近日,西安工程大学理学院周虎老师带领“原子分子构筑及电磁兼容性”研究团队”联合兰州大学陈熙萌教授、西安交通大学赵永涛教授与张鸿飞教授、兰州城市学院王光毅副教授、中陕核陕西秦洲核与辐射安全技术有限公司李源等科研团队在负离子转化研究领域取得新进展，在美国化学协会(ACS)旗下的理论计算领域权威期刊《Journal of Chemical Theory and Computation》在线发表了题为“Negative Ion Conversion by Neutral Carbon Atoms Grazing Scattering from the KI(100) Surface”的学术论文。
论文以西安工程大学为第一署名单位,理学院硕士研究生王艺清为第一作者,西安工程大学理学院周虎博士、兰州城市学院电子工程学院王光毅副教授和兰州大学核科学与技术学院陈熙萌教授为该论文的共同第一通讯作者。
负离子可应用于行星大气演化、14C0考古年鉴、神经组织修复和再生、量子器件和发光设备研制等多个领域。目前,溅射离子源是产生强流C−离子束的常用方法,该类C−离子源通常采用注入Cs的方法用以降低材料表面功函来增大电子俘获几率,进而实现增大离子源引出负离子束流强的目的,其显著缺点是在Cs注入下极难实现加速器束流长时稳定性控制。因此,迫切需要提出一种无铯注入下实现可控、低能、强流、定向、稳定C−离子束的方法。
针对以上技术壁垒,团队提出一种新的方法：将离子源引出的低能、强流、定向、稳定的C+离子束通过H2气室中性化得到低能、强流、定向、稳定的中性C0原子束,再将该C0原子束掠散射绝缘离子晶体KI(100)面,从而得到高产额C–离子转化并引出得到可控、低能、强流、定向、稳定的C–离子束。
该研究针对C0原子束以掠入射角α=1°从绝缘离子晶体KI(100)面散射,散射束中负离子转化产额随入射速度的演化进行了定量理论模拟。模拟结果揭示在入射能量范围EP∈[5.7,14.9] keV, C−离子转换产额高达50％以上。这表明以离子型晶KI(100)作为核心散射转化器件,可实现高比例的C−离子产生。该负离子产生机制可被用于设计下一代碳负离子源,用以研究电子亲和的同位素移位、电子关联效应以及基于碳负离子辐照的分子层面的病理学研究,在碳负离子束辐照促进神经组织修复与再生方面有良好的应用前景。
该工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划项目、陕西省教育厅数理科学基金、西安工程大学博士启动金的支持。（撰稿：周虎 审核：刘玉森 冯进钤 张国青）
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.4c01719
