晶体水冰的重离子辐照

在宇宙辐照下，星际水冰幔演化至致密的非晶态。晶体冰的非晶化此前主要在 keV 至数百 keV 离子能量下被监测。我们通过实验研究了晶体冰在更高能量（更接近真实宇宙射线）下的重离子辐照非晶化，并探究了水冰的溅射产额。我们利用 GANIL 加速器产生的 MeV 至 GeV 快离子束辐照薄晶体冰膜。冰的红外光谱随注量的演化通过原位红外光谱监测（诱导初始晶态变为致密非晶相）。晶体冰非晶化截面在不同温度下于高电子阻止本领区间测得。在大注量下，冰溅射由红外光谱测得，拟合的溅射产额依赖关系结合先前测量，在三个数量级的电子阻止本领上呈二次关系。由红外光谱监测可知，多孔非晶冰与晶体冰的宇宙射线辐照终态相同，但截面差异巨大，因此在天体物理情境下的时间尺度差异很大。宇宙射线水冰溅射速率与文献报道的 UV 光解吸产额相当。直接宇宙射线溅射相对于宇宙射线诱导光子光解吸的优势，对于强结合于冰幔表面的冰（如氢键冰结构或更一般地所谓极性冰）可能尤为明显。