^129Xe^30＋入射Au靶表面的X射线辐射

当不同动能（350-600keV）高电荷态离子129Xe30＋入射Au表面过程中,发出了1.65keV的X射线和靶原子的Mα特征X射线.分析表明：高电荷态离子与Au表面相互作用过程中,Xe离子3d壳层的电子被激发,形成空穴,4f电子偶极跃迁辐射1.65keVM-X射线.同时,靶原子Au的3s电子被激发,退激辐射M-X射线.利用经典过垒模型解释了Xe的M-X射的产额随入射离子的动能增加而减小,靶原子的特征X射线产额随入射离子的动能增加而增加的原因.     

Si在Si（111）表面吸附过程的分子动力学模拟

利用Tersoff半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究了荷能的硅原子在Si(111)表面的吸附过程.对100K时,初始入射动能分别为5,15,25,30eV的硅原子从6个不同位置轰击Si(111)表面进行了模拟,观察到了硅原子在Si(111)表面形成的吸附结构,并讨论了不同入射位置和入射能量对吸附结构的影响.结果表明,硅原子相对于表面不同的局部构型发生不同的碰撞过程,而硅原子入射能量的提高有利于成键过程的发生,从原子尺度模拟了沉积机制.     

Au／MgO（001）界面上Au原子与点缺陷相互作用的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,系统地研究了Au／MgO（001）界面中8种晶格匹配方式的电子结构和化学键特征．界面处原子间距、界面能以及电子密度分布显示不同点缺陷与Au原子层相互作用的微观机制存在明显差异,并且界面体系稳定性和Au原子生长模式与界面原子排列方式密切相关．     

低能Xe~(29+)入射Au靶Au M-X射线的产生机制研究

测定了动能为400~600keV的Xe29+离子入射Au靶产生Au的M-X射线谱,获得了射线产额与离子入射动能的实验关系.从两体碰撞过程的能量与角动量守恒出发,推导出了低能Xe29+离子与Au原子碰撞过程中Au M-X射线产额与离子动能的理论关系.结果表明,在该能量范围内,射线产额的理论值与实验结果符合得较好.     

He与C60的碰撞及He@C60形成的计算机模拟研究

采用分子动力学方法,利用Brenner势和库仑作用势描述原子间的相互作用,模拟研究了He原子和C60分子碰撞以及生成He内生C60(即He＠C60)的物理过程.通过改变He原子入射动能及C60不同位置入射的方法,得到He＠C60形成的能量阈值.分析了He原子的入射动能对C60的能量传递.结果与实验符合较好.     

低能电子与第二周期元素原子碰撞截面的理论计算

作者采用等效势方法讨论了电子被原子散射的物理模型.入射电子在原子有效势场中运动的势能可以表示成静电势能Vo(r)、极化势能Vp(r)和交换势能Ve(r)之和.作者考虑到入射电子波的畸变,利用修正的极化势截断函数得到了入射电子与靶原子相互作用的解析势能函数,并进一步编程计算了电子与第Ⅱ周期元素原子散射的总截面和动量转移截面,其结果与已有的实验和计算结果符合得较好,并得到了截面与原子序数的一些变化关系.     

等离子体环境中正电子与氦原子碰撞电子偶素形成过程理论

正负电子偶素(Positronium, Ps)的形成是正电子-原子碰撞过程中独有的物理过程。为了探究正电子与氦原子散射过程中正负电子偶素形成的问题,应用屏蔽近似模型下的光学势理论方法研究了等离子体环境中正电子-氦原子碰撞的电子偶素形成过程,计算了0～100 eV入射能量区域内总的正负电子偶素形成截面(1s+2s)。在计算等离子体环境中靶原子体系的能级及波函数时,应用屏蔽的氦原子模型势描述了屏蔽效应对粒子间相互作用的影响。电子偶素形成截面计算结果与已有的其他理论、实验结果对比并进行了分析。验证了在中低入射能量下,屏蔽模型下的光学势理论方法对于处理正电子-氦原子散射问题具有有效性。     

H原子通过碳纳米管的分子动力学模拟

利用Brenner(#2)半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究了氢原子在单壁碳纳米管中的运动.对温度为10K时,初始入射动能分别为1,5,10,15,20,30eV的H原子以不同的入射角度进入碳纳米管进行模拟,观察了氢原子与碳纳米管的吸附情况及在碳纳米管中的运动,并讨论了不同入射能量和入射角度对氢原子在碳纳米管中吸附的影响.结果表明,在能量为20eV时H原子能够很好的吸附在碳纳米管管壁上.     

4He和12C离子Rutherford背散射的Geant4模拟

利用Geant4程序模拟270,500 keV  ⁴He和¹²C离子垂直入射Au,Ag,Cu薄膜上的Rutherford背散射谱（RBS）, 并讨论材料、 厚度和入射离子能量对背散射谱的影响. 结果表明, 能量较大的¹²C离子具有较好的质量分辨率.     

低速Xe~(q+)与Mo表面作用产生的Xe M X射线

利用Si(Li)探测器测定了动能350~600keV的Xe~(q+)(q=26,28,29,30)离子入射Mo表面发射的X射线谱.当q分别为28,29,30时,谱线中出现了峰位分别为1.572,1.592和1.611keV的射线,该射线是Xe~(q+)在Mo下表面形成的空心原子中性化过程发射的,射线峰位能量与离子电荷态、靶原子电子束缚能、探测器能量下限及Be窗衰减等因素有关.1.592keV附近X射线产额与离子动能无明显关系,但随离子M壳层空穴数目的增大显著增大.     

He(Ar)低能FIB研磨Si薄膜的纳米孔洞溅射产额的计算

利用蒙特卡罗方法计算氦离子和氩离子在各种参数下(离子能量、入射角度)入射硅材料表面的溅射产额.计算了硅材料表面的溅射产额对离子数目、离子能量、入射角度与He离子和Ar离子的数量依赖关系,并对模拟结果进行分析.当入射离子数量为2000个,入射能量为3keV,入射角度为84°时,He离子产生的溅射产额最大值是1.30Atoms/ion;当入射角度为78°时,Ar离子产生的溅射产额最大值是8.91Atoms/ion.     

Domination of heliosheath pressure by shock-accelerated pickup ions from observations of neutral atoms

The solar wind blows an immense magnetic bubble, the heliosphere, in the local interstellar medium (mostly neutral gas) flowing by the Sun. Recent measurements by Voyager 2 across the termination shock, where the solar wind is slowed to subsonic speeds before entering the heliosheath, found that the shocked solar wind plasma contains only approximately 20 per cent of the energy released by the termination shock, whereas energetic particles above approximately 28 keV contain only approximately 10 per cent; approximately 70 per cent of the energy is unaccounted for, leading to speculation that the unmeasured pickup ions or energetic particles below 28 keV contain the missing energy. Here we report the detection and mapping of heliosheath energetic ( approximately 4-20 keV) neutral atoms produced by charge exchange of suprathermal ions with interstellar neutral atoms. The energetic neutral atoms come from a source approximately 60 degrees wide in longitude straddling the direction of the local interstellar medium. Their energy spectra resemble those of solar wind pickup ions, but with a knee at approximately 11 keV instead of approximately 4 keV, indicating that their parent ions are pickup ions energized by the termination shock. These termination-shock-energized pickup ions contain the missing approximately 70 per cent of the energy dissipated in the termination shock, and they dominate the pressure in the heliosheath.     

Energetic neutral atoms from a trans-Europa gas torus at Jupiter

The space environments--or magnetospheres--of magnetized planets emit copious quantities of energetic neutral atoms (ENAs) at energies between tens of electron volts to hundreds of kiloelectron volts (keV). These energetic atoms result from charge exchange between magnetically trapped energetic ions and cold neutral atoms, and they carry significant amounts of energy and mass from the magnetospheres. Imaging their distribution allows us to investigate the structure of planetary magnetospheres. Here we report the analysis of 50-80 keV ENA images of Jupiter's magnetosphere, where two distinct emission regions dominate: the upper atmosphere of Jupiter itself, and a torus of emission residing just outside the orbit of Jupiter's satellite Europa. The trans-Europa component shows that, unexpectedly, Europa generates a gas cloud comparable in gas content to that associated with the volcanic moon Io. The quantity of gas found indicates that Europa has a much greater impact than hitherto believed on the structure of, and the energy flow within, Jupiter's magnetosphere.     

氢分子离子和质子在碳膜中的能量损失测量

利用高分辨原子碰撞装置,直接测量氢分子离子和质子束流的人射能量、通过碳膜之后的透射能量分布和库仑爆作碎片的能谱。由此确定透射H_2~+及其库仑爆作碎片的能量损失△E_p和△E_M和H~+的能量损失△E_A。质于的能损率测量结果与前人推算结果一致。而H_2~+的质子碎片能损率为H~+的两倍以上.结果表明,在相同核子速度和靶厚度下,△E_r最小,△E_M为△E_A的2—3倍。     

低能质子对乙炔分子电子激发效应的研究

探索低能离子特别是质子碰撞对有机分子的电子激发效应对理解低能离子对生物有机体的辐照损伤效应是非常重要的.本文采用第一性原理分子动力学方法模拟低能质子与乙炔分子之间碰撞的动力学过程,研究由于低能质子碰撞导致的乙炔分子的电子激发效应,碰撞过程中质子的能量损失以及靶分子价带上的激发电子的数目,揭示了电子激发效应是电子能量损失的主要机制,证明了关于电子阻止本领的传统线性理论模型不能很好地描述低能离子穿透分子靶时的电子能损,并且阐明了其中的原因.     

离子辐照形成空心银纳米颗粒

离子辐照是控制金属纳米颗粒分布和结构的有效方法。将能量为200 keV、剂量为5×10^16ions/cm2的Ag＋注入到非晶SiO2中,形成Ag纳米颗粒层,再用能量为200和500 ke V的Ar＋辐照Ag纳米颗粒。Ar＋辐照后,在部分较大的Ag纳米颗粒中出现空洞,空洞的平均尺寸随着Ar＋辐照剂量的增加而变大。辐照前,Ag纳米颗粒在非晶SiO2中沿纵向呈近似高斯分布;辐照后,投影射程附近的较大的Ag纳米颗粒平均尺寸变大,而投影射程下面的小颗粒逐渐消失。结合Trim程序模拟分析结果可知,Ar＋辐照时的核能量损失和电子能量损失是影响Ag纳米颗粒尺寸分布和结构的重要因素。     

蒙特卡罗模拟单元素靶的溅射产额角分布

用蒙特卡罗方法模拟能量为２７ｋｅＶＡｒ＋轰击Ａｇ和Ｃｄ单元素靶的力学运动，以研究级联碰撞产生的溅射原子的空间分布情况，对计算结果进行适当的数学处理，以得出微分溅射产额角分布．计算结果和实验值作了比较，并讨论了两种单元素靶的微分产额角分布．     

基于SiC材料的激光加速质子束辐照特性研究

通过辐照核能材料SiC, 表征激光加速质子束连续宽能谱、短脉冲和高瞬态流强的特点。将SiC样品放置在距离靶体4 cm处, 连续进行300发满足指数能谱分布的能量为1~4.5 MeV的激光加速宽能谱连续质子束辐照。表面和截面拉曼光谱显示辐照后的SiC散射峰强度减小, 且拉曼光谱截面测量的整体趋势可以与SRIM模拟的能谱加权后的深度能损分布对应, 从而通过实验对能量连续分布的激光加速质子束进行表征。此外, 实验结果显示, 激光加速质子束的短脉冲特性可在SiC表面产生相当高的瞬时束流密度。这种快速的宽能谱辐照为模拟反应堆中子辐照提供了可能性。     

低能离子与物质相互作用中电子能损微观机制的研究进展

深入了解离子与物质的相互作用是研究材料抗辐照性能以及应用离子束技术的基础和关键．离子的能量沉积是导致材料辐照损伤的根本原因,所以研究离子碰撞过程中的能损机制显得尤为重要．本文从离子与物质相互作用机制的研究背景和应用价值出发,阐述了有关载能离子在材料中的电子阻止本领的微观机制,总结了基于第一性原理分子动力学研究低速离子在材料中电子阻止本领的相关模型．回顾了国内外关于低能离子与物质相互作用中电子阻止本领及电子能损微观机制的理论和实验研究进展及发展趋势,论述了近几年北京师范大学在有关电子能损微观机制方面所取得的研究成果．阐述了电荷转移、化学键状态以及内层电子激发等因素对电子能损影响的微观机制,研究了在极低速度下电子阻止本领的阈值行为,为离子束技术的应用和材料抗辐照性能的评估提供了理论依据．对未来的研究进行建议展望．