空间低能离子谱仪的研制及定标

【摘要】空间低能离子谱仪作为大多数近地空间以及深空探测卫星中的必备有效载荷之一,常用于探测空间环境中能量在0.3～80keV/e范围内的质子、α粒子以及重离子等。通过空间低能离子谱仪来原位探测空间环境中离子的状态和变化,获得各种离子的状态参数,对于了解太阳活动的形成机制和太阳风对地球磁层的影响,以及研究日地事件因果链、灾害性空间天气事件的发生和发展等都具有重要意义。本论文的主要工作是研制了一台用于空间等离子体探测的顶帽型低能离子谱仪,搭建了用于空间低能离子谱仪的离子定标和紫外测试的地面定标设备,并利用新搭建的定标系统对空间低能离子谱仪进行了初步性能测试和紫外光响应测试。此外,作者在博士期间还参与了实验室的电子动量谱学实验,并开展了若干分子的电子动量谱学研究。具体章节如下：第一章介绍了空间等离子体的研究背景、常用的空间等离子体探测技术、空间等离子体探测仪器的定标设备以及近期国内外空间等离子体探测的进展。第二章介绍了空间低能离子谱仪的研制工作,包括：顶帽型静电分析器的工作原理及其离子光学的优化设计,谱仪性能参数的数值仿真,微通道板和独立阳极组成的探测器系统的设计,机械设计与机械加工。第三章介绍了新搭建的用于空间低能离子谱仪物理定标的地面定标设备以及在此基础上搭建的用于紫外光响应测试的地面测试系统。其中离子定标系统包括：真空室、离子源、离子束流衰减扩束透镜、偏转板、束流监测器、电子学和数据获取系统、供电系统、简易的三轴转台、以及新设计的全自动高精度四轴定位平台系统；而模拟太阳紫外光的地面测试系统主要包括射频氘灯和紫外光子成像系统。第四章介绍了利用新搭建的离子定标系统和紫外光测试系统对新研制的空间低能离子谱仪开展的物理定标和紫外光响应测试工作。通过初步的离子定标确定了谱仪的探测器工作电压、谱仪的能量分辨率、离子能量关于分析器偏转电压的线性关系、分析器常数等性能参数,并对谱仪的紫外光响应进行了测试,估算了太阳紫外光对谱仪探测不同种类的空间离子的影响。第五章介绍了电子动量谱学的基本原理、实验方法和量子化学计算的理论方法,包括：(e,2e)谱仪的电子枪、加速透镜、慢球减速透镜的重新设计,通过标准气体Ar对谱仪性能参数的刻度,非相对论和相对论量子化学的计算方法,用于获取二分量相对论波函数的C++程序。第六章介绍了若干分子的电子动量谱学研究,包括对环丙胺、2-氟乙醇分子的外价分子轨道的电子动量谱学测量,对乙醇、乙胺和乙硫醇系列分子的分子轨道理论和自然键轨道理论的计算以及对1-碘丙烷分子的自旋-轨道耦合效应和分子内轨道相互作用的研究。第七章是对整个博士工作期间的工作总结,并展望了未来要开展的进一步研究工作。
【作者】史钰峰；
【导师】陈向军；单旭；
【作者基本信息】中国科学技术大学，原子与分子物理，2014，博士
【关键词】空间等离子体；空间低能离子谱仪；顶帽型静电分析器；离子定标；紫外响应；电子动量谱学；构象异构；环丙胺；2-氟乙醇；1-碘丙烷；ADF；相对论量子化学；

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