International Conference on the Physics of Multiply Charged Ions and International Workshop on E.C.R. Ion Sources

J. Phys. Colloques 50 (1989) C1-285-C1-293
DOI: 10.1051/jphyscol:1989131

RADIATIVE ELECTRON CAPTURE BY FAST HIGHLY STRIPPED HEAVY IONS CHANNELED IN A THIN CRYSTAL

S. ANDRIAMONJE¹, M. CHEVALLIER², C. COHEN³, J. DURAL⁴, M.J. GAILLARD², R. GENRE², M. HAGE-ALI⁵, R. KIRSCH², A. L'HOIR³, B. MAZUY², J. MORY⁶, J. MOULIN³, J-C. POIZAT², J. REMILLIEUX², D. SCHMAUS³ and M. TOULEMONDE<sup>7

1</sup>  Centre D'Etudes Nucléaires de Bordeaux and IN2P3, F-33170 Gradignan, France
²  Institut de Physique Nucléaire and IN2P3, Université Claude Bernard Lyon-1, F-69622 Villeurbame Cedex, France
³  Groupe de Physique des Solides de l'Ecole Normale Supérieure, F-75251 Paris Cedex 05, France
⁴  Centre Interdisciplinaire de Recherces avec les Ions Lourds F-14040 Caen Cedex, France
⁵  Groupe Physique Appliquée aux Semiconducteurs, Centre de Recherches Nucléaires, F-67037 Strasbourg Cedex, France
⁶  Laboratoire des Solides Irradiés, Ecole Polytechnique, F-91128 Palaiseau Cedex, France
⁷  Centre Interdisciplinaire de Recherches avec les Ions Lourds, F-14040 Caen Cedex, France

Résumé
On sait que l'interaction des ions avec une cible monocristalline est très sensible à l'orientation du faisceau incident par rapport aux directions particulières du cristal. Nous avons montré que la canalisation d'ions lourds de très haute énergie modifie le ralentissement et l'échange de charge des ions. Non seulement les ions canalisés ne parcourent que des régions à faible densité électronique mais les électrons rencontrés ne peuvent être capturés au moyen du processus ordinaire non radiatif. Dans une expérience où des ions Xénon de charge 52⁺, 53⁺ et 54⁺ sont envoyés sur un cristal mince de Silicium, nous observons que pour une incidence quelconque les ions transmis atteignent l'équilibre de charge mais que les ions canalisés sont pour la plupart transmis sans avoir changé d'état de charge. D'une part ils ne peuvent pas perdre d'électron et d'autre part le seul processus de capture qui leur est accessible est la capture radiative (REC), un processus d'ordinaire masqué par la prédominance de la capture mécanique (MEC). Nous avons observé les photons émis par REC et qui correspondent à des captures dans les couches K, L ou M des ions Xénon. La structure des raies observées reflète la distribution des vitesses des électrons capturés. La canalisation permet donc d'étudier la capture radiative par des ions de charge bien définie dans une cible dense d'électrons quasi-libres. Cette opportunité pourrait être étendue à d'autres processus concernant des ions lourds très rapides.

Abstract
Interaction of moving ions with single crystals is known to be very sensitive to the orientation of the incident beam with respect to the crystalline directions of the target. We have shown that channeling conditions strongly modify the slowing down and the charge exchange processes of high energy heavy ions. The reason is that channeled particles are prevented from approaching the target atoms, and then can interact only with loosely bound target electrons. This results not only in drastically reducing the electron density experienced by them, which lowers energy loss and electron Ioss, but also in inhibiting the radiationless capture of bound electrons, since most of the available electrons are quasi-free valence electrons. In an experiment where high energy Xe^q+ ions, with q = 52, 53, 54, are directed onto a thin Si single crystal we observe that, whereas unchanneled ions reach charge equilibrium very rapidly, most channeled ions keep their incident charge state unchanged all along their passage through the crystal. On one hand the loss of their electron(s) (q = 52, 53) is impossible. On the other hand the only way that is left to them to capture quasi-free electrons is the radiative electron capture (REC). This process does occurs also for unchanneled ions but is quite difficult to observe, particularly because of the overwhelming non radiative Mechanical Electron Capture(MEC). REC photons have been observed in channeling conditions and correspond to electron capture into the K, L and M shells of the projectiles. The shape of the REC photon lines reflects the momentum distribution of the electron encountered by channeled ions. Channeling offers a unique opportunity to study the radiative electron capture since it allows ions of well defined charge state to travel through a dense quasi-free electron target. This opportunity could be extended to other processes involving high energy heavy ions.