RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 4, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2023

 / 

Декабрь

←  →

Обзоры актуальных проблем


Атомные процессы с участием многозарядных ионов

† , ‡ 
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Ленинский проспект 53, Москва, 119991, Российская Федерация

Рассмотрены атомные процессы ионизации, рекомбинации и перезарядки при столкновении положительных ионов с атомами, ионами, электронами и молекулами, а также влияние этих процессов при взаимодействии ионных пучков со средами в широкой области энергий — от низких до суперрелятивистских, но в основном при энергиях E ∼ 10 кэВ/нуклон — 100 ГэВ/нуклон. Изложены основные особенности эффективных сечений процессов в зависимости от энергии столкновения, атомной структуры и эффектов плотности в газах, твёрдом теле и плазме. Детально изучена роль процессов диэлектронной рекомбинации при взаимодействии пучков тяжёлых многоэлектронных ионов с плазмой. Обзор охватывает экспериментальные и теоретические достижения за последние 5—10 лет в области физики ускорителей и физики столкновений тяжёлых ионов с атомными системами.

Текст: pdf (Полный текст предоставляется по подписке)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2022.12.039289
Ключевые слова: эффективные сечения и скорости атомных процессов, перезарядка, ионизация, диэлектронная рекомбинация, взаимодействие ионных пучков с газами, плазмой и фольгами, время жизни ионного пучка
PACS: 34.10.+x, 34.50.Fa, 34.70.+e (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2022.12.039289
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2023/12/a/
001172931200002
2-s2.0-85183017986
2023PhyU...66.1177T
Цитата: Толстихина И Ю, Шевелько В П "Атомные процессы с участием многозарядных ионов" УФН 193 1249–1283 (2023)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 9 ноября 2022, доработана: 5 декабря 2022, 8 декабря 2022

English citation: Tolstikhina I Yu, Shevelko V P “Atomic processes involving highly charged ions” Phys. Usp. 66 1177–1210 (2023); DOI: 10.3367/UFNe.2022.12.039289

Список литературы (184) ↓ Похожие статьи (20)

  1. Толстихина И Ю, Шевелько В П УФН 183 225 (2013); Tolstikhina I Yu, Shevelko V P Phys. Usp. 56 213 (2013)
  2. Толстихина И Ю, Шевелько В П УФН 188 267 (2018); Tolstikhina I Yu, Shevelko V P Phys. Usp. 61 247 (2018)
  3. Tolstikhina I, Imai M, Winckler N, Shevelko V Basic Atomic Interactions of Accelerated Heavy Ions in Matter: Atomic Interactions of Heavy Ions (Springer Ser. on Atomic, Optical, and Plasma Physics) Vol. 98 (Cham: Springer Intern. Publ., 2018)
  4. Собельман И И, Вайнштейн Л А, Юков Е А Возбуждение атомов и уширение спектральных линий (М.: Наука, 1979); Пер. на англ. яз., Sobelman I I, Vainshtein L A, Yukov E A Excitation of Atoms and Broadening of Spectral Lines (Berlin: Springer-Verlag, 1981)
  5. Janev R K, Presnyakov L P, Shevelko V P Physics of Highly Charged Ions (Springer Series in Electrophysics) Vol. 13 (Berlin: Springer-Verlag, 1985); Пер. на русск. яз., Пресняков Л П, Шевелько В П, Янев Р К Элементарные процессы с участием многозарядных ионов (М.: Энергоатомиздат, 1986)
  6. Соловьёв Е А Новые подходы в квантовой физике (М.: Физматлит, 2019)
  7. Steck M, Litvinov Yu A Prog. Part. Nucl. Phys. 115 103811 (2020)
  8. Paul N et al Phys. Rev. Lett. 126 173001 (2021)
  9. Ma X et al Chinese Phys. B 31 093401 (2022)
  10. Sigmund P Particle Penetration and Radiation Effects Vol. 2 Penetration of Atomic and Molecular Ions (Springer Ser. in Solid-State Sciences) Vol. 179 (Cham: Springer, 2014)
  11. Rosmej F B, Astapenko V A, Lisitsa V S Plasma Atomic Physics (Springer Ser. on Atomic, Optical, and Plasma Physics) Vol. 104 (Cham: Springer, 2021)
  12. Диканский Н C и др УФН 188 481 (2018); Dikanskii N S et al Phys. Usp. 61 424 (2018)
  13. Shevelko V P, Winckler N, Tolstikhina I Yu Phys. Rev. A 101 012704 (2020)
  14. Budker D et al Ann. Physik 534 2100284 (2022)
  15. Oganessian Yu Ts, Utyonkov V K Rep. Prog. Phys. 78 036301 (2015)
  16. Yamaguchi Y et al Prog. Part. Nucl. Phys. 120 103882 (2021)
  17. Schardt D, Elsässer Th, Schulz-Ertner D Rev. Mod. Phys. 82 383 (2010)
  18. Trautmann C Ion Beams in Nanoscience and Technology (Ed. R Hellborg, H J Whitlow, Y Zhang) (Heidelberg: Springer-Verlag, 2009)
  19. Nuclotron-based Ion Collider fAcility, NICA, http://nica.jinr.ru/
  20. Kekelidze V D et al Eur. Phys. J. A 52 211 (2016)
  21. Козлов О С и др ЭЧАЯ 53 1220 (2022); Kozlov O S Phys. Part. Nucl. 53 1021 (2022)
  22. Placzek W et al Acta Phys. Polon. B 50 1191 (2019)
  23. Henning W F (Ed.) "International Accelerator Facility for Beams of Ions and Antiprotons", GSI-Darmstadt, November 2001, http://www.fair-center.de/fileadmin/fair/publicationsFAIR/FAIR-CDR.pdf
  24. Shevelko V, Tawara H Atomic Multielectron Processes (Berlin: Springer, 1998)
  25. Matsuo T et al Phys. Rev. A 50 1178 (1986)
  26. Eichler J, Meyerhof W E Relativistic Atomic Collisions (San Diego, CA: Academic Press, 1995)
  27. Eichler J, Stöhlker T Phys. Rep. 439 1 (2007)
  28. Müller A Adv. Atom. Mol. Opt. Phys. 55 293 (2008)
  29. Poth H Phys. Rep. 196 135 (1990)
  30. Bates D R, Moffett R J Nature 205 272 (1965)
  31. Райзер Ю П Физика газового разряда (М.: Наука, 1992); Пер. на англ. яз., Raizer Yu P Gas Discharge Physics (Berlin: Springer, 1997)
  32. Бейгман И Л, Вайнштейн Л А, Сюняев Р А УФН 95 269 (1968); Beigman I L, Vainshtein L A, Syunyaev R A Sov. Phys. Usp. 11 411 (1968)
  33. Melchert F "Charge changing processes in ion-ion collisions" Atomic Physics with Heavy Ions (Springer Ser. on Atoms + Plasmas) Vol. 26 (Eds H Beyer H, V P Shevelko) (Berlin: Springer, 1999)
  34. Shevelko V P et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 269 1455 (2011)
  35. Tolstikhina I Yu et al ЖЭТФ 146 5 (2014); Tolstikhina I Yu et al J. Exp. Theor. Phys. 119 1 (2014)
  36. Rashid K, Saadi M Z, Yasin M Atom. Data Nucl. Data Tabl. 40 365 (1988)
  37. Lotz W J. Opt. Soc. Am. 58 915 (1968); Lotz W J. Opt. Soc. Am. 60 206 (1970)
  38. Erb W GSI Report P-7-78 (Darmstadt: GSI, 1978)
  39. Perumal A N et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 227 251 (2005)
  40. Shevelko V P et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 278 63 (2012)
  41. Shevelko V P et al J. Phys. B 43 215202 (2010)
  42. Litsarev M S Comput. Phys. Commun. 184 432 (2013)
  43. Olson R E et al J. Phys. B 37 4539 (2004)
  44. Weber G et al Phys. Rev. ST Accel. Beams 18 034403 (2015)
  45. Anholt R, Becker U Phys. Rev. A 36 4628 (1987)
  46. Scheidenberger C et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 142 441 (1998)
  47. Anholt R Phys. Rev. A 19 1004 (1979)
  48. Anholt R et al Phys. Rev. A 36 1586 (1987)
  49. Bertulani C A, Baur G Phys. Rep. 163 299 (1988)
  50. Voitkiv A B Phys. Rep. 392 191 (2004)
  51. Voitkiv A, Ullrich J Relativistic Collisions of Structured Atomic Particles (Springer Series on Atomic, Optical, and Plasma Physics) (Berlin: Springer, 2008)
  52. Baur G et al Phys. Rev. A 80 012713 (2009)
  53. Geissel H et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 195 3 (2002)
  54. Dutheil Y et al "Gamma Factory for CERN initiatives — progress report" European Physical Society Conf. on High Energy Physics EPS-HEP2019, 10-17 July, 2019, Ghent, Belgium p. 020; Dutheil Y et al PoS EPS-HEP2019 020 (2019)
  55. Mueller D et al Phys. Plasmas 8 1753 (2001)
  56. Watson R L et al Phys. Rev. A 67 022706 (2003)
  57. Olson R E et al J. Phys. B 37 4539 (2004)
  58. Olson R E, Ullrich J, Schmidt-Böcking H Phys. Rev. A 39 5572 (1989)
  59. Olson R E Atomic, Molecular, and Optical Physics Handbook (Ed. G W F Drake) (Woodbury, NY: AIP Press, 1996) p. 869
  60. Lo H H, Tite W L Atom. Data 1 305 (1969)
  61. Фирсов О Б ЖЭТФ 36 1517 (1959); Firsov O B Sov. Phys. JETP 9 1076 (1959)
  62. Kunc J A, Soon W H J. Chem. Phys. 95 5738 (1991)
  63. Shevelko V P et al J. Phys. B 42 065202 (2009)
  64. Franzke B IEEE Trans. Nucl. Sci. 28 2116 (1981)
  65. DuBois R D et al Phys. Rev. A 70 032712 (2004)
  66. Smolyakov A, Spiller P Internal Note ACC-note-internal-2006-001 (Darmstadt: GSI, 2006)
  67. Klinger H, Muller A, Salzborn E J. Phys. B 8 230 (1975)
  68. Ryufuku H, Watanabe T Phys. Rev. A 19 1538 (1979)
  69. Пресняков Л П, Уланцев А Д Квантовая электроника 1 3277 (1974); Presnyakov L P, Ulantsev A D Sov. J. Quantum Electron. 4 1320 (1975)
  70. Чибисов М И Письма в ЖЭТФ 24 56 (1976); Chibisov M I JETP Lett. 24 46 (1976)
  71. Shevelko V P et al J. Phys. B 37 201 (2004)
  72. Schlachter A S et al Phys. Rev. A 27 3372 (1983)
  73. Fermi E Phys. Rev. 57 485 (1940)
  74. Lassen N O Kgl. Danske Vidensk. Selskab. Mat.-Fyz. Medd. 26 (12) (1951)
  75. Bohr N, Lindhard J Kgl. Danske Vidensk. Selskab. Mat.-Fyz. Medd. 28 (7) (1954)
  76. Betz H D, Grodzins L Phys. Rev. Lett. 25 211 (1970)
  77. Geissel H et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. 194 21 (1982)
  78. Баско М М Физика плазмы 10 1195 (1984); Basko M M Sov. J. Plasma Phys. 10 689 (1984)
  79. Валь Х и др Краткие сообщения ФИАН (8) 28 (2001)
  80. Shevelko V P et al J. Phys. B 38 525 (2005)
  81. Ogawa H et al Phys. Rev. A 75 020703 (2007)
  82. Shevelko V P, Winckler N, Tolstikhina I Yu Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 377 77 (2016)
  83. Barat M, Roncin P J. Phys. B 25 2205 (1992)
  84. Klinger H, Muller A, Salzborn Е J. Phys. B 8 230 (1975)
  85. Müller A, Salzborn E Phys. Lett. A 62 391 (1977)
  86. Bárány A et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 9 397 (1985)
  87. Hansen J P, Taulbjerg K Phys. Rev. A 45 R4214 (1992)
  88. Mann R Z. Phys. D 3 85 (1986)
  89. Sidorovich V A, Nikolaev V S, McGuire J H Phys. Rev. A 31 2193 (1985)
  90. Cederquist H et al Phys. Scr. 1999 (T80A) 46 (1999)
  91. Stöhlker Th et al Phys. Rev. A 51 2098 (1995)
  92. Scheidenberger C et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 90 36 (1994)
  93. Fettouhi A et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 245 32 (2006)
  94. Eichler J Phys. Rev. A 32 112 (1985)
  95. Meyerhof W E et al Phys. Rev. A 32 3291 (1985)
  96. Kramers H A Philos. Mag. 46 836 (1923)
  97. Ichihara A, Eichler J Atom. Data Nucl. Data Tabl. 74 1 (2000)
  98. Kröger F M et al Phys. Rev. A 102 042825 (2020)
  99. Stobbe M Ann. Physik 399 661 (1930)
  100. Stöhlker Th et al AIP Conf. Proc. 506 389 (2000)
  101. Fritzsche S, Surzhykov A, Stöhlker Th Phys. Rev. A 72 012704 (2005)
  102. Meng L, Reinhold C O, Olson R E Phys. Rev. A 40 3637 (1989)
  103. Watson R L et al Phys. Rev. A 67 022706 (2003)
  104. Knudsen H, Haugen H K, Hvelplund P Phys. Rev. A 24 2287 (1981)
  105. Nakai Y et al Phys. Scr. 1989 (T28) 77 (1989)
  106. Meyer F W et al Phys. Rev. A 19 515 (1979)
  107. Bohr N, Lindhard J Kgl. Danske Vidensk. Selskab. Mat.-Fyz. Medd. 28 1 (1954)
  108. Olson R E, Salop A Phys. Rev. A 14 579 (1976)
  109. Bottcher C Coherence and Correlations in Atomic Collisions (Eds H Kleinpoppen, J F Williams) (New York: Plenum Press, 1980)
  110. Bozyk L et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 372 102 (2016)
  111. Krasny M W "The Gamma Factory proposal for CERN" arXiv:1511.07794
  112. Hirlaender S et al Proc. of the 9th Intern. Particle Accelerator Conf., IPAC2018, April 29-May 4, 2018, Vancouver, BC, Canada (Geneva: JACoW, 2018), THPMF015
  113. Placzek W et al Acta Phys. Polon. B 50 1191 (2019)
  114. Schaumann M et al J. Phys. Conf. Ser. 1350 012071 (2019)
  115. Tolstikhina I Yu, Shevelko V "Beam-gas collisions at SPS and LHC" Report, March 25, 2019 (Geneva: CERN, 2019)
  116. Kersevan R et al "PSI collisions with residual gas in the SPS and LHC storage rings at CERN", May 2019, unpublished
  117. Сидорин А О, Трубников Г В, Шурхно Н А УФН 186 275 (2016); Sidorin A O, Trubnikov G V, Shurkhno N A Phys. Usp. 59 264 (2016)
  118. Бутенко A B и др Письма в ЖЭТФ 113 784 (2021); Butenko A V JETP Lett. 113 752 (2021)
  119. Shevelko V P et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 421 45 (2018)
  120. Будкер Г И, Скринский А Н УФН 124 561 (1978); Budker G I, Skrinskii A N Sov. Phys. Usp. 21 277 (1978)
  121. Пархомчук В В, Скринский А Н УФН 170 473 (2000); Parkhomchuk V V, Skrinskii A N Phys. Usp. 43 433 (2000)
  122. Shi W et al Eur. Phys. J. D 15 145 (2001)
  123. Будкер Г И Атомная энергия 22 346 (1967); Budker G I Sov. Atom. Energy 22 438 (1967)
  124. Grieser M "The Heavy Ion Storage Ring TSR" talk at 64th ISCC Meeting, CERN, July 3, 2012
  125. Grieser M et al Eur. Phys. J. Spec. Top. 207 1 (2012)
  126. Philippov A V, Kuznetsov A B, Meshkov I N Proc. Workshop on Beam Cooling and Related Topics, COOL'11, September 12-16, 2011, Alushta (Dubna: JINR, 2011) p. 48
  127. Krantz C et al Phys. Rev. Accel. Beams 24 050101 (2021)
  128. Schippers S et al Phys. Scr. 2011 ((T144)) 014039 (2011)
  129. Gao H et al Hyperfine Interact. 99 301 (1996)
  130. Lotz W Z. Phys. 220 466 (1969)
  131. Beigman I L, Shevelko V P, Tawara H Phys. Scr. 53 534 (1996)
  132. Schury D et al J. Phys. Conf. Ser. 1412 152011 (2020)
  133. Müller A "Ion formation processes: ionization in ion-electroncollisions" Physics of Ion Impact Phenomena (Springer Ser. in Chemical Physics, CHEMICAL) Vol. 5 (Ed. D Mathur) (Berlin: Springer, 1991) p. 13
  134. LaGattuta K J, Hahn Y Phys. Rev. A 24 2273 (1981)
  135. Henry R J W, Msezane A Z Phys. Rev. A 26 2545 (1982)
  136. Müller A et al Phys. Rev. Lett. 61 70 (1988)
  137. Müller A et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 10-11 204 (1985)
  138. Defrance P Atomic and Molecular Processes in Fusion Edge Plasmas (Ed. R K Janev) (New York: Plenum Press, 1995) p. 153
  139. Deutsch H, Becker K, Märk T D Contrib. Plasma Phys. 35 421 (1995)
  140. Fisher V et al J. Phys. B 28 3027 (1995)
  141. Shevelko V P, Tawara H J. Phys. B 28 L589 (1995)
  142. Bélenger C et al J. Phys. B 30 2667 (1997)
  143. Hahn M, Müller A, Savin D W Astrophys. J. 850 122 (2017)
  144. Андреев Г И, Бычков В Л, Шевелько В П Письма в ЖЭТФ 117 428 (2023); Andreev G I, Bychkov V L, Shevelko V P JETP Lett. 117 435 (2023)
  145. Shevelko V P, Tawara H, Salzborn E "Multiple-ionization cross sections of atoms and ions by electron impact" Preprint NIFS-DATA-27 (Nagoya, Japan: Research Information Center, National Institute for Fusion Science, 1995); Shevelko V P, Tawara H, Salzborn E https://www.nifs.ac.jp/report/NIFS-DATA-027.pdf
  146. Shevelko V P et al J. Phys. B 38 525 (2005)
  147. Shevelko V P et al J. Phys. B 39 1499 (2006)
  148. Stenke M et al J. Phys. B 32 3641 (1999)
  149. Mokler P H, Stöhlker Th Adv. Atom. Mol. Opt. Phys. 37 297 (1996)
  150. Carlson T A et al Atom. Data 2 63 (1970)
  151. Gao H et al J. Phys. B 30 L499 (1997)
  152. Badnell N R Astrophys. J. 379 356 (1991)
  153. Tolstikhina I Yu et al J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 246 106944 (2020)
  154. Гуревич А В, Питаевский Л П ЖЭТФ 46 1281 (1964); Gurevich A V, Pitaevskii L P Sov. Phys. JETP 19 870 (1964)
  155. Зельдович Я Б, Райзер Ю П Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений (М.: Наука, 1966); Пер. на англ. яз., Zel'dovich Ya B, Raizer Yu P Physics of Shock Waves and High-Temperature Hydrodynamic Phenomena (New York: Academic Press, 1966, 1967)
  156. Peter Th, Meyer-ter-Vehn J Phys. Rev. A 43 2015 (1991)
  157. Blaum K, Eliseev S, Sturm S Quantum Sci. Technol. 6 014002 (2021)
  158. Oganessian Yu Ts Pure Appl. Chem. 76 1715 (2004)
  159. Betz H-D Rev. Mod. Phys. 44 465 (1972)
  160. Winckler N et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 392 67 (2017)
  161. Shevelko V P, Andreev S N, Tolstikhina I Yu Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 502 37 (2021)
  162. Shevelko V P, Winckler N, Tolstikhina I Yu Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 479 23 (2020)
  163. Imai M, Tolstikhina I Yu, Shevelko V P Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 520 13 (2022)
  164. Betz H D "Heavy ion charge states" Applied Atomic Collision Physics Vol. 4 Condensed Matter (Ed. S Datz) (New York: Academic Press, 1983)
  165. Thieberger P et al IEEE Trans. Nucl. Sci. 32 1767 (1985)
  166. Weick H "Programs to predict charge-state distributions of swift heavy ions" https://web-docs.gsi.de/~weick/charge_states/
  167. The program LISE, http://lise.nscl.msu.edu/lise.html
  168. Rozet J P, Stéphan C, Vernhet D Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 107 67 (1996)
  169. Lamour E et al Phys. Rev. A 92 042703 (2015)
  170. Allison S K Rev. Mod. Phys. 30 1137 (1958)
  171. Frank A et al Phys. Rev. Lett. 110 115001 (2013)
  172. Jacoby J et al Phys. Rev. Lett. 74 1550 (1995)
  173. Morales R Phys. Plasmas 29 093112 (2022)
  174. Gu M F Can. J. Phys. 86 675 (2008)
  175. Bauche-Arnoult C, Bauche J, Klapisch M Phys. Rev. A 20 2424 (1979); Bauche-Arnoult C, Bauche J, Klapisch M Phys. Rev. A 25 2641 (1982)
  176. Safronova U I et al Phys. Scr. 73 143 (2006)
  177. Altun Z et al Astron. Astrophys. 420 775 (2004)
  178. Cowan R D The Theory Atomic Structure and Spectra Vol. 3 (Berkeley, CA: Univ. of California Press, 1992)
  179. Badnell N R J. Phys. B 19 3827 (1986)
  180. Kwon D-H, Lee W J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 179 98 (2016)
  181. Sasaki A, Murakami I J. Phys. B 46 175701 (2013)
  182. Wu Z et al Atoms 3 474 (2015)
  183. Klapisch M Comput. Phys. Commun. 2 239 (1971)
  184. Tolstikhina I Yu, Imai M, Shevelko V P Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 532 27 (2022)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение