度物理、分子成像等領域具有重要科學意義。針對制備高產額孤立重 K殼空心原子進而進行系統(tǒng)研究的難題，本論文提出利用高能全裸重離子-原子碰撞中的K殼雙電離過程，結合儲存環(huán)內靶實驗高精度、高靈敏度與低本底等優(yōu)點，產生高產額孤立重空心原子：在蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)及其實驗環(huán)內靶裝置上，利用能量為52~197 MeV/u的Xe54+與氣體靶碰撞，并結合理論計算，重點研究了相對論強擾動區(qū)K殼空心Kr和

2、 Xe原子的產生動力學機制，并探索了此類空心原子的旁觀空穴結構和輻射退激屬性。
　　本論文實驗研究了靶原子發(fā)射 K-X超伴線的相對強度，結合多空穴態(tài)原子熒光產額的計算，得到Kr、Xe原子K殼雙、單電離截面的比值R21及其隨入射離子擾動程度κ（Zp/vp）變化的關系；研究了不同空穴態(tài)靶原子輻射退激所發(fā)出X射線的能量移動，在考慮Breit相互作用和QED效應下通過多組態(tài)Dirac-Fock方法系統(tǒng)地計算了Kr、Xe原子K-X射線超伴線

3、的能量與L、M殼層旁觀空穴的關系，進而得到K殼雙電離時L殼被電離的電子數(shù)目及其隨入射離子擾動程度κ變化的關系；首次在實驗上得到了多個L殼旁觀空穴存在時K殼空心Xe原子輻射退激所發(fā)出Kα1和Kα2超伴線的強度比。理論上，在獨立電子近似下通過求解含時雙中心狄拉克方程（相對論耦合道方法）計算了 K殼電離幾率和碰撞參數(shù)的關系，進而得到了K殼雙、單電子電離截面；結合多空穴態(tài)Xe原子的輻射退激率計算和高能重離子碰撞下產生的多空穴態(tài)原子二項式分布特點

4、，得到了Kα1和Kα2線的相對強度隨L殼旁觀空穴數(shù)變化的關系。研究表明，當前體系下Kr、Xe靶 K殼雙電離的相對截面在14~28％之間，證實當前碰撞體系可產生高相對產額的Kr、Xe等重空心原子；且當κ<1時，K殼雙電離的相對截面R21隨κ的增大而大致呈線性增長關系，該依賴關系能夠很好地被相對論耦合道理論描述，而在κ>1時R21趨向飽和；Kr、Xe原子K殼雙電離的同時L殼被電離的電子數(shù)目均隨κ的增大而增大，且K殼雙電離時L殼被電離的電子數(shù)

5、目整體大于K殼單電離時L殼被電離的電子數(shù)目，這意味K殼雙電離的同時L殼層電子更容易被電離；Xe Kα1和Kα2超伴線強度比隨L殼層旁觀空穴數(shù)目的增大而增大，而Kα1和Kα2伴線強度比并不隨L殼層空穴數(shù)目變化，且Kα1和Kα2伴線的強度比整體大于超伴線的強度比，實驗和理論結果相一致，表明Kα1超伴線的躍遷受自旋逆轉禁戒影響的程度與L殼層旁觀空穴數(shù)目相關。
　　本論文驗證了重離子儲存環(huán)及其內靶終端是產生并研究孤立重空心原子的強有力手段