小分子单电离和双电离的实验和理论研究

摘要

本论文主要介绍了利用同步辐射真空紫外光电离和光吸收谱，结合量子化学计算，从实验和理论上研究小分子的单电离和双电离，同时还介绍了国家同步辐射实验室原子分子物理光束线气体滤波器的研制、安装和调试工作。 第1章主要介绍了原子分子领域的光电离和光吸收研究概况，并给出了绝热电离能、垂直电离能、超激发态、光电离界面、原子分子的里德堡态、离解与预离解的概念。随后介绍了双电离和离解的研究概况。然后也对实验研究方法如光电离质谱、荧光光谱、光吸收谱、光电子谱和符合技术进行了介绍。最后简单介绍了量化计算的方法和理论。 第2章主要介绍了国家同步辐射实验室原子分子实验线站光电离和光吸收实验使用的装置和技术。首先概述了同步辐射光源的特点及应用。随后介绍了原子分子光束线的光学元件和性能参数，光束线由插入件波荡器提供高亮度的真空紫外波段(7.5-124 eV)辐射。最后概述了原子分子实验站使用的装置和技术，介绍了超声分子束技术、反射式飞行时间质谱仪以及多级光电离吸收室的原理和技术。 第3章由于原子分子光束线由波荡器提供真空紫外辐射，由此带来了高次谐波问题，为了提高原子分子光电离和光吸收数据的可靠性，从而更精确研究分子光谱结构。我们采用了气体滤波器装置来抑制高次谐波的干扰。因此我们在第三章介绍了气体滤波器的研制、安装和调试。为了有效消除波荡器产生的高次谐波的影响，同时维持光束线及储存环超高真空环境，并根据原子分子物理光束线实际情况，我们采用了二级差分抽气系统及大抽速的差分泵来设计气体滤波器系统。调试结果表明气体滤波器的研制达到了预期目标，满足了实验要求。 第4章利用同步辐射和多级电离吸收室技术，在真空紫外波段630～900A测量了CO的VUV光吸收谱，得到CO分子的电离阈值。根据光吸收谱，结合量子亏损理论计算，对其光吸收谱的电子态振动跃迁Rydberg系列进行了指认。与以前的研究结果相比较，我们的光谱分辨更高，可清楚的地分辨出CO分子的光谱结构，结构信息更丰富和精确。不仅扩充了原有Rydberg系列和振动序列，而且探索性地指认了新的序列。这些光谱数据可为大气层和天体物理等研究提供参考数据。 第5章利用同步辐射真空紫外光电离技术，结合超声分子束和反射式飞行质谱仪，研究了14-41 eV能量范围内CO的光电离和离解过程，结合理论计算，详细讨论了CO的预离解和离解过程，并指认了解离过程中一些离子态和动力学过程。 第6章利用同步辐射真空紫外光电离质谱和光电离效率谱，获得了一些小分子的双电离能，同时我们利用Gaussian-03程序的G2方法计算了这些小分子的绝热双电离能。总的来说我们实验测得的双电离能与理论计算获得的绝热双电离能比较吻合。通过比较实验和理论计算的结果，我们讨论这些小分子双电离的机制。通过与文献比较，对这些分子发生双电离前后键长、键角和振动频率的变化也做了讨论。 第7章介绍了实验中首次探测到氟利昂(F-22)的母体二价离子CHF2Cl2+和其主要碎片二价离子(CHCl2+，CF22+和CHFCl2+)。利用同步辐射真空紫外光电离质谱和光电离效率谱，获得了氟利昂(F-22)的双电离能和主要碎片二价离子的出现势。同时在Gaussian-03程序上利用密度泛函的方法计算了氟利昂(F-22)的垂直双电离能的理论值。通过比较实验和理论以及经验公式计算的结果，讨论了氟利昂(F-22)双电离的机理。同时还讨论产生主要碎片二价离子的离解通道和离解能。这些数据将为以后氟利昂(F-22)大气光化学研究提供重要的信息。

目录

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第一章 综述：原子分子光电离及光吸收的研究

1.1 原子分子光电离及光离解的研究

1.1.1分子的绝热电离能和垂直电离能

1.1.2超激发态

1.1.3光电离截面

1.1.4原子分子的里德堡态

1.1.5离解及预离解过程

1.2 原子分子光吸收研究

1.2.1单吸收池技术

1.2.2分束技术

1.2.3.双电离室技术

1.3 原子分子双电离及离解的研究

1.4 实验研究方法

1.4.1光电离质谱

1.4.2荧光光谱

1.4.3 光吸收谱

1.4.4光电子谱

1.4.5符合技术

1.5 理论计算研究方法

1.5.1量子化学计算理论

1.5.2 Moller-Plesset微扰理论方法

1.5.3密度泛函理论方法

1.5.4 Gaussian-2理论方法

1.5.5基组的选择

1.5.6结构优化及频率计算

1.6 本章小结

参考文献

第二章 同步辐射光源特点及原子分子实验线站介绍

2.1 同步辐射特点及其应用概述

2.1.1同步辐射特点及其发展

2.1.2同步辐射应用概述

2.2 原子分子物理光束线

2.3 原子分子物理实验站

2.3.1引言

2.3.2原子分子物理实验站

2.3.3实验站仪器介绍

2.4 本章小结

参考文献

第三章 气体滤波器的研制、安装和调试

3.1 引言

3.2 滤波器实验装置

3.3 滤波器的安装

3.4 滤波器的滤波效率及各级真空的估算

3.4.1滤波效率计算

3.4.2真空计算

3.5 滤波效果与讨论

3.5.1滤波效果

3.5.2真空系统调试结果

3.6 本章小结

参考文献

第四章 利用光吸收研究CO高激发态的Rydberg系列

4.1 引言

4.2 实验装置与方法

4.3 实验结果与讨论

4.3.1 CO+(X 2Σ+和A2П态)电离阈值

4.3.2 收敛到CO+(X2Σ+)电子态的Rydberg系列

4.3.3 收敛到CO+(A2П)电子态的Rydberg系列和振动序列

4.3.4收敛到CO+(B2Σ+)电子态的Rydberg系列

4.4 本章小结

参考文献

第五章 在14-41eV能量范围CO 光电离和光离解研究

5.1 引言

5.2 实验装置与方法

5.3 量子化学计算

5.4 结果与讨论

5.4.1 量子化学计算结果

5.4.2 实验结果与讨论

5.5 本章小结

参考文献

第六章 小分子双电离的实验和理论研究

6.1 引言：

6.2 实验过程

6.3 量子化学计算

6.4 结果与讨论

6.4.1光电离质谱和光电离效率谱

6.4.2 理论计算结果

6.4.3 讨论

6.5 本章小结

参考文献

第七章 氟利昂(F-22)双电离和离解的研究

7.1 引言

7.2 实验过程

7.3 量子化学计算

7.4 结果与讨论

7.4.1实验结果

7.4.2计算结果

7.4.3 讨论

7.5 本章小结

参考文献

总结与展望

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果