【摘 要】
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高电荷态离子（Highly Charged Ions,HCI）入射固体表面过程中产生的空心原子的产生和退激、内壳层电离等物理现象具有学术意义,在材料加工、表面分析等领域具有潜在的应用价值。因此在过去的几十年里,许多研究小组通过实验探寻低速高电荷态离子入射固体表面时辐射的X射线来研究如中性化过程中离子动能、势能转移等特殊物理过程。随着人们对高电荷态离子与物质相互作用研究的深入,发现其在天体物理、原子
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高电荷态离子（Highly Charged Ions,HCI）入射固体表面过程中产生的空心原子的产生和退激、内壳层电离等物理现象具有学术意义,在材料加工、表面分析等领域具有潜在的应用价值。因此在过去的几十年里,许多研究小组通过实验探寻低速高电荷态离子入射固体表面时辐射的X射线来研究如中性化过程中离子动能、势能转移等特殊物理过程。随着人们对高电荷态离子与物质相互作用研究的深入,发现其在天体物理、原子分子物理、纳米材料制备等研究领域发挥着重要作用。尤其是在人们探寻天体物理的性质、规律进程中,发现宇宙空间中的许多星体内含有高电荷态离子成分,星体内部存在的高电荷态离子会与四周环绕的粒子相互碰撞,在这个过程中会有X射线产生,于是可以通过分析收集到的X射线信息了解其内部的构成和活动过程。本工作利用中国近代物理研究所的电子回旋共振离子源获得高电荷态Nq+（q=3,5,6）离子和Oq+（q=3,5,6,7）离子束流,经过聚焦和偏转后在真空靶室中与Cu靶作用,测量了X射线光谱。通过分析X射线数据,系统研究了入射离子动能、电荷态对作用过程中产生的X射线的影响,获得如下实验结果:（1）明确了低能高电荷态Nq+（q=3,5,6）离子和Oq+（q=3,5,6,7）离子与Cu表面作用辐射K-X射线的物理发射机制:对于在K壳层内不存在空穴的Nq+（q=3,5）和Oq+（q=3,5,6）离子来说,它们是通过与表面内Cu原子的近距离碰撞而发射K-X射线,X射线产额随入射离子的电荷态和动能增大而增大;而对N6+和O7+离子来说,它们在K壳层存在一个空穴,当其接近表面时,会形成表面上空心原子,而处于激发态的空心原子不稳定,会通过发射X射线的方式退激发,其X射线产额应随动能的增加而减小。分析实验结果知,O7+的X射线产额随离子动能增加有明显的减小趋势,但是N6+的X射线产额没有随入射离子动能增大而减小。（2）基于Nq+（q=3,5）和Oq+（q=3,5,6）的K-X射线产额,分别计算了N和O的实验电离截面,发现电离截面值随入射离子动能的增大有明显的增加趋势,且入射离子的电荷态对电离截面值没有明显影响,说明入射O离子的K壳电离是由于射入靶面内与靶原子的近距离碰撞造成的。还通过经典两体碰撞理论模型计算得到了电离截面理论值,发现电离截面的理论值与实验值较接近,二者均随动能增大有明显的增加趋势。同时,计算发现Oq+（q=3,5,6,7）与Cu表面作用产生X射线具有动能阈值效应。（3）分析硅漂移X射线探测器收集到的O离子与Cu表面作用的K-X射线光谱,发现入射离子电荷态相同且动能不同的Oq+（q=3,5,6,7）离子的K-X射线峰位的多普勒频移不明显。但入射离子动能均为10 ke V/q的不同电荷态Oq+（q=3,5,6）离子的K-X射线峰位随入射离子的电荷态增加向高能方向移动。最后,本工作对理解离子与表面相互作用中形成的空心原子的退激过程具有重要研究意义。
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