气体的光电离

用同步辐射测量原子截面

主要适用于以下领域：原子与等离子体物理学、太阳和大气研究、X射线诊断、气体分析

德国联邦物理技术研究院（PTB）与位于弗赖堡的弗劳恩霍夫物理测量技术研究所（IPM）合作，在PTB的计量光源（MLS）上测量了VUV光谱范围内稀有气体的光电离相互作用截面。测量结果使现有的数据集得以扩展，测量不确定度更小，并且具有可靠的国际单位制（SI）计量溯源。这些测量结果可用于太阳能和大气研究，表征X射线激光并分析燃烧气体。

图示为在计量光源（MLS）上用同步加速器辐射测量原子电离截面的双电离室

为了进行测量，弗劳恩霍夫物理测量技术研究所（IPM）开发了一种双电离室，用于PTB的计量光源（MLS），并利用了波长范围从25 nm到90 nm的同步加速器辐射。这种双电离室内的气体压力高达数十 Pa，这种条件下的光吸收会导致入射辐射功率衰减并发射光电子，特别是会产生带正电的光离子。由于这些光离子是在两个连续排列的阳极上被静电提取后检测到的，因此可以测量光衰减，从而确定光吸收和光电离的横截面。此外，两个离子信号提供了入射辐射功率的证据。

实验过程是在PTB计量光源（MLS）上进行的，其间对双电离室进行了彻底的表征，重点是压力梯度对进入和离开双电离室的同步加速器辐射之间的信号的影响。He，Ne，Ar，Kr和Xe的光电离截面的相对标准测量不确定度大约为10-3，比以前的数据要低一个数量级，并且在合成不确定度范围内与它们高度吻合。

结果已用于验证使用相同类型的双电离室获得的测量数据。从2008年至2017年，这种双电离室被用于国际空间站（ISS）的SolACES模块中，以研究太阳辐射。此外，以新的相互作用横截面测量值为基础，还可以提高专门为此应用优化的气体监测器对自由电子激光辐射的定量检测。这些数据集对于开发可溯源至SI的气体分析方法也非常重要。

——编译：李莉萍

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