动量空间中的计算成像及其在兰州重离子加速器冷却储存环上的应用

Based on the generalized Radon transform, we propose the method of computed tomography in the momentum space, and propose to build a prototype setup at the Heavy Ion Research Facility at Lanzhou - Cooling Storage Ring (HIRFL-CSR). This method is able to obtain the overall perspective in the momentum space without the time-of-flight of the ions, and therefore it is useful when the traditional spectrometers limp. It can be utilized in measurement of the ionic momentum distribution function of relativistic ion-atom doubly inelastic collisions, strong pulsed laser-cluster or laser-big molecular interaction, or continuous beam sputtering..The relativistic highly charged ion-atom doubly inelastic collision is irreplaceable in research of high energy few-body collision dynamics, and HIRFL-CSR is one of the two facilities which can carry out this research. By measuring the momentum distribution function of the recoiled ions in 100 - 400MeV/u partially and fully stripped ions with atoms collisions, the effect of the internal degree of freedom of the projectile in relativistic collision dynamics can be extracted.

基于广义拉东变换，我们提出了动量空间中的计算成像方法，并拟在兰州重离子加速器冷却储存环上建立一个原型装置。这种方法可获得动量空间中的全景图像且不依赖于离子飞行时间，可用于传统动量谱仪不适用的领域，实现相对论能区离子与原子双重非弹性碰撞实验测量，实现强脉冲激光与团簇或大分子作用爆炸产物的动量分布函数或连续束溅射离子的动量分布函数的测量。.相对论能区高电荷态离子与原子的双重非弹性碰撞对深入理解高能少体碰撞动力学过程具有不可替代的作用；兰州重离子加速器冷却储存环是世界上两台有条件开展此项工作的研究装置之一。通过对比测量100－400MeV/u非全裸（类氢或类氦）及全裸重离子与原子碰撞反应中的反冲离子动量分布函数，可获得离子内部自由度对相对论碰撞动力学演化过程的影响。

本项目首次提出动量空间中的计算成像原理。研制了动量CT原型装置；发展了项目中用到的积分变换的逆变换的数学基础理，发展了数值算法，编写了数值计算程序。主要阶段性结果有：设计、加工、安装、调试了第一台动量CT原型装置，包括发展了动量CT装置带电粒子引导电场构型，研制了专用的大面积两维位置灵敏探测器等；发展了初步的动量空间中图像重建的数值算法；对实验装置进行了实验测试。这些工作是动量CT领域今后进一步发展的基础，为动量CT后续相关的研究提供了技术支持和理论依据。.项目执行期间，已发表期刊论文9 篇，会议论文2篇；毕业一名博士生、一名硕士生；目前在读的博士生一名、硕士生五名。作为本项目的后续项目，获得一项国家基金面上项目资助，项目名称《强脉冲重离子诱发固体溅射离子动量分布研究》，批准号11675232。实验数据的系统分析尚未完成，物理结果将在今后陆续发表。