keV高荷电离子与高温环境下壁材料作用的电子发射研究

中低能高电荷态离子与固体材料表面相互作用的电子发射研究具有重要的科学研究价值，并将服务于航空航天、能源等事业。本项目利用高荷电重离子束与高温环境下的聚变装置壁材料（如W及其合金, Si, SiC,石墨等）表面作用，采用电子发射产额及能谱分析法，并结合先进的光学成像技术，测量离子束与上述物质表面作用中引起的二次发射电子的产额和能谱，系统研究离子束动能、势能、质量和入射角度以及靶材料温度对上述参数的影响，探索离子束与高温环境下壁材料相互作用的电荷转移截面和能损机理，检验相关理论和模型。项目依托国家大科学工程装置，利用已建立的持久、良好的合作关系，瞄准相关的国际前沿热点问题，为离子与物质相互作用的基础理论及潜在应用研究、聚变装置壁材料的材料参数及表面结构、性能等的表征积累实验技术和重要参考数据。

中低能高电荷态离子（HCI）与固体材料表面相互作用的电子发射研究具有重要的科学研究及潜在应用价值。本课题中，我们利用高荷电重离子束与W, Si, SiC及具有表面纳米结构的靶材料表面作用，特别是高温环境下的W和SiC，通过测量离子束与上述物质表面作用中引起的二次发射电子的产额，较为系统地研究了离子束动能、势能、质量和靶材料温度等对上述参数的影响，探索了离子束与高温环境下壁材料相互作用的电荷转移截面和能损机理，检验了相关理论和模型。.项目取得的主要创新性成果有：. 1）成功地从理论上将动能和势能电子产额分开，解释了“蹦床效应”，并给出其判据；. 2）得到了反冲原子的能量沉积占总能量沉积比重的理论计算公式，通过计算表明：低能时（特别是的低于动能电子发射阀值），反冲原子是引起二次电子发射的主要因素；. 3）建成一套可测量不同温度下高电荷态离子与材料表面作用中电子发射产额的实验装置，较为系统地测量了质子和高电荷态重离子Xe^(q+)正入射到处于不同高温环境中的磁约束聚变装置壁材料（如W、Si和SiC）时的电子产额，首次研究了高电荷态离子引起的电子发射产额的温度效应；. 4）探索性地研究了高荷电重离子控制金纳米颗粒形态变化的规律和作用机制，首次发现了金纳米颗粒受HCI辐照而发生了形变。. 项目的完成为离子与物质相互作用的基础理论及潜在应用研究、聚变装置壁材料的材料参数及表面结构、性能等的表征积累了丰富的实验技术和重要的参考数据。 . 项目成果已正式发表论文18篇，被SCI收录17篇，培养博士研究生6名，已毕业2名，硕士研究生9名，已毕业4名，承担本科生科研训练项目3项，共8人次。