基于重离子冷却储存环的类铍氩离子电子碰撞电离实验研究
批准号:
12104437
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
汪书兴
依托单位:
学科分类:
原子分子结构、碰撞与谱学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
汪书兴
中文摘要
电子碰撞电离是最基本的电子-离子碰撞反应通道之一,主导着等离子体环境中的电离平衡和能级布居。实验上,高精度的电子碰撞电离截面不仅是检验电子-离子碰撞理论模型和计算方法的可靠基准,同时也可以作为等离子体建模、诊断电子温度、解释天文观测光谱的有效输入参数。配备有电子冷却器的重离子冷却储存环是开展高精度电子-离子碰撞反应实验研究的理想平台,电子冷却器不仅可以大幅提高离子束流品质,同时可以精确调制碰撞能量,为获得高精度电子碰撞电离截面提供了保障。本项目拟利用兰州重离子加速器重离子冷却储存环CSRe开展类铍氩离子的电子碰撞电离实验研究,获得高精度的电子碰撞电离截面,为天体物理和聚变科学提供高精度的原子物理数据,同时为检验最新的理论提供可靠的实验基准。本项目的开展将促进原子物理与天体物理和聚变科学等学科之间交叉,通过实验与理论计算的紧密结合,做出有特色的研究工作。
英文摘要
Electron impact ionization (EII) is one of the fundamental electron-ion collision processes, which dominates the ionization balance and level distribution in a plasma. Accurate experimental EII cross sections can serve as a benchmark for the theoretical models and computational methods. In addition, accurate data are also widely required as input parameters in plasma modeling and diagnostic as well as in interpreting the astrophysical observed spectra. Storage ring equipped with an electron cooler can serve as an ideal platform for such kind of electron-ion collision studies. The electron beam can not only be used to improve the ion beam quality through electron cooling, but also can be used as an electron target with tunable energies. This project intends to carry out the electron impact ionization experiment with Be-like Ar ions at the heavy-ion cooler storage ring CSRe, at the Institute of Modern Physics in Lanzhou. The obtained cross sections with high accuracy and high precision can be regarded as reliable atomic data for astrophysics and fusion science. The state-of-the-art atomic codes can also be tested with the measured experimental benchmark. The development of the project will facilitate the interplay between atomic physics and astrophysics as well as the fusion science and the distinctive progress will be made through the close cooperation between the experimental measurement and the theoretical calculations.
基于重离子冷却储存环的合并束方法是开展高精度电子-离子碰撞谱学实验的最有效方法之一。实验测量不仅可以为天体和聚变等离子体建模提供可靠的输入参数,也可以通过共振结构揭示高电荷态离子的能级结构,进而检验基本的物理模型和原子结构理论计算方法。本项目原初旨在利用兰州重离子加速器冷却储存环开展类铍氩离子的电子碰撞电离实验研究,获得高精度的电子碰撞电离截面和共振电离结构,为等离子体建模提供可靠的输入参数,同时结合理论计算探索相对论、电子关联和量子电动力学效应在电子-离子碰撞过程中的贡献。然而,由于兰州重离子加速器供束计划的调整,未能如期提供项目所需的类铍氩离子束。项目执行中期,我们将目标调整为类氟镍离子和类碳氪离子的双电子复合实验。在本项目的支持下,我们分析了类氟镍离子双电子复合精密谱的低能共振,结合高精度理论计算确定了类氟镍离子2s - 2p的跃迁能量,检验了多电子体系高电荷态离子中二阶QED和电子关联效应;基于储存环CSRe测量了类碳氪离子的双电子复合速率系数,结果表明理论计算在处理多组态电子关联时仍然存在一定困难,实验数据可以为等离子体建模提供可靠的基准数据。此外,我们利用快电子能量损失谱方法测量了氖原子和部分含氟分子的广义振子强度,并得到了光学振子强度和电子碰撞激发积分截面。本项目工作不仅获得了天体和聚变等离子体建模亟需的原子物理数据,同时也为在即将落成的大科学装置HIAF-SRing上开展电子-离子碰撞精密谱学实验奠定了坚实的研究基础和技术储备。
国内基金
海外基金