15-30 keV电子轰击厚铅靶L壳层X射线产额与产生截面的实验测定及其理论验证

本研究针对高原子序数元素L壳层电离截面数据匮乏的问题，通过15-30 keV电子轰击厚铅靶（Pb, Z=82），首次系统测量了Lα 、Lβ 、Lγ 及Ll 线X射线产额与产生截面。研究采用蒙特卡罗PENELOPE代码与扭曲波玻恩近似(DWBA)模拟对比，验证了厚靶方法的可靠性，填补了Ll 线实验数据空白，为EPMA（电子探针微区分析）、AES（俄歇电子能谱）等应用提供了关键参数。

　　

在原子物理与材料科学领域，电子与物质相互作用产生的内壳层电离现象一直是研究热点。尽管K壳层电离已有大量数据，但高Z元素L壳层和M壳层的电离截面仍存在显著空白。铅（Z=82）作为典型高原子序数材料，其L壳层电离涉及复杂的子壳层跃迁（如L₁
→L₃
的科斯特-克勒尼希跃迁），且现有理论模型对L₁
和L₂
子壳层的预测与实验存在偏差。此外，厚靶实验中多重碰撞效应与薄靶的厚度测量误差，使得数据可靠性面临挑战。

为解决上述问题，来自原子物理实验室的研究团队在《Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena》发表了关于15-30 keV电子轰击厚铅靶的L壳层X射线系统性研究。该工作首次报道了L_l
线的能量依赖性产额，并通过蒙特卡罗PENELOPE代码与DWBA理论对比，验证了厚靶公式在计算X射线产生截面时的适用性。

关键技术方法
实验采用0.1 mm厚铅靶，施加36 V偏压抑制二次电子逃逸。电子束以45°入射，通过硅漂移探测器(SDD)采集X射线谱，结合效率校正因子ε(k)计算产额。采用An等提出的厚靶公式，整合电子阻止本领与光子衰减效应，推导X射线产生截面。

研究结果

Methodology
实验测得L_α
、L_β
、L_γ
和L_l
线产额与蒙特卡罗模拟结果吻合（误差<10%），证实厚靶方法的准确性。特别发现L_l
线强度比L_α
低1-2个数量级，需高灵敏度探测器捕捉。

Data analysis
通过公式Y(E₀
)=N_x
(E₀
)/[N_e
ε(k)]计算产额，结合厚靶理论反推截面。结果显示L₃
子壳层截面与DWBA一致，但L₁
/L₂
偏差暗示需改进相对论效应修正模型。

Results and discussion
与Tian等数据的对比显示，尽管入射角差异（本研究45° vs 其90°），但L_α
产额趋势一致。L_β
/L_α
强度比在20 keV出现峰值，反映子壳层跃迁概率的能量依赖性。

Conclusion
研究首次提供了15-30 keV区间L_l
线的完整实验数据，证实厚靶公式可有效修正多重散射效应。L₃
子壳层截面的良好一致性支持DWBA模型，而L₁
/L₂
差异为理论优化指明方向。该成果不仅完善了原子数据库，更为EPMA定量分析和辐射防护设计提供了实验基准。

讨论意义
该工作突破了传统薄靶实验的局限性，通过厚靶方法规避了薄膜制备误差，同时首次实现L_l
线（对应L₃
→M₁
跃迁）的定量测量。研究揭示的L壳层截面能量依赖性，对理解高Z元素内壳层激发机制具有普适价值，并为等离子体诊断、X射线光源设计等应用提供关键参数。