彗星X射线的辐射机理:电荷交换还是keV能量电子的韧致辐射?---实验室精密模拟测量彗星X射线的发射产额
批准号:
12075291
项目类别:
面上项目
资助金额:
50.0 万元
负责人:
宋张勇
依托单位:
学科分类:
粒子束与物质相互作用
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
宋张勇
中文摘要
彗星的X射线辐射是由太阳风离子引起的,对其测量能够预测太阳活动及“太空天气”,这对太空开发具有重要意义。以前的主流观点认为其是由太阳风中的高电荷态离子与彗星气体的电荷交换反应所致。2018年,Nature Physics报道了实验室模拟彗星X射线辐射的结果,认为太阳风离子在彗星磁场环境中形成的低杂波有助于加速低能电子至keV能量,其韧致辐射以及碰撞电离是彗星辐射X射线的主要原因。在上述实验报道中,使用高功率激光轰击塑料薄膜产生的二次离子来模拟太阳风离子,故无法测量离子流强从而无法精确确定X射线的辐射产额。本项目基于近代物理研究所成熟的ECR离子源技术,拟设计一套集测量准直聚焦于一体的装置,在0.1 nA精度上实时测量离子源提供的高电荷态离子束流强度(模拟太阳风离子),同时测量其轰击磁性球靶(模拟彗星)发射的X射线,得到精确的X射线产额,定量研究“keV电子韧致辐射”对彗星X射线辐射的贡献。
英文摘要
The X-ray radiation of comets is caused by solar wind ions. The measurement of such X-rays can predict solar activity and "space weather", which is of great significance for space development. Prior to 2018, the mainstream view was that it was due to the charge exchange reaction between highly charged ions in the solar wind and cometary gases. In 2018, Nature Physics reported the results of laboratory simulation of comet X-ray radiation. It is believed that the lower-hybrid waves formed by solar wind ions in the comet's magnetic field is helpful to accelerate the low-energy electrons to keV energy, and the bremsstrahlung of electrons is the main reason of comet X-ray radiation. In the above experiments, because of the secondary ions generated by bombarding the plastic film with high-power laser to simulate the solar wind ions, it is impossible to measure the ion current and accurately determine the X-ray radiation yield. Based on the mature ECR ion source technology in Institute of Modern Physics, this project plans to design a set of device that will integrate measurements, collimation and focusing of the ion current provided by the ECR source in real time and accurately. At the same time, the accurate X-ray yield will be obtained by measuring the emitted X-rays as the highly charged ions (simulating the solar wind ions) colliding on the magnetized spherical targets (simulating the comet). The contribution of "keV energy electron bremsstrahlung" to the X-ray radiation of comets will be quantitatively studied.
彗星的X射线辐射主要是由太阳风中的高电荷态N、O离子引起的,测量彗星、行星及其卫星的X射线辐射,能够预测太阳活动及“太空天气”,对太空开发具有重要意义。本项目为了尽可能精确地测量X射线产额,设计了一套集测量、准直、聚焦于一体的实时在线测量装置,可在0.1 nA精度上实时测量离子源提供的高电荷态离子束流(模拟太阳风离子),并在ECR离子源上开展了一批实验。研究内容以第一或通讯作者发表6篇SCI学术论文,其中关于实验装置的论文发表在Eur. Phys. J Plus 137, 1015 (2022)上。本工作被中国科技报、中国科学院院网等进行了相关报道。.建成的彗星X射线辐射实验平台的硬件设备包括专用天体物理靶室、洪式电子枪、表面清洁离子枪、靶室支架、五维真空调角器、样品支架、束流密度计、束流准直线、静电透镜、精密法拉第筒等。在建成的实验平台上,在近物所ECR 离子源上完成了系列实验工作。用ECR 离子源提供的低能高电荷态 N、O 离子模拟太阳风中高电荷态离子,测量了相互作用中发射的 X 射线谱。对于不同能量、不同电荷态的束流,不同的靶材料,在每一轮实验中,使用研制的洪式电子枪中和靶表面的电荷,比较电子束是否辐照靶表面对 X 射线辐射的影响。对每个能量点,每个电荷态的束流,均做了比对实验研究。束流实际使用时间超过 500 小时。.在X射线测量过程中,我们注意到物质的阻止本领在低能区,普适的Z平方规律失效。国际上一般使用飞行时间方法测量低能离子在物质中的能损,但在项目执行的过程中,本人经过多次的实验和理论验证,首次提出了X射线产额法研究离子在电荷平衡前的能损以及电荷平衡时间,并进行了实验验证,相关文章发表于Phys. Rev. A 106, 062817 (2022)。审稿人评价本研究内容具有重要的物理发现,对相关领域极具价值。
彗星X射线的辐射机理:电荷交换还是keV能量电子的韧致辐射?---实验室精密模拟测量彗星X射线的发射产额
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:50万元
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批准年份:2020
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负责人:宋张勇
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依托单位:
太阳风中的高电荷态重离子在彗星、行星及卫星表面诱发的硬X射线的实验室模拟
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批准号:11675279
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项目类别:面上项目
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资助金额:66.0万元
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批准年份:2016
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负责人:宋张勇
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依托单位:
MeV/u重离子- - 原子碰撞中的多重电离和L壳层内部跃迁的研究
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批准号:11005133
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2010
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负责人:宋张勇
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依托单位:
国内基金
海外基金