负离子的亲和能和半径的理论研究及其与CO_2气体碰撞过程的实验研究

【摘要】本论文主要包括以下三项研究工作：(一)负离子的亲和能和半径的理论研究；(二)负离子与二氧化碳气体碰撞过程中,二氧化碳的电离和解离截面的实验研究；(三)高电荷态N-like离子2p3/2-2s1/2跃迁谱线的实验分析和核电荷数Z=50-92的元素的类氮离子2p3/2-2s1/2跃迁能量的理论计算。负离子在许多领域都扮演着重要的角色。对负离子的研究不仅可以为电子关联理论和碰撞动力学的研究提供重要的数据,还可以为燃烧化学、电离层物理、天文物理和等离子体等领域的研究提供必要的参数。对负离子开展了下面两项工作：(一)对于负离子来讲,电子亲和能和半径是表征其特性的两个主要参数。关于它们的研究将对负离子相关的理论和实验研究起到非常重要的作用,同时还可以为电子关联理论和碰撞动力学的研究提供重要的依据。目前,在负离子与原子和分子碰撞的理论研究方面缺少严格的量子计算,常用基于标度法的半经验公式来计算碰撞截面。在标度法中,负离子的亲和能和半径起着重要的作用。目前还没有精确的负离子半径的数据,人们常用原子半径来代替负离子的半径。本工作用基于多组态Dirac-Hartree-Fock(MCDHF)方法的GraspVU程序包对Ⅲ-Ⅶ主族元素的负离子的亲和能进行了系统地计算,并且得到了较高精度的计算结果。同时还计算了不同定义下的负离子的半径,并进行了比较,最后提出一种较为合理的半径大小。关于亲和能的理论工作已发表在了JournalofPhysicsB上。(二)负离子与气体碰撞过程的研究可以从两方面入手：(1)研究碰撞过程中负离子的脱附截面,这部分实验工作在国际上已经比较成熟了；(2)研究碰撞过程中气体的电离和解离截面,但是这部分工作到目前为止很少有人做。然而,气体分子(尤其是大气分子)的电离和解离截面数据在许多领域是非常重要的,例如,等离子体诊断、气体放电、放射化学、材料分析和建模辐射效应等。为了能够很好地进行研究,本工作在原有的基础上搭建了负离子与原子分子气体碰撞过程中气体的电离和解离截面的实验测量平台,其中包括负离子束流管道的搭建以及准直、飞行时间质谱仪的设计安装、探测器的安装及其分压电路的设计、注气系统的设计与建设、两折静电偏转板的设计与制作、数据获取系统的搭建和改进。在系统搭建并测试完成之后,测量了氢、碳、氧负离子与二氧化碳气体碰撞过程中二氧化碳气体的电离和解离截面。据我们调研,我们首次测得了负离子与CO2碰撞过程中CO2的电离和解离截面的数据。这部分工作已发表在了PhysicsReviewA。(三)除此之外,本论文还为配合课题组的实验工作,对高电荷态N-like208Pb75+离子的2P3/2-2s1/2跃迁谱线进行了分析。结合实验数据,用GraspVU程序包对核电荷数Z=50-92的元素的2p3/2-2s1/2跃迁能量进行了系统地理论计算,并与已有的实验和理论数据进行了比较。我们的计算结果与实验结果在1eV内符合。高电荷态离子的研究是现如今新兴的等离子体研究的方向之一。高精度的高电荷态离子X射线能量的研究对于测试原子结构计算,尤其是量子电动力学理论有着重要的意义。本论文的结果为高电荷态离子的研究提供了重要的实验与理论数据。这部分工作已发表在了JournalofPhysicsB上。
【作者】李俊琴；
【导师】陈重阳；张雪梅；
【作者基本信息】复旦大学，原子与分子物理，2013，博士
【关键词】负离子；亲和能；半径；MCDHF；电离解离截面；位置灵敏探测器；飞行时间质谱仪；符合测量；高电荷态离子；X射线跃迁能量；

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