作者:马新文等 来源:《物理评论A》 发布时间:2018/2/5 18:27:16
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科研人员在原子间库仑衰变研究方面取得重要进展

 

原子是由原子核和轨道电子构成,使用高能粒子轰击原子时,可以电离其内层轨道电子,形成激发态的离子。在不同情况下,激发态离子会选择不同的退激方式。这些退激过程的研究与天体物理、大气科学和生物物理等多个学科具有紧密关联。 
 
通常情况下,孤立的激发态离子会通过俄歇衰变和光辐射两种形式退激。但是,如果该离子处于其他原子分子所构成的环境(如水溶液或细胞组织)中,它会与环境发生能量传递,从而产生第三种奇异退激方式——原子间库仑衰变(ICD)。研究已经发现多种入射粒子可以直接诱导ICD过程。但是,入射粒子产生的次级电子能否再次诱导ICD过程,从而引起ICD的级联放大效应?目前尚不清楚。
 
近期,近代物理所原子分子动力学研究组科研人员利用新型的反应显微成像谱仪,可以高效探测低能电子和碎片离子,开展了Ne团簇的电子电离解离实验。研究发现,在动能释放(KER)与电子能量的二维符合谱中(如图1所示),存在明显的斜线结构,这是ICD过程的指纹特征,因此是电子碰撞实验中发现ICD的直接证据。由此证明,不但入射粒子可以直接产生ICD过程,次级电子同样可以诱导ICD过程。入射粒子在路径上产生的次级电子,可以通过ICD逐步降低能量,因此,ICD过程是独立于非弹性散射外的一种新的电子能量沉积方式。
 
同时,科研人员发现,对于嵌在环境中的激发态Ne+离子,ICD是其退激的最主要方式,其所释放的ICD电子全部集中在0—2 eV的低能区域,且其产额占低能电子总产额的80%以上(如图2所示),这表明ICD是非常高效的低能电子源。由于低能电子的贴附解离是诱导DNA双链断裂的主要途径,ICD效应将会在生物辐射损伤研究和建模方面有非常重要的应用价值。
 
此项研究得到了科技部重点研发计划和国家自然科学基金项目的支持。成果发表在Physical Review A(Rapid Communication)97(2018)010701。(来源:中科院近代物理所)
 
 
图1:Ne2团簇碎裂的动能释放与电子能量二维符合谱,其中的斜线结构是ICD出现的直接证据。
 
 
图2:Ne2团簇碎裂电子产额比较,红点为Ne2碎裂对应的电子能谱,蓝线为Ne原子单电离对应的电子能谱,两线在低能端的差别为ICD电子的贡献。 
 

 

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