近日，我系魏宝仁教授课题组与北京应用物理与计算数学研究所刘玲研究员展开合作，在高电荷态O6+离子与He原子电荷交换量子态选择截面研究方面取得进展，相关成果发表在《New Journal of Physics》上。
在高电荷态离子与中性原子分子碰撞中，电荷交换是炮弹离子俘获靶电子到其束缚态对的物理过程。当入射粒子速度和电子轨道速度相近时，电荷交换是绝对主导的反应过程，其实验总截面以及态选择（即电子被俘获到某个壳层的截面）截面常常是检验两原子中心束缚量子态转移理论的重要物理量。另外，这类电荷交换广泛存在于高温天体和聚变等离子环境中，例如，1996年伦琴卫星首次观测到百武彗星发射的X射线谱，该谱线被认为是太阳风中的O、C等高电荷态离子与彗星物质发生电荷交换碰撞引起的。在人造聚变堆中，O离子作为等离子体中的主要杂质之一，其与聚变反应产物He的电荷交换过程也是等离子体内杂质光谱的重要来源。因此，电荷交换过程的高精度实验测量和可靠的理论计算在理解微观机理和等离子体建模方面都至关重要。
图1. O6+ 离子与He碰撞过程中单电子电荷交换总截面随能量变化曲线
团队成员利用复旦大学高电荷态离子碰撞平台的绝对截面测量系统和动量成像谱仪，分别获得了2.63至37.5 keV/u碰撞能量下高电荷态O6+离子与He原子电荷交换总截面和态选择截面。在理论计算中，合作者采用半经典的双活跃电子渐近态紧耦合方法（SCASCC）方法，通过增加基组态数目并包含了双电子通道，获得了更为精确的理论结果。图1和图2分别给出了单电子俘获总截面和态选择截面的结果。相比于已报道的研究，该团队大幅扩宽了碰撞能区，检验了双活跃电子渐进态紧耦合方法的可靠性，实验测量的结果和理论计算的结果符合很好。
图2. O6+ 离子与He碰撞过程中电子被俘获到n=3、4、5量子态绝对截面随能量变化关系
我系博士研究生孟天鸣和马茗萱为共同第一作者，北京应用物理与计算数学研究所刘玲研究员和我系魏宝仁教授为通讯作者。工作获得了国家自然科学重点项目、国家重点研发计划，以及复旦大学核物理与离子束应用教育部重点实验室的支持。
文章连接: DOI 10.1088/1367-2630/acf1c3
