Crossed beam experiment of highly charged ion-atom collision in the energy range below 100 eV/q

Abstract

The study of multi electron capture processes in the slow collisions between highly charged ions and atoms or molecules has been the subject of considerable experimental and theoretical investigations. Measurements were made on the state selective angular differential cross section of multi electron capture processes in the very slow collisions between highly charged ions and atoms or molecules. It utilized the ion beam from the 14.5 GHz Caprice ECRIS (Electron Cyclotron Resonance Ion Source) at RIKEN (Institute of Physical and Chemical Research). Using the direct ion beam from the ECRIS has the advantage to achieve a high intensity beam, even after the deceleration of the ion beam. Highly charged ions produced in the ion source are extracted at beam energy of 2 keV/q into the beam line, and then the mass to charge ratio (m/q) is selected with an analyzing magnet. The ion beam is decelerated down to desired energy in two steps using deceleration lens and energy selected by a double hemispherical analyzer. As a typical measured example, the energy distribution of scattered ion in the 36.6 eV/q (7.3 eV/u) Ar(8+)-N2 collision was shown at the scattering angles from 0 to 10 deg. The intense peak seen at 44 eV/q for the scattering angle theta(sub lab) = 0 deg originates from single electron capture. It rapidly decreases with increasing scattering angle. The neighboring peak at 46 eV/q also decreases at larger angles. At 53 eV/q, a multi component peak due to the double electron capture process is seen, the intensity of which decreases rather slowly. The peak at 56 eV/q does not decrease its intensity with the scattering angle in contrast to the other peak. The different scattering angle dependence confirms that the single electron capture occurs mainly in the glancing collisions with small scattering angles. On the other hand, multiple electron capture occurs in the close collisions with large scattering angles.

高電荷イオンと原子あるいは分子との低速衝突における多電子捕獲過程に関する研究は実験的および理論的に興味を引く問題である。高電荷イオンと原子あるいは分子との超低速衝突における多電子捕獲過程に関する状態選択角度微分断面積を測定する実験を行った。理化学研究所にある14.5GHzのCaprice ECRIS(電子サイクロトロン共鳴イオン源)で発生させたイオンビームを利用した。ECRISからの直接イオンビームは減速させても測定に充分な強度を有するという利点がある。イオン源で生成された高電荷イオンは2keV/qのビームエネルギーを持ったビーム線となり、電荷質量比は分析用磁石で選択される。イオンビームは減速レンズを用いて希望するエネルギーまで2段階に減速され、二重の半球形分析装置によって選択される。典型的な測定例として、36.6eV/q(7.3 eV/u)のAr(8+)とN2の衝突における散乱イオンのエネルギー分布を、0から10度の散乱角について示した。散乱角θ(sub lab)=0で観測された44eV/qにおける強いピークは、単一電子捕獲によるものである。このピークは、散乱角の増大とともに急激に減少した。隣接する46eV/qにおけるピークも角度が大きくなるとともに、減少した。53eV/qで、二重電子捕獲による多重成分ピークを観測した。そのピークは、強度がゆっくり減少する。56eV/qのピークは、他のピークと比べて散乱角による強度の減少はない。これらの散乱角依存性は、単一電子捕獲が主に小散乱角のすれすれ衝突で生ずることを確証している。一方、多重電子捕獲は、大きな散乱角の近接衝突で生ずる。