氫及其同位素分子離子解離裝置及離解方法
【專利摘要】一種氫及其同位素分子離子解離裝置及離解方法，利用中心波長為200納米的超短共振紫外脈沖將氫及其同位素分子離子中的電子激發(fā)到解離態(tài)，然后利用中心波長為25.6微米的太赫茲脈沖（11.7太赫茲）控制解離態(tài)上電子的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氫及其同位素分子離子解離過程的控制，進(jìn)而用于化學(xué)反應(yīng)過程的控制。模擬結(jié)果表明，對(duì)于H2+，本發(fā)明可以將99.3%的解離態(tài)上的電子控制在選定的核子上，對(duì)D2+和T2+而言，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)98.9%和98.2%的解離控制率。
【專利說明】氫及其同位素分子離子解離裝置及離解方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及氫及其同位素，特別是一種氫及其同位素分子離子解離裝置及離解方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾十年，控制化學(xué)反應(yīng)中電子和其他分子碎片的運(yùn)動(dòng)一直是科學(xué)研究的熱點(diǎn)?？刂品肿託埰\(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要目的是通過選擇性的斷開或鏈接某一化學(xué)鍵，從而實(shí)現(xiàn)控制化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的目的。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，特別是相位穩(wěn)定的周期量級(jí)脈沖激光的出現(xiàn)，使得利用激光控制分子的解離和化學(xué)反應(yīng)成為現(xiàn)實(shí)。
[0003]利用脈沖激光控制分子的解離和化學(xué)反應(yīng)，目前實(shí)驗(yàn)中通常將超短近紅外脈沖作為泵浦和探測光源。對(duì)D2+而言，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:近紅外光脈沖僅能達(dá)到55.5%的解離控制率[參考文獻(xiàn):M.F.Kling, Ch.Siedschlag, A.J.Verhoef, J.1.Khan, M.Schultze, Th.Uphues, Y.Ni, M.Uiberacker, M.Drescher, F.Krausz, M.J.J.Vrakkingl, “Control ofElectron Localization in Molecular Dissociation,，，Science312246_248 (2006)。]。因此，現(xiàn)有的技術(shù)手段對(duì)氫及其同位素分子離子的解離控制效果很差，更不用說質(zhì)量更大的分子的解離控制了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在解決上述超短近紅外光脈沖對(duì)分子的解離和化學(xué)反應(yīng)的控制效率低的問題，提供一種氫及其同位素分子離子解離裝置及離解方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0006]一種氫及其同位素分子離子解離裝置，其特點(diǎn)在于該裝置的構(gòu)成包括鈦寶石激光器，沿該鈦寶石激光器的激光輸出方向是分光鏡，該分光鏡將入射光分為透射光束和反射光束，在反射光束方向依次是太赫茲脈沖產(chǎn)生裝置、第二可調(diào)光闌和真空腔，在該真空腔內(nèi)設(shè)有噴氣嘴，在該噴氣嘴的一側(cè)依次是加速電極、微通道板探測器、可見光CCD，該可見光CCD與所述的真空腔的一壁密封連接；所述的透射光束依次經(jīng)第一全反鏡、第二全反鏡組成的時(shí)間延時(shí)器、800納米激光脈沖的4倍頻片、脈沖光柵壓縮片、第三全反鏡和第一可調(diào)光闌進(jìn)入真空腔的噴氣嘴，所述的噴氣嘴經(jīng)控制閥通過軟管與氣體瓶相連；氣瓶共有三個(gè)，里面分別裝有液態(tài)的H2, D2和T2氣體，其中一個(gè)與控制閥相連，另兩個(gè)備用。
[0007]利用上述氫及其同位素分子離子解離裝置進(jìn)行分子離子解離的方法，其特點(diǎn)在于該方法包括下列步驟:
[0008]I)將真空腔密封，先用分子泵抽至10_3帕斯卡，用離子泵將真空腔抽至10_7至
10,帕斯卡，打開控制閥，通過調(diào)節(jié)控制閥的噴氣頻率，將真空腔的氣壓控制在1.5X10_5至2.5X 10_5帕斯卡，控制閥與氣瓶相連，氣瓶中裝有液態(tài)的H2氣；
[0009]2)打開鈦寶石激光器，使其產(chǎn)生穩(wěn)定相位的總弛豫時(shí)間為100飛秒、中心波長為800納米的線偏振激光脈沖，鈦寶石激光器的輸出能量應(yīng)不小于8毫焦，該800納米的激光束通過所述的分光鏡分為透射光束和反射光束，反射光束通過太赫茲產(chǎn)生裝置轉(zhuǎn)換成中心波長為25.6微米，總弛豫時(shí)間為100飛秒的太赫茲脈沖，通過第二可變光闌調(diào)節(jié)，讓太赫茲脈沖的功率密度保持在3.0X IO12至5.0X IO12瓦/平方厘米并輸入真空腔的噴氣嘴出口的帶電粒子束中；所述的透射光束激光脈沖通過經(jīng)第一全反鏡、第二全反鏡組成的時(shí)間延時(shí)器后，經(jīng)所述的800納米激光的4倍頻片和脈沖光柵壓縮片，將其調(diào)成中心波長為200納米，總弛豫時(shí)間為6.0飛秒的超短紫外脈沖，通過第一可調(diào)光闌的調(diào)節(jié)，將200納米的超短紫外光的功率密度保持在6.0X IO13至8.0X IO13瓦/平方厘米，經(jīng)第三全反鏡的反射進(jìn)入真空腔的噴氣嘴出口的帶電粒子束中；
[0010]3)進(jìn)一步精調(diào)所述的第三全反鏡，使超短紫外脈沖與太赫茲脈沖以小于5°的夾角相交于噴氣嘴出口的帶電粒子束中；
[0011]4)用可見光CXD相機(jī)將微通道板探測器熒光屏上帶正電的核子H+，的動(dòng)量分布拍攝下來，然后用計(jì)算機(jī)讀出圖片上各點(diǎn)的數(shù)據(jù)P(,及##)，利用下列公式計(jì)算出熒光屏上
部分、下部分的帶正電核子的動(dòng)量:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種氫及其同位素分子離子解離裝置，其特征在于該裝置的構(gòu)成包括鈦寶石激光器(I),沿該鈦寶石激光器(I)的激光輸出方向是分光鏡(6),該分光鏡(6)將入射光分為透射光束和反射光束，在反射光束方向依次是太赫茲脈沖產(chǎn)生裝置(2)、第二可調(diào)光闌(8 — 2)和真空腔(5)，在該真空腔(5)內(nèi)設(shè)有噴氣嘴(5 - 2)，在該噴氣嘴(5 - 2)的一側(cè)依次是加速電極(5 — 3)、微通道板探測器(5 — 4)、可見光CXD (5 — 5)，該可見光CXD (5 — 5)與所述的真空腔(5)的一壁密封連接；所述的透射光束依次經(jīng)第一全反鏡(7 -1)、第二全反鏡(7 — 2)組成的時(shí)間延時(shí)器(11)、800納米激光脈沖的4倍頻片(3)、脈沖光柵壓縮片(4)、第三全反鏡(7 - 3)和第一可調(diào)光闌(8 -1)進(jìn)入真空腔(5)的噴氣嘴(5 - 2)，所述的噴氣嘴(5 - 2)經(jīng)控制閥(9)通過軟管與氣體瓶(10)相連；氣瓶(10)共有三個(gè)，里面分別裝有液態(tài)的H2, D2和T2氣體，其中一個(gè)與控制閥(9)相連，另兩個(gè)備用。
2.利用權(quán)利要求1所述的氫及其同位素分子離子解離裝置進(jìn)行分子離子解離的方法，其特征在于該方法包括下列步驟:O將真空腔密封，先用分子泵抽至10_3帕斯卡，用離子泵將真空腔抽至10_7至10,帕斯卡，打開控制閥(9)，通過調(diào)節(jié)控制閥(9)的噴氣頻率，將真空腔(5)的氣壓控制在.1.5X10_5至2.5X10-5帕斯卡，控制閥(9)與氣瓶(10)相連，氣瓶(10)中裝有液態(tài)的H2氣； .2)打開鈦寶石激光器(1)，使其產(chǎn)生穩(wěn)定相位的總弛豫時(shí)間為100飛秒、中心波長為.800納米的線偏振激光脈沖，鈦寶石激光器的輸出能量應(yīng)不小于8毫焦，該800納米的激光束通過所述的分光鏡(6)分為透射光束和反射光束，反射光束通過太赫茲產(chǎn)生裝置(2)轉(zhuǎn)換成中心波長為25.6微米，總弛豫時(shí)間為100飛秒的太赫茲脈沖，通過第二可變光闌(8 -.2)調(diào)節(jié)，讓太赫茲脈沖的功率密度保持在3.0X IO12至5.0X IO12瓦/平方厘米并輸入真空腔(5)的噴氣嘴(5 - 2)出口的帶電粒子束(5 — I)中；所述的透射光束激光脈沖通過經(jīng)第一全反鏡(7 -1)、第二全反鏡(7 - 2)組成的時(shí)間延時(shí)器(11)后，經(jīng)所述的800納米激光的4倍頻片(3)和脈沖光柵壓縮片(4)，將其調(diào)成中心波長為200納米，總弛豫時(shí)間為6.0飛秒的超短紫外脈沖，通過第一可調(diào)光闌(8 -1)的調(diào)節(jié)，將200納米的超短紫外光的功率密度保持在6.0X IO13至8.0X IO13瓦/平方厘米，經(jīng)第三全反鏡(7 — 3)的反射進(jìn)入真空腔(5)的噴氣嘴(5 - 2)出口的帶電粒子束(5 — I)中； .3)進(jìn)一步精調(diào)所述的第三全反鏡(7- 3)，使超短紫外脈沖與太赫茲脈沖以小于5°的夾角相交于噴氣嘴(5 - 2)出口的帶電粒子束(5 — I)中； . 4)用可見光CXD相機(jī)將微通道板探測器(5- 4)熒光屏上帶正電的核子(H+，D+或T+)的動(dòng)量分布拍攝下來，然后用計(jì)算機(jī)讀出圖片上各點(diǎn)的數(shù)據(jù)/>(,,武的，利用下列公式計(jì)算出熒光屏上部分、下部分的帶正電核子的動(dòng)量:
【文檔編號(hào)】B01D59/34GK103949158SQ201410161283
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】賈正茂, 曾志男, 李儒新, 徐至展 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所