基于團(tuán)簇碰撞實(shí)驗(yàn)的差分真空系統(tǒng)研制以及團(tuán)簇相互作用機(jī)理研究.pdf

1、團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)和物理特性的研究，是原子分子物理專(zhuān)業(yè)重要的研究課題。對(duì)微尺度團(tuán)簇（原子數(shù)從幾個(gè)到幾十個(gè)）結(jié)構(gòu)和物理特性的研究，不管在理論還是實(shí)驗(yàn)方面都已經(jīng)取得了很多重要的研究成果。但是，對(duì)大尺度團(tuán)簇（原子數(shù)達(dá)到幾千到兩萬(wàn)之間）的結(jié)構(gòu)和物理特性的研究，目前的研究成果則很少。這主要是因?yàn)榻M成大尺度團(tuán)簇的原子數(shù)量眾多，團(tuán)簇構(gòu)成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，理論上還沒(méi)有較為成熟的描述方法;實(shí)驗(yàn)方面，對(duì)氣相大尺度團(tuán)簇的形成已經(jīng)有相關(guān)論文發(fā)表，對(duì)大尺度團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)以及物理特

2、性的研究很少有報(bào)道。本研究提出了新方法:利用加速到MeV的微團(tuán)簇做探針，與大尺度團(tuán)簇相互作用（交叉碰撞），通過(guò)對(duì)相互作用產(chǎn)物的能譜分析，間接測(cè)量大尺度團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)和物理特性。實(shí)驗(yàn)用離子微團(tuán)簇(H2+)，穿過(guò)大尺度團(tuán)簇靶（Ar團(tuán)簇），利用靜電分析儀等設(shè)備對(duì)碰撞產(chǎn)物進(jìn)行收集和分析（主要分析質(zhì)子的能譜）。團(tuán)簇相互作用條件，要求在真空度較高的環(huán)境下進(jìn)行，這樣，實(shí)驗(yàn)要求真空抽氣系統(tǒng)具有較高的抽氣速度，因?yàn)閳F(tuán)簇靶以噴射產(chǎn)生，會(huì)瞬間導(dǎo)致靶室氣壓變化，并

3、且靶室要有穩(wěn)定的高真空。為了滿足團(tuán)簇相互作用實(shí)驗(yàn)對(duì)真空系統(tǒng)的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)并研制了一套多級(jí)差分真空系統(tǒng)，并對(duì)該真空系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果滿足實(shí)驗(yàn)要求的真空條件，可以用于微團(tuán)簇與大尺度團(tuán)簇相互作用實(shí)驗(yàn)。對(duì)團(tuán)簇相互作用機(jī)理探究，引入了等離子體模型來(lái)描述團(tuán)簇相互作用，給出了團(tuán)簇相互作用產(chǎn)物(H+)的能量表達(dá)式，利用計(jì)算機(jī)作為輔助工具，計(jì)算了出射產(chǎn)物的能譜，對(duì)模擬計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了分析討論。
　　本論文研究?jī)?nèi)容分為三個(gè)章節(jié)，第一、第二章是

4、實(shí)驗(yàn)裝置研究背景及研制與試驗(yàn)結(jié)果，第三章闡述了等離子體模型探究團(tuán)簇相互作用機(jī)理，及對(duì)模擬計(jì)算的數(shù)值結(jié)果的討論分析。論文結(jié)構(gòu)和相關(guān)內(nèi)容如下:
　　第一章，簡(jiǎn)述了基于核技術(shù)應(yīng)用方向的差分抽氣系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，以及團(tuán)簇物理的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展。
　　第二章，首先介紹了差分抽氣系統(tǒng)的研究目的是為了提高真空的穩(wěn)定性，以及利用差分原理實(shí)現(xiàn)真空過(guò)渡的方法，簡(jiǎn)述了差分系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般原則。其次，針對(duì)微團(tuán)簇與大尺度團(tuán)簇相互作用實(shí)驗(yàn)，對(duì)真空的特殊要求，說(shuō)

5、明了本實(shí)驗(yàn)所用到的三級(jí)差分真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)上面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹了三級(jí)差分系統(tǒng)的真空測(cè)量?jī)x器以及真空數(shù)值記錄監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。最后，對(duì)差分真空系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行了分析討論。分析測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在三級(jí)差分系統(tǒng)的真空數(shù)值穩(wěn)定后，靶室的真空可以達(dá)到10-4Pa。模擬脈沖噴射過(guò)程中，靶室真空數(shù)值會(huì)發(fā)生變化，在一次脈沖噴射完成幾秒內(nèi)，靶室的真空數(shù)值可以再次達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并且整個(gè)脈沖噴射過(guò)程中，靶室真空數(shù)值變化始終在實(shí)驗(yàn)要求的合理范圍內(nèi)。結(jié)論是，該三

6、級(jí)差分系統(tǒng)能夠確保實(shí)驗(yàn)的真空條件，同時(shí)保證團(tuán)簇相互作用實(shí)驗(yàn)的在較短時(shí)間內(nèi)可以多次進(jìn)行，非常適合團(tuán)簇相互作用實(shí)驗(yàn)對(duì)真空的要求。在本章的最后，對(duì)差分真空系統(tǒng)末端部分真空數(shù)值異動(dòng)的原因做了分析，發(fā)現(xiàn)由于羅茨泵極限真空低于分子泵是造成真空異動(dòng)的可能原因，對(duì)三級(jí)差分真空系統(tǒng)的改進(jìn)提出了建議。
　　第三章，介紹了等離子體理論的基本概念以及固體等離子體的描述方法、簡(jiǎn)述了庫(kù)倫爆炸現(xiàn)象。經(jīng)分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)等離子物理中的震蕩模型適合描述離子微團(tuán)簇穿過(guò)大

7、尺度團(tuán)簇相互作用過(guò)程，討論了大尺度團(tuán)簇中外層電子對(duì)離子微團(tuán)簇的尾流效應(yīng)。在等離子體模型下，考慮到庫(kù)倫爆炸出射粒子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，經(jīng)分析計(jì)算，得出了團(tuán)簇相互作用出射質(zhì)子能量的數(shù)學(xué)表達(dá)式。介紹了微團(tuán)簇與大尺度團(tuán)簇相互作用的實(shí)驗(yàn)原理，利用建立的團(tuán)簇相互作用出射質(zhì)子的能量的數(shù)學(xué)表達(dá)式，借助計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算，得出了團(tuán)簇相互作用后產(chǎn)物的能量的分布情況，通過(guò)對(duì)出射質(zhì)子能譜的分析，發(fā)現(xiàn)出射質(zhì)子能譜成分裂狀，說(shuō)明可能存在尾流效應(yīng)。結(jié)論是，在離子微團(tuán)簇穿越大尺度