~1. 原子分子尺度带电粒子与物质相互作用研究及其在放射医学中的应用~

    Interactions between Charged Particles and Matter at the Atom/Molecule Scale

 原子分子尺度带电粒子辐照损伤的微观机理（图1）

      在肿瘤的放射治疗中，通常利用X射线或者是高能带电粒子来杀死癌细胞。质子和碳离子是目前放射治疗中主要使用的带电粒子，然而带电粒子杀死癌细胞的微观机制是什么，在原子分子尺度上到底发生了什么呢？  放射治疗中涉及到丰富的带电粒子与原子分子尺度物质的相互作用过程。比如，碰撞电离是其中至今没有被人们完全认识的过程： 离化电子从什么方向逃逸而且它的速度是多少？单次碰撞中有几个电子同时被离化掉？原子核在其中起着什么样的作用？我们的研究就为了回答和深入认识这些问题。

 

冷靶反冲离子动量谱仪COTRIMS（图2）

       利用冷靶反冲离子动量谱仪COTRIMS装置（图2），则可以获得带电粒子与原子分子碰撞离化中的所有带电碎片的信息，包括电子、离子。四川大学新建的加速器装置可以提供质子、碳离子等高能带电粒子，为开展面向辐射医学物理的带电粒子碰撞诱导有机分子碎裂机制研究提供了绝佳的实验条件。

四川大学3MV串列加速器COLTRIMS谱仪（图3）

       自2021年10月起，研究组在四川大学3MV串列加速器上开始建设COLTRIMS谱仪实验终端（图3），该实验装置可以开展数个MeV能量的带电粒子与原子分子尺度物质的碰撞实验。2022年5月，利用COLTRIMS谱仪实验终端成功开展了2MeV能量He²⁺粒子碰撞诱导氮气分子、氩等气体靶碎裂及电离过程实验。

Relevant publications:

• Physical Review A 105, 022818 (2022) Sequential deprotonation of  the allene trication produced by 30-keV/u He²⁺ impact

Zhencen He, Jiarong Wang, Yu Zhang*, Bo Wang, Jie Han, Baihui Ren, Long Wei, Zihan Xia, Pufang Ma, Tianming Meng, Yaming Zou, Zhimin Hu*, and Baoren Wei*

• Physical Review A 104, 032826 (2021) Single- and double-electron capture in intermediate-energy H⁺+Mg collisions

Junwen Gao, Yueying Qi, Zhihao Yang, Zhimin Hu*, Yiwen Zhang, Yong Wu, Jianguo Wang, Alain Dubois, and Nicolas Sisourat

  

~2. 电子与高电荷态离子碰撞过程研究~

    Collisions of Electron-Highly Charged Ions

原子极化光谱学，电子-电子相互作用中的相对论效应 

在国家重大需求的惯性约束聚变、磁约束聚变等热核聚变科学研究领域中，涉及大量非完全电离等离子体，为了准确理解和模拟这类等离子体的辐射特性，需要对极端条件下基本原子过程有深入的理解和精确描述。这些原子过程常常处于高Z元素原子核的强库伦场中，相对论效应及量子电动力学效应将有重要影响。

研究组利用电子束离子阱（Electron Beam Ion Trap, EBIT）装置，Shanghai-EBIT, Tokyo-EBIT and Heidelberg-EBIT，对电子离子碰撞过程光谱的极化、角分布以及辐射分支比等特性开展了系统性的实验研究工作，并结合相对论理论方法研究了Breit相互作用等相对论效应对光谱特性的影响。

Relevant publications:

• Physical Review A (Letter) 105, L030801(2022) Giant retardation effect in electron-electron interaction

Zhimin Hu*, Gang Xiong, Zhencen He, Zhihao Yang, Naoki Numadate, Chengwu Huang, Jiamin Yang, Ke Yao, Baoren Wei, Yaming Zou, Chensheng Wu, Yulong Ma, Yong Wu, Xiang Gao, and Nobuyuki Nakamura

• Physical Review A 104, 022809 (2021) Anisotropy and polarization of x-ray line emissions in the dielectronic recombination of hydrogenlike Fe²⁵⁺ ions     

Zhihao Yang, Junwen Gao, Wenmin Yan, Ke Yao, Jiamin Yang, Zhongwen Wu, and Zhimin Hu*

• Physical Review A 92, 042702(2015) Polarization measurement of dielectronic recombination transitions in highly charged krypton ions

Chintan Shah, Holger Jörg, Sven Bernitt, Stepan Dobrodey, René Steinbrügge, Christian Beilmann, Pedro Amaro, Zhimin Hu, Sebastian Weber, Stephan Fritzsche, Andrey Surzhykov, José R. Crespo López-Urrutia, and Stanislav Tashenov

• Physical Review A 91, 042705 (2015) Linear polarization of x-ray transitions due to dielectronic recombination in highly charged ions

Holger Jörg, Zhimin Hu, Hendrik Bekker, Michael A. Blessenohl, Daniel Hollain, Stephan Fritzsche, Andrey Surzhykov, José R. Crespo López-Urrutia, and Stanislav Tashenov

• Physical Review A 90, 062702 (2014) Atomic-number dependence of the magnetic-sublevel population in the autoionization state formed in dielectronic recombination

Zhimin Hu*, Yueming Li, Xiaoying Han, Daiji Kato, Xiaomin Tong, Hirofumi Watanabe, and Nobuyuki Nakamura

• Physical Review A 88, 042704 (2013) KLL dielectronic-recombination measurement for Li-like to O-like gold

Gang Xiong, Jiyan Zhang, Zhimin Hu*, Nobuyuki Nakamura, Yueming Li, Xiaoying Han, Jiamin Yang, and Baohan Zhang

• Physical Review A 87, 052706 (2013) Resonance strength for KLL dielectronic recombination of hydrogenlike krypton

Zhimin Hu*, Yueming Li, and Nobuyuki Nakamura

• Physical Review Letters 108, 073002(2012) Experimental Demonstration of the Breit Interaction which Dominates the Angular Distribution of X-ray Emission in Dielectronic Recombination

Zhimin Hu, Xiaoying Han, Yueming Li, Daiji Kato, Xiaomin Tong, and Nobuyuki Nakamura

~3. 等离子体辐射光谱特性~

    Radiative Spectroscopic Properties of Hot Plasmas

非平衡等离子体光谱学，光谱学在聚变物理、天体物理研究中的应用

     

利用温度敏感、密度敏感的光谱特性来获得等离子体状态，在聚变、天体物理等研究领域具有重要的应用价值。最近，针对天体物理和聚变科学研究中极其重要的类Ne离子谱线强度比问题，研究组开展了相关的研究工作。

Relevant publications:

• Optics Express 30, 25326 (2022) Apparent change of the 3C/3D line intensity ratio in neonlike ions

Zhihao Yang, Zhencen He, Gang Xiong, Ke Yao, Yang Yang, Baoren Wei, Yaming Zou, Zhongwen Wu, Ziqiang Tian, Yulong Ma,  Chensheng Wu, Xiang Gao, and Zhimin Hu*

• J. Quant. Spectrosc. R.  288, 108276 (2022）Magnetic-dipole lines in Fe-like and Mn-like molybdenum ions

 Zhencen He, Ju Meng,  Yajing Li,  Fangshi Jia, Nadir Khan,  Ben Niu,  Liangyu Huang,  Zhimin Hu*,  Jiguang Li*,  Jianguo Wang , Yaming Zou, Baoren Wei, and Ke Yao*

• Astrophysical Journal 816, 36 (2016)   Opacity measurement and theoretical investigation of hot silicon plasma

 Gang Xiong, Jiamin Yang, Jiyan Zhang*, Zhimin Hu*, Yang Zhao, Bo Qing, Guohong Yang, Minxi Wei, Rongqing Yi, Tianming Song, Hang Li, Zheng Yuan, Min Lv, Xujun Meng, Yan Xu, Zeqing Wu and Jun Yan

• Physical Review E 79, 016401 (2009)   Radiative heating of plastic-tamped aluminum foil by x rays from a foam-buffered hohlraum

 Jiyan Zhang, Jiamin Yang, Yan Xu, Guohong Yang, Yaonan Ding, Jun Yan, Jianmin Yuan, Yongkun Ding, Zhijian Zheng, Yang Zhao, and Zhimin Hu

~4.  聚变实验物理~

     Experimental Physics for Fusion Science

 激光聚变内爆物理中的混合问题与光谱

  

   

混合是聚变内爆物理中的关键问题之一，利用光谱学诊断方法、机器学习手段都是优化内爆实验设计的重要研究方向。

Relevant publications:

• Physical Review E 102, 023204 (2020)  Chunk mixing implosion experiments using deuterated foam capsules with gold dopant

Yudong Pu, Xuan Luo, Lu Zhang, Chuankui Sun, Zhimin Hu, Gang Shen, Xuerong Wang, Qi Tang, Zhen Yuan, Feng Wang, Dong Yang, Jiamin Yang, Shaoen Jiang, Yongkun Ding, and Jianguo Wang

Zhencen He, Zhimin Hu*, Yong Hou, Jiamin Yang, Jianmin Yuan, Gang Jiang*, Jiyan Zhang, Yunsong Dong, Chengwu Huang