超短强 X 射线脉冲中氮分子的速率方程

我们在理论上研究了暴露于 Linac Coherent Light Source (LCLS) 自由电子激光器产生的 1.1 nm 波长（1100 eV 光子能量）强超快 X 射线下的氮分子（N$_2$）的量子动力学。我们推导了分子速率方程来描述 N$_2$ 中相互交织的光电离、衰变和解离过程。该模型补充了我们早期的唯象方法，即发表于 J. Chem. Phys. $\mathbf{136}$, 214310 (2012) 的单原子、对称共享和碎裂矩阵模型。我们的速率方程用于获取样品处的有效脉冲能量以及亚稳态双电荷离子 N$_2^{2+}$ 的解离时间尺度。这使得理论和实验获得的离子产率之间达到极好的一致性，进而使得平均电荷态也达到一致。研究发现有效脉冲能量随脉冲持续时间缩短而降低。这种变化连同分子碎裂模式的改变以及受挫吸收——一种由于（双）核芯空穴形成而减少 X 射线吸收的效应——是导致先前发现的平均电荷态随 LCLS 脉冲持续时间缩短而下降的原因。