您当前的位置:首页 > 方向及平台方向及平台
电子-原子、分子、团簇碰撞动力学研究平台
更新时间:2017-09-25 17:18:14  |  点击次数:430次

1. 实验设备简介

电子反应显微成像谱仪由超短脉冲电子枪、超音速气体冷靶、赫姆霍兹线圈、飞行时间谱仪、反冲离子探测器和电子探测器构成。主要工作原理为: 电子枪产生的脉冲电子束在靶室中心与超音速气体冷靶碰撞,由此产生的粒子碎片会在飞行时间谱仪提供的均匀电场、和赫姆霍兹线圈提供的均匀磁场作用下,分别飞向离子探测器和电子探测器。探测器给出各个粒子的位置和时间信号后,由获取系统记录并存储。经由离线分析软件还原并重构各个粒子的三维动量。与传统电子谱仪相比,反应显微成像谱仪可以实现对击出电子和离子的大立体角收集、全产物探测,因此,在区分碎裂机制方面具有独特的优势。我们自主研制的电子反应显微成像谱仪,实现了分子和团簇碎裂中大能量离子和低能电子的符合探测,为相关方向的研究提供了良好的实验手段,并在该设备上开展了原子、分子和团簇的碰撞碎裂动力学的实验研究。

实验装置照片

 

实验装置示意图

2. 研究方向

(1) 电子碰撞团簇碎裂的实验研究

原子分子之间通过弱相互作用而结合成的多聚体叫做团簇,在团簇碎裂过程中通常伴随化学键的断裂和重组。因此团簇解离动力学研究,有助于在原子分子尺度上理解化学反应。同时,由于团簇中的原子分子之间可以产生电荷和能量传递,这就导致团簇碎裂时,会发生单个原子分子无法看到的新现象,如原子间库仑衰变(ICD),辐射电荷转移(RCT)等, 这些新效应通常伴随低能电子发射,可以促进对辐射损伤机理的理解。我们正在开展电子诱导团簇碎裂的研究,在Ne2 团簇中发现了ICD存在的直接证据,并已发表多篇国际SCI论文。

(2) 分子碎裂的机理研究

研究分子碎裂的目标之一是寻找影响化学键断裂的参数,通过改变这些参数,来控制化学键的断裂和重组,从而达到控制化学反应的目的。使用重离子或者电子轰击分子,将分子离子布局到多种电离解离态,由于这些电离解离态不稳定,在核与核的库仑排斥下,分子离子会最终碎裂成多种碎片。通过改变入射粒子的碰撞条件,可以有效研究速度和电荷态对化学键断裂的影响。我们正在开展相关方面的研究,并在CO和CO2的碎裂实验中,发现了多种解离机理,如直接双电离,间接双电离,直接碎裂,间接碎裂等。

(3) 重原子单电离反应中的高阶效应研究

电子轰击原子分子导致的单电离反应,普遍存在于等离子体物理、天体物理、辐射损伤等领域中,对其进行深入研究,有利于推动多个学科的发展。截至目前,H、He 的单电离问题基本得以解决,因此,单反应动力学的研究对象逐渐转向Ne、Ar、Kr 等重原子。由于多电子效应的存在,一些高阶作用在这些原子中会变得较为明显:如多步散射效应、电子-电子交换效应、极化效应、后碰撞效应、以及干涉效应等。利用反应显微成像谱仪进行重原子的单反应研究,可以获得上述高阶效应的整体图像,对整个单反应过程给出较为直观的认识。我们正在开展相关方面的研究,并在Ne、Ar的单电离实验中,发现了明显的多步散射效应,直观展示了该效应对反应过程的整体影响。