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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林津慧
研究生(外文):Ching-Hui Lin
論文名稱:質子(H+)與氫分子離子(H2+、H3+)撞擊N2、O2及N2O分子產生之巴耳曼(Balmer)光譜的研究
論文名稱(外文):質子( H+ )與氫分子離子( H2+、H3+ )撞擊N2、O2及N2O分子產生之巴耳曼( Balmer )光譜的研究
指導教授:李敬萱
指導教授(外文):Chin-Shuang Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:物理研究所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:電荷交換游離過程
外文關鍵詞:Charge exchangeIonization process
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當一加速的質子或氫分子離子束撞擊靶氣分子時,會將靶氣分子最外層的電子游離,接著質子或氫分子離子便會與電子結合,形成激態( Excited State ) 粒子,隨後這些激態粒子會經由降激 ( De-excitation ) 過程而放出光子。本實驗的主要目的是利用 3 keV ~ 10 keV 的離子射束加速電壓加速不同的氫離子束 H+、H2+ 或 H3+ 後,分別碰撞氧氣、氮氣或氧化亞氮後,研究質子與氫分子離子在電子捕獲 ( Electron Capture ) 過程中所產生的氫巴耳曼系列 ( Balmer — Series ) 光譜。
在 3000Å ~ 5000Å 波段範圍間,我們可以很明顯地觀察到 Hβ( 4861Å;n = 4→n = 2 ) 與 Hγ ( 4340Å;n = 5→n = 2 ) 此兩條氫光譜線。在整個實驗過程中,碰撞的靶氣壓力固定在 4 mtorr,這主要是為了保持被碰撞的氣體分子數目為固定;而靶氣壓力會選擇 4 mtorr ,乃是考慮到要使碰撞過程保持單一碰撞 ( Single Collision )。
由實驗結果發現,H3+ 撞擊相同的靶氣所量測到的光譜強度最大,H2+ 其次,而 H+ 最小;而當入射離子的速度愈快,則量測到的光譜截面積 ( Emission Cross Section ) 會愈小。此外,我們也將就入射離子和靶氣分子的大小及游離能與光譜強度的關係進行討論。


當一加速的質子或氫分子離子束撞擊靶氣分子時,會將靶氣分子最外層的電子游離,接著質子或氫分子離子便會與電子結合,形成激態( Excited State ) 粒子,隨後這些激態粒子會經由降激 ( De-excitation ) 過程而放出光子。本實驗的主要目的是利用 3 keV ~ 10 keV 的離子射束加速電壓加速不同的氫離子束 H+、H2+ 或 H3+ 後,分別碰撞氧氣、氮氣或氧化亞氮後,研究質子與氫分子離子在電子捕獲 ( Electron Capture ) 過程中所產生的氫巴耳曼系列 ( Balmer — Series ) 光譜。
在 3000Å ~ 5000Å 波段範圍間,我們可以很明顯地觀察到 Hβ( 4861Å;n = 4→n = 2 ) 與 Hγ ( 4340Å;n = 5→n = 2 ) 此兩條氫光譜線。在整個實驗過程中,碰撞的靶氣壓力固定在 4 mtorr,這主要是為了保持被碰撞的氣體分子數目為固定;而靶氣壓力會選擇 4 mtorr ,乃是考慮到要使碰撞過程保持單一碰撞 ( Single Collision )。
由實驗結果發現,H3+ 撞擊相同的靶氣所量測到的光譜強度最大,H2+ 其次,而 H+ 最小;而當入射離子的速度愈快,則量測到的光譜截面積 ( Emission Cross Section ) 會愈小。此外,我們也將就入射離子和靶氣分子的大小及游離能與光譜強度的關係進行討論。


摘要 ……………………………………………………………………
目錄 …………………………………………………………
圖目錄 …………………………………………………………
表目錄 …………………………………………………………
第一章 前言 ……………………………………………………………1
第二章 實驗基本原理 ……………………………………………… 4
2-1氫離子 ( H+ , H2+ , H3+ ) 與靶氣體分子 ( N2 , O2 , N2O ) 的
碰撞………………………………………………………… 4
2-2氫的巴耳曼序列光譜 …………………………………… 5
2-3歸一化方法………………………………………………… 6
2-4相對的輻射截面積……………………………………7
第三章實驗設備與實驗步驟 ……………………………………8
3-1實驗儀器介紹……………………………………………8
3-1-1 離子源系統 ( Ion Source System )…………………… 8
3-1-2碰撞區域 ( Collision Region )………………………… 9
3-1-3光源收集系統 ( Optical Detection System )……………10
3-1-4電子及資料收集系統 ( Electronic and Data Acquisition System )………………………………………………… 10
3-1-5 真空系統 ( Vacuum System )………………………… 11
3-2 實驗步驟………………………………………………15
第四章 實驗結果與分析……………………………………22
4-1典型光譜圖與幅射截面積計算……………………………21
4-1-1 實驗結果之典型光譜圖………………………………21
4-1-2 光譜幅射截面積計算…………………………………23
4-2分光儀光柵寬度與光譜強度的關係…………………… 27
4-3靶氣體壓力與光譜強度的關係………………………… 28
4-4 不同離子種類與能量之氫巴耳曼光譜的比較………..…30
4-4-1 巴耳曼β光譜與γ光譜的比較………………………34
4-4-2 不同入射離子與靶氣體碰撞的比較…………………35
4-4-3 入射離子與不同靶氣碰撞的比較……………………42
4-5 影響氫巴耳曼系列光譜強度因素之分析與探討…………49
4-5-1 入射離子速度的影響………………………………… 49
4-5-2 入射離子結構( Structure of Projectiles )大小的影響… 50
4-5-3 靶氣體結構大小 ( Target Size ) 的影響…………… 50
4-5-4 游離能 ( Potential Energy Defect ) 的影響……………51
第五章 結論 ………………………………………………………… 59
參考文獻…………………………………………………………………61
附錄一. 主要程式……………………………………………61
附錄二. 電腦所記錄下的數值………………………………69
附錄三. 游離能的值 …………………………………………70


1. Pan Guangyan, Lei Ziming, Yang Feng, Liu Jiarui, Yu Dehong and Sun Xiang, Chinese Phys. Lett. Vol.6 no.7 301(1989)2. F. B. Yousif,J. Geddes and H. B. Gilbody, J. Phys.B:At. Mol. Phy. 19 (1986) 217-231 3. R. J.Conrads , T. W. Nichols ,J. C. Ford , and E.W.Thomas , Physical Review A, Vol.7 no.6 1928 (1973)4. R. H. Hughes, H. R. Dawson and B. M. Doughty, Physical Review, Vol.164 no.1 166 (1967)5. W. R. Hess, Physical Review A, Vol.9 no.5 2036 (1974)6. R. H. Hughes, C. A. Stigers , B. M. Doughty, E. D. Stokes , Physical Review A, Vol.1 no.5 1424 (1970)7. R. H. Hughes, H. R. Dawson, B. M. Doughty, D. B. Kay, and C. A. Stigers, Physical Review , Vol.146 no.1 53 (1966)8. Bert Van Zal, Duane Jaecks, Donavon Pretzer, and Ronald Geballe, Physical Review Vol.158 no.1 29 (1967)9. R. L. Fitzwilson, and E. W. Thomas, Physical Review A Vol.3 no.4 1305 (1971)10. E. W. Kauppila, P. J. O. Teubner, W. L. Fite, and R. J. Girnius, Physical Review A, Vol.2 no.5 1759 (1970)11. R. H. Hughes, E. D. Stokes, Song-Sik Choe, and T. J.King, Physical Review A 4,1453(1971)12. Robert Eisberg and Robert Resnick , Quantum Physics of Atom,Molecules,Solids,Nuclei.and Particle,Table 4-1 & Fig. 4-1213. Atsushi Matsumoto et al., J. Phys. Soc. Japan, 48(2)567 (1980)14. E. P. Kanter et al., Nucl. Instr. & Meth. 170 87(1980)15. M. J. Gaill et al., Phys. Rev. A 17 1797(1978)16. CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press F107.CRC Press,Inc. Boca Raton, Florida17. Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics18. A.A. Radzig and B.M. Smirnov, Reference data on atoms, molecules,and ions ,p88 table5.1 and p232 table7.419. A.A. Radzig and B.M. Smirnov, Reference data on atoms, molecules,and ions ,p224 table7.3

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