基于加速器离子束技术的生命起源探索

在加速器靶室内制造真空和低温环境，利用加速器产生的各种能量和种类的带电离子轰击不同配比的碳氢混合靶，模拟宇宙射线与各种冰的相互作用，对产物进行分析，研究作为"生命起源的种子"的前生命分子(prebiotic molecules)的形成机制。完善低温设备建设，发展真空中气体靶、液体靶和固体靶技术；利用多重符合方法和加速器飞行时间谱仪对反应产物进行测量和鉴别；根据实验结果，利用计算机模拟载能离子与物质作用后产生多原子团簇的过程，研究团簇离子，特别是有机分子的产生机制。

本课题按照年度研究计划开展，研究工作顺利完成。课题主要研究了带电离子与物质作用后原子团簇的产生机制，采用的基本方法是在实验室制造真空和低温的环境，用加速器产生的多种能量和种类的带电离子模拟宇宙射线轰击不同配比和成分的靶，并对产物进行分析和鉴别，研究溅射产物中不同团簇离子的形成机制。本课题主要工作进展包括如下几个方面：1、完善设备建设，改善设备的工作条件和探测精度。在北京大学21.7MV串列静电加速器上实现了加速器束流脉冲化，建立了加速器二次离子飞行时间质谱。为了提高质量分辨，我们通过模拟对现有设备实现优化和更新，质量分辨可以达到一个原子质量单位，同时时间分辨率显著提升，可以满足本项目实施的需要。2、发展了真空中液体靶和固体靶技术，解决了真空中制靶技术中的关键问题。3、实现新的探测方法，利用多重符合方法和加速器飞行时间质谱技术对反应产物进行探测和鉴别，通过自主研发的实验装置实现了不同电荷态离子的选择。4、用计算机对带电离子与物质作用后原子团簇的产生过程进行分子动力学模拟。我们研究了：1、我们采用重离子轰击碳基材料如石墨、类金刚石、碳纳米管、高定向石墨，研究碳基材料的二次离子产物和产额，通过实验我们发现虽然同是碳基材料，不同化学构型的材料的结果有很大差别。实验上首次确定了C13团簇的存在，并对其产生机制进行了研究，已经制备进一步进行C13团簇的性质研究的实验设备。2、为了解决束流调制中的遇到的瓶颈，我们重点研究了CsI(Tl)探测器对带电粒子能量的响应，并自行研制了束流调制的实验设备。3、重离子在绝缘体材料上的二次电子发射研究。二次电子发射在粒子探测、聚变等离子体、材料分析等方面有应用前景。本研究有效地解决了重离子与绝缘体相互作用过程中的电荷积累效应引起库仑爆炸这个难题。综上所述，本课题研究计划开展工作顺利完成，项目执行过程中研发了有针对性的实验设备，为在北京大学21.7MV串列静电加速器实验室进一步开展后续工作打下坚实的基础。