數(shù)百MeV/u 高能區(qū)C6+離子激發(fā)W 的L 殼層 X 射線*

周賢明 尉靜 程銳 梅策香 曾利霞 王興 梁昌慧 趙永濤 張小安?

1) (咸陽師范學院,離子束與光物理實驗室,咸陽 712000)

2) (中國科學院近代物理研究所,蘭州 730000)

3) (西安交通大學理學院,西安 710049)

1 引言

出于基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用的目的,高能離子在天體物理、核物理、原子物理、高能量密度物理、放射性束物理、等離子體物理、材料物理和生物醫(yī)學等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1-16].高能重離子束也是間接驅(qū)動慣性約束聚變的一種可選驅(qū)動器,其基本原理是首先通過高能脈沖束與由高Z材料制成的空腔相互作用將驅(qū)動束能量轉(zhuǎn)換成X 射線輻射能,然后X 射線輻射均勻壓縮燃料芯塊驅(qū)動內(nèi)爆,這需要詳細了解X 射線輻射的轉(zhuǎn)換效率和輻射場的特性[17-20].此外,高電荷態(tài)離子廣泛存在于溫稠密物質(zhì)和高能量密度物質(zhì)相關(guān)的宇宙天體和稠密等離子體中,其與周圍的粒子發(fā)生相互作用產(chǎn)生X 射線的發(fā)射,這受到周圍環(huán)境如等離子體的電子溫度、密度等參量的影響.反過來,X 射線輻射測量為稠密等離子體的診斷提供了一種可行的方法[21,22].因此,進一步深入研究高能重離子碰撞引起X 射線輻射具有重要的意義.

在離子-原子碰撞過程中,特征X 射線輻射,作為高電荷態(tài)離子退激,以及碰撞產(chǎn)生內(nèi)殼層空穴衰變的重要結(jié)果,給出了原子中軌道電子排布和碰撞引起內(nèi)殼過程的重要信息.在中低能區(qū),通過X 射線測量,人們對這一過程已經(jīng)進行了大量的實驗研究[23-28],并發(fā)展了相應(yīng)的理論來描述該過程中的內(nèi)殼層電子電離.例如,兩體碰撞近似(BEA)[29]、平面玻恩近似(PWBA)和經(jīng)能量損失(E)-庫侖排斥(C)-穩(wěn)態(tài)微擾(PSS)-相對論(R)修正的PWBA理論(ECPSSR),以及在低能區(qū)由聯(lián)合原子近似修正的ECPSSR 理論(ECUSAR)等[30-33].然而,在高能區(qū),特別是對于能量大于百MeV/u 的高能重離子,其碰撞產(chǎn)生特征X 射線輻射的相關(guān)實驗研究比較有限[34-38].現(xiàn)有理論在如此高的能區(qū)是否適用,目前也尚不明確.這需要進一步的實驗進行探究.

在離子-原子相互作用時,一個軌道電子的電離可能伴隨著同一軌道中另一個電子、或一個或多個外殼層軌道電子的電離,這種效應(yīng)被稱為多電離.這與炮彈離子的動能、核電荷數(shù)、電荷態(tài)以及靶原子的參數(shù)有關(guān)[39,40].多電離可通過使用低能量分辨的半導體探測器測量X 射線能量的頻移,或者使用高分辨的晶體譜儀分析X 射線伴線的精細結(jié)構(gòu)來確定.通過觀測K 殼層X 射線超伴線的精細譜,大量實驗研究已明確能量為幾十MeV/u 的重離子碰撞可產(chǎn)生靶原子K 殼層的雙電離[41-44].通過對比分析分支X 射線的相對強度比,低能離子碰撞產(chǎn)生的多電離現(xiàn)象也已被證實[45-47].

本工作利用能量為幾百MeV/u 的高能C6+重離子轟擊鎢(W)靶,觀察不同動能下靶的L X 射線發(fā)射.分析分支X 射線的能量變化,以及相對強度比的變化,討論外殼層的多電離情況.計算L 分支X 射線的發(fā)射截面,并對比不同的理論計算,分析數(shù)百MeV/u 高能區(qū)重離子激發(fā)內(nèi)殼層電子電離的適用理論模型.

2 實驗測量方法

本文實驗是在中國科學院近代物理研究所蘭州重離子加速器深層治癌終端的實驗研究平臺上完成的,我們的前期工作中已有相關(guān)介紹[36-38].C6+離子從深層治癌終端引出,經(jīng)限束后垂直入射到靶面上.束流的脈寬約為3 ns,脈沖間隔為15 s,靶面上束斑大小約為5 mm × 5 mm,強度約為每脈沖107個.C6+離子在CSR 中加速的初始能量分別為165,214,300,350 和430 MeV/u.經(jīng)過鈹窗以及束流終端與靶之間空氣的吸收,最終轟擊靶材的實際能量分別約為154,205,293,343 和424 MeV/u.入射離子的計數(shù)由固定在束流線終端出口附近的計數(shù)器與靶后的法拉第筒聯(lián)合使用間接測得.

實驗中的X 射線由Si 漂移X 射線探測器(SDD)探測.其有效探頭面積為7 mm2.主放大器的增益選擇為100,SDD 的有效能量測量范圍為0.5—14.3 keV;能量分辨率為136 eV.SDD 距離靶點100 mm,探測方向與靶面成45o夾角.為保證X 射線能量的準確測量,利用55Fe 和241Am X 射線源對SDD 能量進行了標定,并通過測量X 射線照射產(chǎn)生的Al,V 和Fe 的K X 射線進行了刻度檢驗.SDD的效率由鈹窗的穿透率和探頭晶體的靈敏度共同決定,由生產(chǎn)商給定,如圖1.實驗所用W 靶的純度為99.99%,靶面積為15 mm×20 mm,厚度為0.5 mm.

圖1 Si 漂移X 射線探測器(SDD)的探測效率Fig.1.Efficiency of the silicon drift detector.

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 C6+離子激發(fā)W 的L X 射線發(fā)射譜

圖2 給出了154—424 MeV/u 不同能量的C6+離子轟擊W 靶激發(fā)的特征X 射線束流強度歸一譜.作為對比,同時給出了300 keV 質(zhì)子入射時的特征譜,這在中國科學院近代物理研究所320 kV高電荷態(tài)離子綜合實驗研究平臺1#終端上由實驗測得.由于空氣的吸收以及探測器在低能區(qū)的探測效率較低,實驗未記錄到低能的X 射線譜.利用Origin 程序?qū)τ^測譜線進行非線性的Gauss 多峰擬合分析,經(jīng)過與標準譜線的譜型和能量對比分析可知,觀測譜線為W 的L 殼層分支X 射線[48,49].

圖2 不同能量C6+離子激發(fā)W 的L 殼層特征X 射線譜,以及質(zhì)子激發(fā)譜Fig.2.W L-shell X-ray spectra induced by high energy C6+ions with various incident energy,and compared with that induced by proton.

從圖2 可明顯看出,實驗光譜由四組不同的譜線組成,這分別標識為W 的Lι,Lα,,Lβ 和LγX 射線[48,49].Lι X 射線來自于M1殼層電子向L3殼層空穴的輻射躍遷.Lα 實際上包含兩條譜線,Lα1和Lα2X 射線,分別來自于M5—L3和M4—L3的輻射躍遷;由于受到探測器能量分辨的限制,這兩條譜線未能明顯的區(qū)分.Lβ 由兩組可分辨的譜線組成:一組是Lβ1,3,4X 射線,由M4—L2和M3/M2—L1三條輻射躍遷線構(gòu)成;另一組是Lβ2,15X 射線,對應(yīng)的輻射躍遷為N5—L3和N4—L3.Lγ主要包含兩組可分辨的譜線,Lγ1和Lγ2,3X 射線,這主要分別是N4— L2和N3/ N2— L1的輻射躍遷結(jié)果.

由圖2 還可以發(fā)現(xiàn),不同能量高能C6+離子激發(fā)W 的譜線形狀相似,但與質(zhì)子產(chǎn)生的光譜有所不同.質(zhì)子激發(fā)譜一般可看成是單電離原子的標準譜.相比于質(zhì)子激發(fā)的X 射線譜,高能C6+離子產(chǎn)生譜線的中心位置向著高能方向發(fā)生了移動.相比于Lα,Lβ X 射線的輻射出現(xiàn)了明顯增強.這可從外殼層多電離對X 射線輻射的影響方面來理解.

3.2 多電離引起L X 射線能量的藍移

多電離可由高能離子、低能輕離子與原子的碰撞產(chǎn)生,并且在重離子轟擊時效果明顯增強[50-54].這一效應(yīng)的主要結(jié)果是,在內(nèi)殼層電子電離的同時,在外殼層也出現(xiàn)了多個空穴.這些空穴在內(nèi)殼層空穴退激之前可能沒有被填充,即當內(nèi)殼層X 射線發(fā)射時,外殼層仍處于多重電離的狀態(tài).這導致原子核屏蔽效應(yīng)的降低,使得剩余軌道電子的結(jié)合能增大,最終引起實驗測量X 射線輻射的能量向著高能方向發(fā)生藍移.

表1 給出了不同入射能量C6+離子碰撞產(chǎn)生W 的L 殼層分支X 射線能量的實驗結(jié)果.作為對比,同時給出了300 keV 質(zhì)子激發(fā)數(shù)據(jù),以及單電離的標準原子數(shù)據(jù).原子數(shù)據(jù)引用自“X-ray data book”標準數(shù)據(jù)庫.所列誤差為質(zhì)子和高能C 離子激發(fā)X 射線能量的實驗誤差,這主要來源于實驗譜線的多峰擬合.對比可知,質(zhì)子的結(jié)果與單電離的原子數(shù)據(jù)幾乎相同,可以看作是原子數(shù)據(jù).高能C6+離子的數(shù)據(jù)均大于原子數(shù)據(jù).除能量為154 MeV/u時的結(jié)果略大于其他能量時的結(jié)果外,隨著入射能量的增加,實驗值沒有明顯的規(guī)律性變化,在誤差范圍內(nèi)基本不變.例如,入射能為154 MeV/u 時,Lι,Lα1,2,Lβ1,3,4,Lβ2,15,Lγ1和 Lγ2,3X 射線能量的藍移量分別為121,80,77,86,78 和147 eV;而能量為205,293,343,424 MeV/u 時,相應(yīng)分支X 射線的平均偏移量分別為110,47,39,45,59和104 eV.這表明,伴隨著L 殼層的電離,高能C6+離子碰撞也引起了W 原子M,N 等外殼層電子的多電離.該多電離的電離度在本實驗?zāi)軈^(qū)范圍內(nèi)隨入射離子能量的增加是不變的.這也可以由下一小節(jié)中分支X 射線相對強度比的實驗結(jié)果來證實.

表1 不同能量C6+離子轟擊產(chǎn)生W 的L 殼層分支X 射線能量,以及300 keV 質(zhì)子激發(fā)數(shù)據(jù)和單電離的原子數(shù)據(jù)[48,49]Table 1.W L-subshell X-ray energies induced by high energy C6+ ions and 300 keV H+,and the atomic data [48,49].

根據(jù)獨立粒子近似模型,若不考慮電子的關(guān)聯(lián)效應(yīng)和無輻射躍遷的級聯(lián)激發(fā)結(jié)果,多電離可以當作是多個軌道電子同時的獨立單電離過程來處理[3,39,40,55].考慮到同一殼層中每個電子電離幾率相同,多電離的幾率可以表示為單電離乘積的形式,多電離度與單電離截面是成正比的關(guān)系[40,55].高能重離子-原子的碰撞可以近似看成是簡單的兩體碰撞過程,其中內(nèi)殼層電子的電離主要是由入射離子與原子中殼層電子之間的庫侖相互作用所決定,單電離的截面可用BEA 模型來估算[19].

根據(jù)BEA 模型的估算,本實驗中W 的M 和N 殼層的電離截面分別為105b 和106b 量級,分別比L 殼層的電離截面大2 和3 個數(shù)量級,且隨著入射能量的增加而減小.由此可知,隨著入射離子能量的增加,外殼層的多電離度應(yīng)該會降低.但是,實際的實驗結(jié)果并沒有觀察到明顯變化.雖然單電離的截面隨著入射能的增加而減小,但是,只在同一數(shù)量級內(nèi)變化,減小幅度小于60%.例如,C6+離子能量從154 MeV/u 增加到424 MeV/u,激發(fā)M 殼層的電離截面的減小幅度為60%.能量從154 MeV/u依次增加到205,293,343 和424 MeV/u,相應(yīng)截面的減小幅度分別為35%,15%,12%和17%.因此,在實驗上,單電離截面的這種緩慢變化不會引起多電離度的顯著變化,這與表1 給出的實驗結(jié)果是一致的.但是,有一點值得注意,正如3.4 節(jié)給出的結(jié)果,入射能量從154 MeV/u 增加到205 MeV/u時,激發(fā)截面的減小率要大于能量從205 MeV/u增加到424 MeV/u 時的截面減小率.當入射能量為154 MeV/u 時,單電離的截面最大,此時外殼層的多電離度也應(yīng)為最大,引起分支X 射線能量的藍移量也最大,如表1 所列.

3.3 多電離引起分支X 射線相對強度比的增大

除了X 射線能量的藍移,多電離也可引起X射線熒光產(chǎn)額、Auger 躍遷幾率等原子參數(shù)的變化.當外殼層處于多空穴狀態(tài)時,由于外殼層部分電子的空缺,內(nèi)殼層空穴退激的非輻射躍遷過程,如Auger 躍遷、Coster-Kronig(CK)躍遷等,就會受到抑制.相應(yīng)地,輻射躍遷的概率就會增大,引起相應(yīng)X 射線的輻射增強.這種變化與單電離的X 射線熒光產(chǎn)額有關(guān),最終的結(jié)果是導致分支X 射線相對強度比的變化.圖3—圖5 給出了L 殼層分支X 射線Lβ,Lι 與Lα 相對強度比隨C6+離子入射能量的變化.可以明顯看出,實驗數(shù)據(jù)大于單電離原子的理論計算結(jié)果,且在實驗誤差范圍內(nèi)隨入射能的增加沒有明顯變化.該結(jié)果進一步說明了數(shù)百MeV/u 高能區(qū)C6+離子碰撞引起了W 的M,N 等外殼層的多電離,且該多電離度在本實驗?zāi)軈^(qū)范圍內(nèi)不隨能量的改變而改變.下面,將從多電離引起原子參數(shù)的變化方面對實驗結(jié)果進行分析.

圖3 不同能量C6+激發(fā)W 的Lβ1,3,4 與Lα1,2 X 射線相對強度比Fig.3.Relative intensity ratios of W Lβ1,3,4 to Lα1,2 X-ray induced by C6+ ions with various incident energy.

圖4 不同能量C6+激發(fā)W 的Lβ2,15 與Lα1,2 X 射線相對強度比Fig.4.Relative intensity ratios of W Lβ2,15 and Lα1,2 Xray induced by C6+ ions with various incident energy.

圖5 不同能量C6+激發(fā)W 的Lι 與Lα1,2 X 射線相對強度比Fig.5.Relative intensity ratios of W Lι and Lα1,2 X-ray induced by C6+ ions with various incident energy.

Lβ1,3,4X 射線可以分為退激到L2,L1支殼層的兩組譜線,Lβ1和Lβ3,4X 射線,分別對應(yīng)輻射躍遷M4—L2與M3,2—L1.Lβ1和Lα1,2主要是Μ4,5電子填充L2和L3殼層空穴時的輻射躍遷結(jié)果.對于W,相應(yīng)的熒光產(chǎn)額ωLβ1和ωLα1,2分別為0.07 和0.11.L2,L3空穴Auger 退激的概率a2和a3分別為0.597 和0.745,在同一數(shù)量級內(nèi)[56,57].當M,N 等外殼層發(fā)生多電離時,a2和a3將會以相同的幅度減小,這引起ωLβ1和ωLα1,2的增加也是同幅度的.該效應(yīng)不會引起實驗上Lβ1,3,4與Lα1,2相對強度比的顯著變化.

但是,除了X 射線發(fā)射和Auger 躍遷,L2空穴的退激比L3多了一個無輻射躍遷過程,即L2—L3X 的CK 躍遷.由于多電離導致外殼層電子的空缺,這里的 CK 躍遷減弱,使得熒光產(chǎn)額ωLβ1增大,實驗上Lβ1X 射線的輻射增強.此外,Lβ3,4X 射線所對應(yīng)L1空穴的退激主要存在三個通道,X 射線輻射、Auger 躍遷和CK 躍遷.當外殼層被多電離時,無輻射的躍遷將減弱,相應(yīng)輻射躍遷的熒光產(chǎn)額ωLβ3,4增大,結(jié)果使得實驗上Lβ3,4X 射線輻射相對增強.綜合以上因素,高能C6+離子產(chǎn)生W 的外殼層多電離引起了Lβ1,3,4與Lα1,2X 射線的相對強度比的增大.隨著入射能的增大,這里的多電離度不變,Lβ1,3,4與Lα1,2的相對強度比也基本不變,如圖3 所示.

Lβ2,15和Lα1,2X 射線分別是N4,5和M4,5殼層電子填充相同下能級L3空穴時的輻射躍遷.當M,N 等外殼層由于多電離而處于多空穴時,填充L3空穴的Auger 躍遷將減弱,相應(yīng)的輻射躍遷增強.W 的Auger 產(chǎn)額a3比L3殼層上X 射線的熒光產(chǎn)額ω3大1—2 個量級[56,57].當a3減小時,ω3將明顯增大,引起相應(yīng)X 射線發(fā)射顯著增強.Lα1,2X 射線的單電離熒光產(chǎn)額ωLα1,2比Lβ2,15熒光產(chǎn)額ωLβ2,15大5 倍[56,57],因此,ωLβ2,15的變化對多電離的響應(yīng)更為敏感,由多電離引起ωLβ2,15的增加幅度大于ωLα1,2增加幅度,這使得實驗上Lβ2,15X 射線發(fā)射相對于Lα1,2X 射線輻射出現(xiàn)增強.如圖4 所示,Lβ2,15與Lα1,2的相對強度比高于單電離的理論結(jié)果.由于這里W 外殼層的多電離度不隨C6+離子的能量而改變,Lβ2,15與Lα1,2的相對強度比的實驗值隨入射離子能量的增加也基本不變.

同樣地,Lι 和Lα1,2X 射線分別來自于不同Μ 支殼層電子向L3空穴的輻射退激.這兩條X 射線熒光產(chǎn)額的增大主要受到俄歇產(chǎn)額a3變化的影響.Lι X 射線的熒光產(chǎn)額ωLι遠小于ωLα1,2,僅為其4%[56,57].在多電離的影響下,相比于ωLα1,2,ωLι具有更大的增幅.因此,實驗上觀測到Lι 輻射強度增加大于Lα1,2.如圖5 所示,Lι 與Lα1,2X 射線相對強度比出現(xiàn)了增大現(xiàn)象.

3.4 C6+離子激發(fā)W 的L X 射線發(fā)射截面

實驗中,C6+離子在W 靶中經(jīng)過W 的L X 射線自吸收衰減長度范圍內(nèi)的能量損失最大為0.081 MeV/u,這為初始入射能量的0.05%,可以忽略不計.因此,所觀察到的來自于不同原子層的X 射線,可以認為是由具有相同能量的C6+離子轟擊產(chǎn)生的.根據(jù)已知的薄靶截面公式[37,58],并考慮靶的自吸收和靶與探測器之間空氣的吸收,本實驗測量X 射線的產(chǎn)生截面可由下面厚靶公式得到:

其中μ是特征X 射線的自吸收系數(shù);NX是X 射線計數(shù);ρ是靶原子數(shù)體密度;Np是炮彈離子個數(shù);εd是SDD 的探測效率;ft是X 射線穿過靶與探測器之間空氣時的透過率;Ω是SDD 的探測立體角;L是靶材厚度.實驗誤差主要來自于靶自吸收與空氣的吸收誤差10%,X 射線的計數(shù)統(tǒng)計誤差最大5%,入射離子計數(shù)統(tǒng)計誤差10%,以及探測器的效率誤差5%,探測立體角誤差6%,經(jīng)誤差傳遞處理后,總截面的最大誤差為17%.

表2 列出了不同能量C6+離子轟擊W 靶激發(fā)其L 殼層各分支以及總的L X 射線的發(fā)射截面,并且由圖6 給出了其隨入射能的變化關(guān)系.分析發(fā)現(xiàn),隨著高能C6+離子能量的增加,W 的L 殼層X射線的發(fā)射截面是逐漸減小的.但是,在本實驗?zāi)軈^(qū)范圍內(nèi),減小幅度不超過50%,僅在同一數(shù)量級內(nèi)變化;并且,能量從154 MeV/u 增大到205 MeV/u時的截面減小率大于205—424 MeV/u 能量范圍內(nèi)的下降率.例如,對于Lι 和LγX 射線,其發(fā)射截面為102b 量級,兩者呈現(xiàn)出相似的減小趨勢;在總的能量范圍內(nèi)的截面減小量約為50%;能量從154 MeV/u 增大到205 MeV/u 時,截面減小了30%;而能量從205 MeV/u 增大到424 MeV/u時,僅減小了20%.對于Lα X 射線,發(fā)射截面為103b量級;隨入射能的增加,發(fā)射截面的相應(yīng)減小幅度分別為37%,16%和21%.對于Lβ,相應(yīng)的數(shù)據(jù)為103b;40%,23%和 17%.對于總的L X 射線,則為103b;40%,20%和 20%.

圖6 C6+離子產(chǎn)生W 的L X 射線發(fā)射截面實驗值,以及不同的理論計算值Fig.6.L X-ray production cross section of W produced by high energy C6+ ions,and compared with various theoretical calculations.

表2 高能C6+離子激發(fā)W 的L X 射線發(fā)射截面Table 2.Experimental results of W L-shell X-ray production cross section induced by high energy C6+ ions.

理論上L 分支X 射線的發(fā)射截面可由Li(i=1,2,3)支殼層的電離截面計算得到,相應(yīng)的轉(zhuǎn)換公式為[59,60]

其中σLi是Li支殼層電子的電離截面;fij是Lj支殼層電子通過CK 躍遷填充到Li支殼層空穴的CK 躍遷概率;ωi是Li支殼層X 射線的熒光產(chǎn)額;Fix是Li支殼層上第x條X 射線的輻射概率占總的Li支殼層上X 射線輻射概率的比例.

由3.2 和3.3 節(jié)的討論可知,高能C6+離子轟擊引起了W 原子外殼層的多電離,改變了相應(yīng)X射線的熒光產(chǎn)額和無輻射躍遷概率.根據(jù)Lapicki等[61,62]的研究,我們對多電離下的X 射線熒光產(chǎn)額和CK 躍遷概率進行了修正計算,并用其來計算相應(yīng)X 射線的發(fā)射截面.在理論計算中,單電離的熒光產(chǎn)額ωi和CK 躍遷概率fij取自Campbell[56,57]的數(shù)據(jù);輻射寬度Fix取自Scofield[63,64]的數(shù)據(jù).

圖6 展示了C6+離子激發(fā)W 的L X 射線發(fā)射截面的BEA 和PWBA,ECPSSR 理論值.分析發(fā)現(xiàn),不同的理論值在同一數(shù)量級內(nèi),且隨著入射能的增加而減小.BEA 估算小于PWBA 和ECPSSR的估算.PWBA 和ECPSSR 的計算結(jié)果在本實驗?zāi)軈^(qū)內(nèi)幾乎相同,最大的差別不超過7%.ECPSSR是以PWBA 為基礎(chǔ)的改進模型,相應(yīng)的修正在低能碰撞區(qū)比較顯著且非常重要[22],然而,在本實驗的高能區(qū)域,修正作用非常微弱,可以忽略.

實驗和理論之間的對比可由圖6 給出.總體而言,盡管有一些小的差異,BEA 計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)符合較好.對于Lι X 射線,PWBA 和ECPSSR估算與實驗結(jié)果更為符合;BEA 計算略低于實驗值.這可能主要是由于實驗上Lι X 射線的熒光產(chǎn)額出現(xiàn)了較大幅度的增加,而理論計算時低估了該項增加所產(chǎn)生的.由3.2 節(jié)和圖5 分析可知,高能C 離子碰撞引起了W 原子的多電離,這導致了Lι X 射線熒光產(chǎn)額的大幅度增加.雖然發(fā)射截面理論計算考慮了多電離對原子參數(shù)的影響,但我們認為目前的多電離熒光產(chǎn)額理論修正仍然低于實驗上熒光產(chǎn)額的增加,所以出現(xiàn)了BEA 理論對Lι X 射線發(fā)射截面的估算與實驗結(jié)果存在相對較大的偏差.

如圖6 所示 整體上BEA 的估算不僅在數(shù)值上與實驗結(jié)果一致,而且在隨能量變化趨勢上的預(yù)測也與實驗相符.例如,能量從154 MeV/u 增大到205 MeV/u 時的BEA 理論截面的減小率大于從205 到424 MeV/u 能量增加時的下降率.對比結(jié)果表明,數(shù)百MeV/u 的高能重離子碰撞激發(fā)靶原子的電離可以用BEA 模型來估算,但是,在計算X 射線發(fā)射截面時,需要考慮多電離對熒光產(chǎn)額等原子參數(shù)的影響.

4 結(jié)論

實驗測量了能量為154—424 MeV/u 的C6+離子轟擊W 產(chǎn)生的L 殼層X 射線,分析了分支X 射線的能量移動以及相對強度比隨入射能的變化;利用修正的厚靶公式計算了L 殼層X 射線的產(chǎn)生截面,并與PWBA,ECPSSR 和BEA 理論計算進行了比較.結(jié)果表明,當數(shù)百MeV/u 高能區(qū)C6+離子以高于靶原子中被電離電子軌道速度的速度入射時,主要通過庫侖相互作用的方式激發(fā)W 靶原子的電離.內(nèi)殼層電離可以看成是炮彈離子和被電離殼層電子之間的兩體碰撞過程.隨著L 殼層的電離,M,N 等外殼層也被多電離,該多電離度在實驗?zāi)軈^(qū)內(nèi)不隨能量變化而改變,這導致了觀測X 射線的能量藍移,Lι,Lβ 與Lα X 射線的相對強度比的增大.L 殼層X 射線的發(fā)射截面可由使用多電離修正原子參數(shù)的BEA 模型來估算.感謝蘭州重離子加速器國家實驗室加速器技術(shù)中心加速器總體室以及醫(yī)學物理室工作人員對實驗的技術(shù)支持和幫助.