电子束离子阱（EBIT）中离子电荷态分布及能量的演化

摘要

电子束离子阱(EBIT)是一种作为高电荷态离子源或者高电荷态离子光源，并用于多种科学研究的有效装置。作为离子源，它可以产生任意元素的任意电荷态的离子，用于研究离子与表面碰撞，离子与原子、电子、光子的相互作用，还可以作为高能加速器的注入源。作为光源，它可以产生任意元素的从可见光到X射线波段的光，用来研究原子能级结构，跃迁光子发射及吸收等过程。 本文通过建立相比前人更加合理的物理机制，考虑了发生在EBIT中的大部分物理过程，如电离、辐射复合、离子与原子间的多电子交换、离子束缚和逃逸等，编写电脑程序对EBIT中的离子电荷态分布及能量演化进行了模拟。本文引入离子与原子的单电子交换及多电子交换效应，讨论了多电子交换效应对U离子和Th离子的电荷态分布的巨大影响，如对Th75+离子，考虑多电荷交换与不考虑多电荷交换的离子量差别高达两倍多。对离子的径向分布采用Boltzmann分布而非传统认为的平均分布对电荷态分布的影响进行了讨论，并得出Boltzmann分布对低价态离子的分布具有重要的作用，如N3+离子的量在两种分布机制下得到的结果差一倍多。电子束的径向分布采用的是Guass分布替代平均分布。对电子电离Lotz截面公式，引入了相对论修正，这种相对论修正对离子的电荷态分布有着显著的影响。本文以Dy离子为例，讨论了离子的电荷态、温度随时间的演变，离子在动态平衡时不同过程的有效反应率，揭示EBIT中各种物理过程的矛盾关系。全面细致的研究了EBIT的几个重要的工作参数：电子束能量、电子束流、冷却气体密度和轴向势阱对离子电荷态和温度的影响，通过Dy离子电荷态分布及温度的演化随冷却气体密度和电子束流密度变化的三维图，更好的描述了针对不同实验目的，调控EBIT的各个工作参数以得到最佳实验结果。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

§1.1EBIT的发展及工作原

§1.2模拟EBIT中电荷态分布及能量演化的意义及本文研究内容

参考文献

第二章EBIT物理机制

§2.1EBIT中的物理过程

2.1.1物理反应原理

2.1.2与粒子数密度相关的反应

2.1.3与能量相关的反应

§2.2EBIT中粒子数密度的演化

2.2.1电子碰撞电离

2.2.2辐射复合

2.2.3电荷交换

2.2.4离子逃逸

§2.3EBIT中粒子温度的演化

参考文献

第三章离子电荷态分布能量演化的模拟

§3.1多电荷交换对电荷态分布的影响

§3.2离子径向Boltzman分布及电子束径向Guass分布对电荷态分布的影响

§3.3Lotz公式的相对论修正对电荷态分布的影响

§3.4离子的电荷态分布与实验的比较

§3.5Dy离子电荷态分布及主要物理过程反应率对比

第四章影响离子电荷态分布及能量演化的实验参数研究

一、电子束能量

二、电流强度

三、冷却气体密度

四、轴向约束势

参考文献

附录A硕士期间发表论文情况

附录B模拟程序FudanEBIT.c使用说明

后记

论文独创性声明及使用授权声明