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。     

高电荷态离子207Pbq+(24≤q≤36)与Si(110)固体表面作用的电子发射研究

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^q+(24≤q≤36)入射到Si(110)表面产生的电子发射的实验测量结果.结果表明,高电荷态离子与固体表面相互作用产生的电子发射产额Y与入射离子的电荷态q、入射角度ψ和入射能量E都有很强的关联.首次发现,电子发射产额Y与入射角度ψ间有接近1/tanψ的关系.理论分析认为,这些过程与基于经典过垒模型的势能电子发射过程密切相关. 关键词： 高电荷态离子 经典过垒模型 电子发射产额     

50~250 keV质子入射SiC和Si靶时的电子发射特性研究

在中国科学院近代物理研究所兰州重离子加速器国家实验室测量了能量范围为50~250 keV 的质子入射碳化硅靶和硅靶表面的电子发射产额。实验结果发现,两种半导体靶材的电子发射产额随质子入射能量变化趋势均与作用过程中电子能损随质子入射能量的变化趋势相似。通过分析电子发射的能量来源,发现实验中电子发射产额主要由动能电子发射产额贡献,势能电子发射产额可以忽略不计。两种靶材的电子发射产额均近似地正比于质子入射靶材过程中的电子能损,比例系数B随入射能量略有变化。     

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.     

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.     

高电荷态离子Arq+与不同金属靶作用产生的X射线

研究了高电荷态离子Ar^q+(q=16，17，18)入射金属Be，Al，Ni，Mo，Au靶表面产生的X射线谱.实验结果表明，Ar的Kα-X射线是离子在与固体表面相互作用过程中固体表面之下形成空心原子发射的.电子组态1s²的高电荷态Ar¹⁶⁺离子在金属表面中性化过程中，存在的多电子激发过程使Ar¹⁶⁺的K壳层电子激发产生空穴，级联退激发射Ar的Kα 特征X射线.Ar¹⁷⁺离子在金属表面作用过程中产生的X射线谱形与靶材料没有明显的关联,入射离子的Kα-X射线产额与其最初的电子组态有关，靶原子的X射线产额与入射离子的动能有关. 关键词： 高电荷态离子 空心原子 多电子激发 X射线     

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     

C+轰击铍的分子动力学模拟

使用分子动力学模拟方法研究了入射能量对C⁺离子与Be样品表面相互作用的影响。模拟结果表明,随着C⁺离子的入射能量增大,C⁺离子注入深度也增加,Be原子的溅射产额近似线性增加,而滞留在样品中的C原子数量变化不大,在C⁺离子轰击Be样品的初始阶段,样品中Be原子的溅射产额较大,而随着C⁺离子注入剂量的增加,Be原子的溅射产额逐渐减小并趋于稳定。在此作用过程中,在样品表面形成一个富C层,减缓了样品中Be原子的溅射速率,起到了保护Be样品的作用。     

高电荷态Krq+与Al表面碰撞发射可见光的研究

利用低速(V≈0.01 V_Bohr)高电荷态Kr^q+ (q=8, 10, 13, 15, 17)离子轰击金属Al表面, 获得了碰撞过程产生的300–600 nm的光谱. 实验结果表明: 低能大流强(μA/cm²量级)离子束入射金属表面, 可产生溅射原子、离子和入射离子中性化后发射的可见光. 随着入射离子势能(电荷态)增加, 碰撞过程中发射谱线的强度增强. 与激发态3d能级相比, 较高的势能可以有效地激发Al原子的电子到较高4s能级. 关键词： 高电荷态离子 可见光发射 离子与表面作用     

129Xeq+轰击N型和P型Si表面时的电子发射产额研究

在兰州重离子加速器国家实验室测量了1.8 MeV Xeq+离子分别轰击N型和P型Si两种靶材表面时的电子发射产额。实验中,通过改变入射离子的电荷态,研究了入射离子势能沉积对两种靶材表面电子发射产额的贡献。结果发现同一离子入射时,N型Si表面的电子发射产额高出P型Si表面的电子发射产额约12.5%;对于具有相同入射动能的Xeq+离子,两种靶材表面的电子发射产额均随着入射离子势能的增加而线性增加。此外,还测量了3.4 MeV Xeq+离子分别轰击以上两种靶材时的电子发射产额,得到了类似的结果。本文利用功函数分别从动能电子发射和势能电子发射两个角度对实验结果进行了分析讨论。The electron emissions from N-type Si and P-type Si induced by 1.8 MeV 129Xeq+are measured in the National Laboratory of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou,The contribution to electron emission yield from potential energy of incident ions is studied through changing the charge state of incident ions.The results show that for the same incident ion,electron emission yield of N type Si surface is higher than that of P-type Si surface about 12.5%.For incident ions with the same kinetic energy,both electron emission yields of two targets increase linearly with incident ion energy.In addition,the electron emissions induced by 3.4 MeV 129Xeq+from N-type Si and P-type Si mentioned above are measured,which give similar results.The experimental results are analyzed and discussed using work function from two angles of the kinetic electron emission and the potential energy electron emission.     

Average Energy Loss Measured in Single and Double Electron Capture Collisions of He^2＋ on Ar at Low Velocities ＊

Employing the recoil ion momentum spectroscopy we investigate the collision between He^2＋ and argon atoms. By measuring the recoil longitudinal momentum the energy losses of projectile are deduced for capture reaction channels. It is found that in most cases for single- and double-electron capture, the inner electron in the target atom is removed, the recoil ion is in singly or multiply excited states （hollow ion is formed）, which indicates that electron correlation plays an important role in the process. The captured electrons prefer the ground states of the projectile. It is experimentally demonstrated that the average energy losses are directly related to charge transfer and electronic configuration     

高速H2+离子轰击C靶诱发二次电子的发射行为与入射角的关系

运用Monte-Carlo方法结合半经验理论研究了高速H2+离子轰击C靶诱发二次电子的发射行为与入射角的关系。分别研究了电子发射产额与入射角以及发射统计性与入射角的关系。结果表明，由于H2+上的价电子的影响使得背向电子发射产额不遵守余弦倒数关系。斜入射时候的前向与背向电子产额的比值跟正入射时的情况不同。电子的发射统计跟入射角没有关系。标志偏离Poission分布的值 b，随入射能量的增加而增大。     

Experimental study and Monte Carlo simulation of the correlation between electron emission and stopping power for swift proton impact on amorphous carbon target

It is usually well accepted that for swift protons, the induced backward and forward electron emission yield is proportional to the projectile electronic stopping power. This was observed in particular for thin amorphous carbon foils. However, this law was established from a non extensive set of experimental data and somewhat confirmed by rough macroscopic theories. We then developed a standard Monte Carlo simulation to predict the yield dependence on proton energy [0.5–10 MeV] and for a wide range of foil thickness. After evaluating the reliability of this simulation, we showed and explained why the law of proportionality cannot generally hold for forward electron emission. In particular, the ratio between forward yield and stopping power generally depends on foil thickness and proton energy. We performed a new experiment that confirmed our theoretical predictions. Received 9 March 2001     

二次电子发射对质子束流测量精度的影响

二次电子发射直接影响法拉第探测器测量质子束流的精度,减小或消除二次电子发射的影响是提高束流测量精度的关键。根据二次电子补偿原理设计了二次电子补偿型同轴法拉第探测器,实验发现探测器测量质子束流强度时不能完全实现二次电子补偿。为改进和完善探测器的设计,从理论上分析了补偿片未能完全消除二次电子对束流测量影响的原因,是由于补偿片前向发射二次电子数目大于收集极后向发射二次电子数目所致。为此设计了质子束穿过金属箔发射二次电子测量装置,测量得到能量为5~10MeV质子穿过10μm厚铜箔时前向与后向发射二次电子产额,验证了理论分析的正确性。     

低能He2+-He碰撞体系转移电离机理的实验研究

利用冷靶反冲离子动量谱仪,对低能He²⁺-He碰撞反应中产生的反冲靶离子和炮弹离子进行了符合测量,根据反冲靶离子的动量,研究了转移电离过程中的电荷转移机理.实验结果表明：在20—40 keV能量范围内,靶原子上的一个电子俘获到炮弹离子的基态,另一个电子直接发射到靶的连续态的直接电离及另一个电子俘获到炮弹离子的连续态的过程(ECC)是最主要的转移电离机理,且ECC过程主要发生在大碰撞参数条件下;炮弹离子俘获两个电子处在双激发态的自电离过程的贡献很小. 关键词： 冷靶反冲离子动量谱仪 转移电离机理 离子原子碰撞     

Electron Emission from Clean Solid Surfaces by Fast Ions

Total backward electron yields from 27 elemental, non-crystalline, clean solids were measured during bombardment by H⁺-, H-, H-, He⁺- and Ar⁺-ions in the energy range from 100 keV to 800 keV. The yields were found to exhibit an oscillatory dependence on the atomic number of the target material correlated with the periods of the periodic system. These Z₂-oscillations are relatively insensitive to the type of projectile and the impact energy at the high projectile energies of this experiment. Present theories of electron emission cannot explain the main experimental results. The reasons for this failure are discussed.     

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。