高电荷态离子207Pb36+与金属Nb表面作用产生的二次离子产额

本文报道了利用兰州重离子加速器国家实验室ECR源引出的高电荷态离子207Pb36+入射到金属Nb表面产生二次离子溅射的实验测量结果.实验发现,二次离子产额Y随入射初动能Ek的增加有先增加后减小的关系,二次离子产额有一个峰值.理论分析认为,这一过程是势能沉积作用与线性级联碰撞过程协同作用的结果.     

高电荷态离子^207Pb^36＋与金属Nb表面作用产生的二次离子产额

本文报道了利用兰州重离子加速器国家实验室ECR源引出的高电荷态离子^207Pb^36＋入射到金属Nb表面产生二次离子溅射的实验测量结果，实验发现。二次离子产额Y随入射初动能B的增加有先增加后减小的关系，二次离子产额有一个峰值。理论分析认为，这一过程是势能沉积作用与线性级联碰撞过程协同作用的结果。     

高电荷态离子与SiO2表面相互作用的研究

高电荷态离子(Pbq ,Arq )由兰州近代物理研究所的ECR实验平台所产生,轰击非晶态SiO2表面.用微通道板测量溅射粒子产额的角分布.用公式拟合实验溅射角分布得到了较好的结果,并给出了初步的理论解释.由此得出了高电荷态离子与SiO2表面作用的微分溅射截面.实验结果表明高电荷态离子能够增加动能溅射;同时高电荷态离子入射能够引起势能溅射.在大角度入射时,溅射产额主要是由碰撞引起的;在小角入射时势能溅射所占比重会增大.     

260～520 keV Krq+ (8≤q≤17)离子轰击Al靶产生的可见光辐射

低速高电荷态离子与金属表面相互作用,原子从靶材表面溅射,其中一部分处于激发态的溅射原子通过辐射退激产生可见光。在这一相互作用过程中,低速高电荷态离子从靶材表面捕获一个或多个电子进入其激发态,这些处于激发态的入射离子也会通过辐射退激产生可见光。研究表明,离子在靶材中的核阻止本领与溅射原子产额密切相关。为了更好地理解溅射原子的激发过程,认识低速高电荷态离子与金属相互作用过程中,溅射原子的激发概率与入射离子动能和势能之间的关联,研究了260～520 keV Krq+ (8≤q≤17)离子与Al靶相互作用过程中的可见光发射。给出了520 keV Kr13+ 与Al表面相互作用过程中,发射300～550 nm波长范围的发射光谱。实验结果包括溅射的Al原子在309.0和395.9 nm处的共振跃迁,Al+和Al2+分别在358.3和451.6 nm处的共振跃迁,以及Kr+在430.0,434.1,465.8和486.0 nm处的共振跃迁。还给出了谱线强度比值Y(309.0)/Y(395.9),Y(358.5)/Y(395.9),Y(452.8)/Y(395.9)随入射离子动能和势能的变化。结果表明：谱线强度比值均随入射离子动能的增加而增大,而比值Y(309.0)/Y(395.9)随势能的增加而减小。分析表明,在低速高电荷态离子与Al靶相互作用过程中,动能（电子阻止本领）和势能共同作用导致Al原子的激发,与激发态Al(4s)相比,电子布居较高激发态Al(3d)的概率随着离子电子阻止本领的增加而增大,而随着离子势能增加而减小。在低速高电荷态离子与金属表面相互作用过程中,入射离子在靶材中的核阻止本领影响溅射原子产额,而电子阻止本领与激发概率相关。在这一作用过程中,动能和势能共同决定溅射原子的激发概率,当动能和势能在同一数量级时,动能作用比势能作用小两个量级。     

高电荷态离子入射Al表面库仑势对靶原子特征谱线强度的影响

用同一动能(150keV)而不同电荷态的⁴⁰Ar^q+(8≤q≤16)离子入射金属Al表面，靶原子受激辐射产生特征光谱线. 实验结果表明：高电荷态离子与金属表面相互作用过程中，经过与靶原子碰撞(Penning碰撞)交换动能和共振电子俘获(resonant capture)释放库仑势能，将携带的能量沉积于靶表面，使靶原子激发. 这种激发不同于光激发，它不仅激发了原子复杂电子组态之间的跃迁，而且跃迁辐射的特征谱线强度增强的趋势与入射粒子的库 关键词： 高电荷态离子 库仑势 特征光谱 光谱强度     

高电荷态离子入射Al表面库仑势对靶原子特征谱线强度的影响

用同一动能(150keV)而不同电荷态的⁴⁰Ar^q+(8≤q≤16)离子入射金属Al表面，靶原子受激辐射产生特征光谱线. 实验结果表明：高电荷态离子与金属表面相互作用过程中，经过与靶原子碰撞(Penning碰撞)交换动能和共振电子俘获(resonant capture)释放库仑势能，将携带的能量沉积于靶表面，使靶原子激发. 这种激发不同于光激发，它不仅激发了原子复杂电子组态之间的跃迁，而且跃迁辐射的特征谱线强度增强的趋势与入射粒子的库     

高电荷态离子与Si(110)晶面碰撞的沟道效应研究

不同电荷态低速离子(Ar^q+，Pb^q+)轰击Si(110)晶面，测量不同入射角情况下的次级粒子的产额. 通过比较溅射产额与入射角的关系，证实沟道效应的存在. 高电荷态离子与Si相互作用产生的沟道效应说明溅射产额主要是由动能碰撞引起的. 在小角入射条件下，高电荷态离子能够增大溅射产额. 当高电荷态离子以40°—50°入射时，存在势能越高溅射产额越大的势能效应. 关键词： 高电荷态离子 溅射 沟道效应     

类钴氙离子入射Ni表面激发的红外光谱线和X射线谱

当高电荷态类钴氙离子（cobalt like -Xe, Xe²⁷⁺）入射金属Ni表面过程中，共振电子俘获释放势能完成中性化，形成多激发态的Xe原子，其外壳层电子退激辐射红外光谱线.入射离子特殊的势能释放方式、离子动能和金属表面引起离子增益的能量在极短的时间（飞秒量级）沉积靶平方纳米尺度的空间范围，引起靶表面原子激发和电离，形成复杂组态之间的跃迁，特别是偶极禁戒跃迁（电四极跃迁、磁偶极跃）和X射线发射.单离子X射线产额随入射离子的动能增加而增加. 关键词： 高电荷态离子 红外光谱线 X射线 禁戒跃迁     

126Xeq+轰击Al表面产生的原子和离子光谱线

报道了高电荷态离子^126Xe^q (6≤q≤30)入射到固体Al表面产生的200～1000nm波段的发射光谱的实验结果。实验表明,在弱束流(nA量级)高电荷态的情况下,通过入射离子与固体靶的相互作用可有效地产生原子和离子的复杂组态间跃迁所形成的可见光波段的特征谱线,而且当入射离子的电荷剥离数超过一临界值后(对Al,q=26),谱线相对强度突然显著增强。根据经典过垒模型COB(The classic over-barrier model),在入射离子的动能较小(～1keV／u)的条件下．高电荷态离子与表面相互作用过程中电子的俘获或转移起着非常重要的作用,通过提高入射离子的电荷态可增强入射离子俘获电子的能力．显著增强激发粒子的光谱线的强度。     

低速Xe~(q+)(4≤q≤20)离子与Ni表面碰撞中的光辐射

实验中测量了0.38V_(Bohr)(460 keV)高电荷态Xe~(q+)(4≤q≤20)离子轰击高纯Ni表面发射的400-510 nm光谱.实验结果包括NiⅠ原子谱线,NiⅡ离子谱线,以及入射离子中性化发射的XeⅠ,XeⅡ和XeⅢ谱线.研究了谱线XeⅡ410.419,XeⅢ430.444,XeⅡ434.200,XeⅡ486.254,NiⅠ498.245,NiⅠ501.697,NiⅠ503.502,NiⅠ505.061和NiⅠ508.293 nm的光子产额随着入射离子电荷态的变化.结果表明,入射离子中性化和溅射Ni原子发射谱线的光子产额随着入射离子电荷态的增加而增加,其趋势与入射离子势能一致.     

高电荷态离子40Arq+与Si表面作用中的电子发射产额

报道了在兰州重离子加速器国家实验室电子回旋共振离子源原子物理实验平台上，用高电荷态⁴⁰Ar^q+(1≤q≤12)离子作用于半导体Si固体表面时的电子发射产额实验测量.实验中，通过改变炮弹离子的电荷态和引出电压选取其不同的势能和动能，系统地研究了入射离子势能沉积和与其在固体中的电子能损对表面电子发射产额的贡献.结果表明，作为引起表面电子发射的两个主要因素，单离子的电子发射产额与炮弹离子在固体表面的势能沉积和电子能损都有近似的正比关系.     

Neutralization of multiply charged ions at a surface

We report on emission processes induced by particle-solid interaction involving ions with a large potential (i.e., high ion charge state) and low kinetic energy. After an introduction into existing neutralization models for ion scattering at a metal surface a detailed discussion on the electron emission processes is presented.The number of electrons emitted per incident ion is shown to be proportional to the potential energy only within a restricted parameter field involving charge state and ion velocity. The kinetic energy distribution of emitted electrons is dominated by low-energetic electrons (30 eV), while inner shell holes of the projectile ion can initiate high-energetic characteristic Auger electrons. The presence of inner shell holes is also of importance for the charge state of highly charged ions being scattered at surfaces whereas normally the charge state distribution of scattered ions depends on the impact parameter only.The influence of the primary ion charge state on the sputtering yield of insulating surfaces is seen for the charge state of sputtered particles, whereas the total sputtering yield seems to be insensitive. This question is still subject to controversy, however.Photon emission dependent on the charge state of the impinging ion has been observed up to now only for extremely highly charged ions as hydrogenlike Ar or Kr.     

反冲原子对低速离子轰击Si表面时电子发射产额的影响

在兰州重离子加速器国家实验室电子回旋共振离子源高电荷态原子物理实验平台上,用低能(0.75keV/u≤EP/MP≤10.5keV/u,即3.8×105m/s≤vP≤1.42×106m/s)He2+,O2+和Ne2+离子束正入射到自清洁Si表面时二次电子发射产额的实验结果.结果表明电子发射产额γ近似正比于入射离子动能EP/MP.在相同动能下,γ(O)γ(Ne)γ(He),对于原子序数ZP比较大的O2+和Ne2+离子,ZP大者反而γ小,这与较高入射能量时的结果截然不同.通过计算不同入射能量下入射离子的阻止能损S,发现反冲原子对激发二次电子的作用随入射离子能量的降低显著增大,这正是导致在较低能量范围内二次电子发射产额与较高入射能量时存在差异的主要原因.     

X-ray spectra induced by slow highly charged Ar q + ions in collision with Nb surface

The X-ray spectra of Nb surface induced by Ar ^q+ (q = 16,17) ions with the energy range from 10 to 20 keV/q were studied by the optical spectrum technology. The experimental results indicate that the multi-electron excitation occurred as a highly charged Ar¹⁶⁺ ion was neutralized below the metal surface. The K shell electron of Ar¹⁶⁺ was excited and then de-excited cascadly to emit K X-ray. The intensity of the X-ray emitted from K shell of the hollow Ar atom decreased with the increase of projectile kinetic energy. The intensity of the X-ray emitted from L shell of the target atom Nb increased with the increase of projectile kinetic energy. The X-ray yield of Ar¹⁷⁺ is three magnitude orders larger than that of Ar¹⁶⁺. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos.10774149 and 10405025)     

O~(2+)离子穿过碳膜引起的前后表面电子发射

测量了入射能为1.9~11.3 keV/u的O~(2+)离子穿过碳膜诱导的前向、后向(分别对应出射表面和入射表面)电子发射产额。实验中,通过改变入射离子的能量和流强,系统地研究了电子能损和离子束流强度对前向、后向电子发射产额的影响。结果表明,在本实验的能量范围内,前向、后向电子发射产额与对应表面的电子能损有近似的正比关系,而与束流强度无关。分析还发现引起后向电子发射的动能阈值约为0.2 keV/u,势能电子发射产额约为1 e~-/ion。     

X-ray spectra induced in highly charged 40Arq+ interacting with Au surface

By use of optical spectrum technology, the spectra of X-ray induced by highly charged 40Arq+ ions interacting with Au surface have been studied. The results show that the argon Kα X-ray were emitted from the hollow atoms formed below the surface. There is a process of multi-electron exciting in neutralization of the Ar16+ion, with electronic configuration 1s2 in its ground state below the solid surface. The yield of the projectile Kα X-ray is related to its initial electronic configuration, and the yield of the target X-ray is related to the projectile kinetic energy.     

Projectile charge and velocity effect on UO2 sputtering in the nuclear stopping regime

Angular distributions and yields of uranium sputtered by slow highly charged Xe^q+ ions (kinetic energy 1.5 keV ￡ E_k ￡ 811.5~{\rm keV}\le E_{k}\le 81  keV, charge state 1≤q≤25) from UO₂ were measured by means of the catcher technique. A charge state effect on the sputtering process is observed at 8 and 81 keV. A deviation from a Acosθ shape (the linear collision cascade theory) is observed in case of Xe^q+ impinging a UO₂ surface at E_k=8 keV. Yields increase linearly with projectile charge state q thus clearly revealing the contribution of potential energy to the sputtering process. In addition, as the kinetic energy of a Xe¹⁰⁺ projectile decreases from 81 keV to 1.5 keV, a velocity effect is clearly observed on the angular distribution.     

The characteristic spectral lines of target atoms in the impact of ~(40)Ar~(q+) ions on metal surfaces

1 Introduction It has been found that a large number of ions and atoms can be sputtered; and elec-trons and X-ray can be emitted in the impact of slow highly charged ions (SHCI) onmetal surfaces. It has also been shown that a slow highly charged ion can deposit anamount of potential energy ranging from tens to hundreds of keV within a nanometer-sized volume on femtosecond time scale during impinging on a solid surface. Theequivalent power density is about 1014 W/cm2 and bombardment craters …