L壳层X射线产生截面：金（Au）和铋（Bi）在30 MeV至75 MeV的硼离子轰击下的反应

《Journal of Electromyography and Kinesiology》：L- shell X-ray production cross sections for Au and Bi induced by 30 MeV to 75 MeV Boron ions

本文实验测量了30-75 MeV B3?、B??和B??离子轰击金和铋靶材产生的L层X射线发射截面，并与基于PWBA和ECPSSR模型的计算值比较。结果显示实验截面显著高于理论预测，归因于入射硼离子引起的靶原子多重电离效应。

　　

Balwinder Singh | Shehla | Anil Kumar | Deepak Swami | Ajay Kumar | Sanjiv Puri

印度旁遮普邦帕蒂亚拉旁遮普大学物理系

摘要

在本研究中，我们展示了通过30 MeV至75 MeV的B离子撞击Au和Bi产生L X射线的实验截面数据。为了研究截面的能量依赖性以及多次电离对这些截面的影响，B离子的能量被分小步变化。实验截面数据与基于PWBA和ECPSSR模型计算的L_p（p = 1–3）亚层电离截面、基于Dirac-Fock模型的X射线发射率以及基于Dirac-Hartree-Slater模型的荧光和Coster-Kronig产额进行了比较。测量值与计算值之间的显著差异可以归因于入射B离子在靶元素中引起的多次电离效应。

引言

离子-原子碰撞会导致多种现象，其中包括通过直接库仑电离或在靶原子中捕获电子而产生L壳层空位。电离后的原子通过辐射跃迁（产生特征X射线）或非辐射跃迁（产生俄歇电子）来放松。准确可靠的L壳层X射线产生（XRP）截面数据对于各种应用至关重要，包括等离子体研究、天文X射线研究、离子注入、辐射屏蔽、剂量测量以及使用粒子诱导X射线发射（PIXE）技术进行元素分析。

特定元素和离子束的XRP截面可以通过理论基本参数来评估，这些参数包括电离截面（ICS）、X射线发射率以及荧光和Coster-Kronig（CK）产额。特定元素和射弹组合的ICS值可以使用半经典近似（SCA）[3]或平面波玻恩近似（PWBA）[4]来推导，或者通过结合屏蔽的类氢波函数并对PWBA模型进行修正来获得，以考虑射弹能量损失（E）、库仑偏转（C）、靶内壳层电子的扰动稳态（PSS）和相对论效应（R）。这种改进的模型被称为ECPSSR模型[5]和ECPSSR-UA模型[6]，后者还包括联合原子（UA）修正，以考虑正电荷射弹在原子内存在时电子结合能的变化。计算机代码“ISICS”[7]、[8]、[9]、[10]、[11]被广泛用于根据ECPSSR和ECPSSR-UA模型计算各种靶-射弹组合的K壳层、L_p（p=1–3）和M_j（j=1–5）亚层的ICS。其他基本参数，包括X射线发射率、荧光和CK产额，通常使用独立粒子近似（IPA）模型[12]、[13]来评估。不同L壳层和M壳层物理参数的现状已在其他文献中介绍。

关于重元素中B离子诱导的L壳层XRP截面的实验数据有限。Lugo-Licona等人[15]、[16]报告了5.0至7.5 MeV的B²⁺离子撞击Ce、Nd、Sm、Eu、Dy、Ho、Gd和Yb时的实验L壳层XRP截面，但结果仅以图形形式呈现。Verma[17]报告了B^q+（q= 3+, 4+）离子（能量范围为35 MeV至60 MeV）撞击Ta和Pt产生L壳层和M壳层X射线的测量截面，这些能量覆盖了两个靶的库仑势垒能量区域。在本研究中，实验测得的L XRP截面通常低于ECPSSR预测值，并且在50 MeV和55 MeV的B¹¹离子能量下，实验截面进一步降低。另一方面，M壳层XRP截面远低于计算值，除了Mξ XRP截面显著高于计算值。此外，Verma[17]还观察到在库仑势垒以下和以上能量范围内，M X射线组分的背景形状出现无法解释的变化以及强度的显著变化。另外，早期关于Au和Bi通过重离子-原子碰撞产生L X射线截面和强度比率的测量结果[18]、[19]、[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]、[31]、[32]也在表1中列出。

在本研究中，使用30 MeV至75 MeV的B^q+（q = 3, 4, 5）离子轰击Au和Bi靶，以研究射弹能量依赖性和多次电离对靶L壳层X射线发射的影响。测得的L壳层XRP截面与使用不同理论基本参数计算的结果进行了比较，这些参数包括基于PWBA [4]、[7]和ECPSSR [5]、[6]、[7]模型的B离子诱导的L_p（p = 1–3）亚层电离截面，基于Dirac-Fock模型的X射线发射率[33]，以及基于Dirac-Hartree-Slater模型的荧光和Coster-Kronig产额[34]。此外，还根据当前的实验XRP截面推导出了两种研究元素的平均L壳层荧光产额，并与文献中的值进行了比较。

实验程序

本实验使用位于印度新德里Inter University Accelerator Centre（IUAC）的16 UD Pelletron设施的原子物理束线上的Boron-11（¹¹B）离子束进行。本实验中使用的真空室和数据采集系统已在其他文献中说明[35]、[36]。实验中使用了在约20 μg/cm²厚的碳基底上通过真空蒸发制备的Au和Bi靶材。

结果与讨论

本实验测得的XRP截面（span>${\sigma }_r^X$（r = L_?, L_α, L_η, L_β4,6, L_β1,2,3,15, L_β5,7,9,10, L_γ1,5 和 L_γ2,3,6,8,4）以及两组由入射B离子诱导的Au和Bi的计算值分别列在表3和表4中。实验L XRP截面的不确定性估计约为13-21%，这是光峰面积不确定性（1-10%）、探测器效率（10%）、立体角（10%）和自吸收校正因子（3-8%）的平方和。

结论

本实验测得的XRP截面（span>${\sigma }_r^X$（r = L_?, L_α, L_η, L_β4,6, L_β1,2,3,15, L_β5,7,9,10, L_γ1,5, L_γ2,3,6,8,4 和 L_total）对于由入射B离子诱导的Au和Bi来说，显著高于计算值（span>${\sigma }_r^X$（ECP）。同样，两种研究元素的平均L壳层荧光产额也比计算值高出三倍。众所周知，高速离子与物质的相互作用会导致...

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。