Sub-state-selective differential cross sections of electron capture in 10 MeV Ar(8+)-He collisions

Abstract

The electron capture processes in the collision of highly charged heavy ions with atomic target was studied through measurements of the final state selective differential cross sections. Constituents of the collision process investigated here are an Ar(8+) ion and a He target. Here the projectile (Ar(8+)) energy used was 10 MeV which corresponds to a velocity of 3.17 atomic unit (au). The longitudinal and the transverse momentum of recoil He(+) ions was measured by applying the cold target recoil ion momentum spectroscopy. To obtain transverse momentum dependency of differential cross sections of the electron capture to different final states, the longitudinal momentum distributions were fitted in different transverse momentum regions by a sum of Gaussian peaks which correspond to the final states of n = 3 - 5. The experimental cross section to the 3d state contains the high relative uncertainty, although it was included in the peak fit analysis. The experimental results of the differential cross sections are compared with calculations of the close coupling approximation based on a molecular representation. The Configuration Interaction (CI) method was employed to obtain molecular electronic states of the collision system. The pseudopotential method was adopted to represent Ar(8+) core. The Slater type orbitals and Slater exponents were used to construct the basis sets. All states corresponding to Ar(7+) (n = 3, 4 and 5) were obtained. The calculated 3l (l = s, p and d) substate dependence of the capture cross section is compared with the experiment. Because of diabatic nature of the curve crossing for higher l partial states with the initial channel such as d and f states, capture to p state is found to be generally dominant, and then followed by d state. For Ar(7+) (n = 3) formation, capture to the p state is larger than s and d states by a factor of two.

多荷電重イオンの原子のターゲットへの衝突における電子捕獲の過程を、終状態の選択的微分断面積を測定することにより研究した。今回研究した衝突過程の構成粒子は、Ar(8+)イオンとHe原子ターゲットである。利用した入射粒子(Ar(8+))のエネルギーは10MeVで、3.17原子単位(au)の速度に対応する。冷ターゲット反跳イオン運動量分光法を適用して、反跳He(+)イオンの縦運動量と横運動量を測定した。異なる終状態に至る電子捕獲微分断面積の横運動量依存性を求めるために、縦運動量の分布を、n=3?5の終状態に対応するガウス型ピークの和により、異なる横運動量域において適合させた。実験的に求めた3d状態に関する微分断面積もピーク適合解析に含まれるが、相対的な不確定要素が大きい。微分断面積の実験値と分子表示に基づく緊密結合近似による計算結果と比較した。衝突系に対する分子状電子状態を求めるために配置相互作用(CI)法を採用した。Ar(8+)の内殻を記述するために、擬似ポテンシャル法を採用した。基底関数系を構築するために、スレーター型の軌道関数とスレーター指数を用いた。n=3、4および5に対するAr(7+)に対応する全ての状態を求めることができた。捕獲断面積の3l(l=s、pおよびd)サブ状態依存性に関する計算結果と実験結果を比較した。dやf状態のような初期チャンネルを持つ高いlの部分状態に関する曲線交差の非断熱的特性のために、p状態への捕獲が一般的に支配的で、次がd状態である。Ar(7+)(n=3)の形成に関して、p状態への捕獲がs状態やd状態への捕獲より2倍以上大きい。