【摘 要】
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电子贴附解离(DEA)是低能电子贴附分子后形成的共振态瞬态负离子解离为一个负离子碎片和若干中性碎片的过程。DEA是大气、星际空间、辐射损伤和等离子体中的重要过程。反应动力学是理解DEA过程的重要途径。多原子分子的DEA反应动力学因涉及到复杂的势能面、分子内能量在多个自由度的流动以及可能的多体解离等重要问题而成为DEA研究领域的热点和难点。在本论文中,利用分子的电子贴附解离高分辨谱仪,基于交叉束方法
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电子贴附解离(DEA)是低能电子贴附分子后形成的共振态瞬态负离子解离为一个负离子碎片和若干中性碎片的过程。DEA是大气、星际空间、辐射损伤和等离子体中的重要过程。反应动力学是理解DEA过程的重要途径。多原子分子的DEA反应动力学因涉及到复杂的势能面、分子内能量在多个自由度的流动以及可能的多体解离等重要问题而成为DEA研究领域的热点和难点。在本论文中,利用分子的电子贴附解离高分辨谱仪,基于交叉束方法和离子速度成像探测方法,我们首先发展了电子碰撞离子对解离的实验研究方法;其次结合从头算得到的高精度BrCN-势能曲线,系统地研究了 1.07-6.57eV能段气相BrCN分子的电子贴附解离反应动力学;之后基于电子贴附解离气相CH2F2的实验,研究了 CH2F2-的协同三体解离。此外,为了扩展高分辨离子成像谱仪的功能,我们设计了适用于轻质量离子的动量影像探测系统和用于制备激发态靶分子的双电子束“泵浦-探测”实验方法。由于干扰反应如电子贴附解离的存在,电子碰撞离子对解离的阈值测量存在一定困难。基于能量单色的电子束,我们发展了测量电子碰撞离子对解离阈值的实验方法,并通过实验与热力学阈值的良好吻合说明了该实验方法的可靠性。此外,该方法还优化了装置的实验时序控制参数。BrCN-的解离是研究解离过程中自旋-轨道耦合效应和分子内能量流动的重要载体。基于CN-的VMI影像和高精度BrCN-势能曲线,我们对1-6.57 eV的反应,e+BrCN→BrCN-→Br+CN-,进行了系统地研究,得到了以下结果:1)在1-2eV能区,发现了两种解离通道并阐明了相关的反应机制。第一种通道为快解离过程,发生在BrCN-的X2 Σ+态上;第二种通道为慢解离过程,在约1.87eV以后出现,发生在BrCN-的A2Π3/2态上,最初为A2Π3/2势能曲线势阱中的束缚态,之后在弯曲振动的驱动下逐渐转变为排斥态而解离。2)在3.57-6.57 eV能区,发现了对应高动能(~1.2eV)、中等动能(~0.4eV)和低动能(~0.05eV)CN-的三种通道并对相应的产物能态进行了归属。在高动能通道中,CN-处于电子基态的振动激发态;而在中等动能和低动能通道中,CN-处于电子激发态。最重要的是,我们首次在气相中发现了振动和电子态激发的CN-自脱附态,这为解释星云中CN-丰度提供了新机制。基于CHF-的VMI影像和同步解离的动能分布模型,我们对10.03-12.03eV的反应,e+CH2F2→CH2F2-→H+F+CHF-进行了研究。确认了 CH2F2-协同三体解离机制,定量获得了同步解离和非同步解离机制的贡献。发现非同步解离占主导地位,同步解离的贡献随电子能量的增加而缓慢增大。这一研究给出在解离时CH2F2-核运动的两种直观图像,可以启发有关瞬态多原子分子多维核运动的进一步理论研究。目前电子贴附解离高分辨谱仪的离子探测范围限于质量数大于4的物种,产生的靶分子限于基态。为了扩展谱仪的离子探测范围并将可研究体系扩展到激发态靶分子,我们改良了离子探测系统的设计并新引入了双电子束系统的设计。通过缩短VMI透镜的长度、引入延迟线阳极探测器,设计的离子探测系统可实现对H-、He-等轻质量离子的探测。在双电子束系统的设计中,我们在目前电子枪的下方安置了一个独立的大束流电子枪,在进入反应中心前分子通过与该电子枪产生的电子束碰撞而被激发。
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