一直以来，测量碰撞过程中产生的X射线、电子等产物是研究带电粒子与原子分子碰撞过程的主要实验研究手段。本世纪初，德国科学家在离子反冲动量谱仪的基础上发明了结合超声速气体靶的冷靶反冲离子动量谱仪（Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy, COLTRIMS），可以获取碰撞过程中所有碎片的动量信息，极大丰富了离子与原子分子碰撞过程中能提取的物理量。COLTRIMS已经被广泛应用于光子、电子以及离子与原子分子碰撞实验研究中，发现了很多新物理和新现象。

图1 3MV串列加速器COLTRIMS谱仪实验终端

       在辐射物理研究领域，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，直接影响人们对辐射损伤和辐射治疗微观机理的认识与理解。利用加速器开展面向辐射物理的带电粒子碰撞诱导有机分子碎裂机制的研究已成为重要的研究方向。自2021年10月起，我所胡智民研究员等在四川大学3MV串列加速器上开始建设COLTRIMS谱仪实验终端（图1），该实验装置可以开展数个MeV能量的带电粒子与原子分子的碰撞实验。

图2 氮气分子离子库伦爆炸碎片的二维TOF符合谱

       近日，胡智民研究员等首次利用COLTRIMS谱仪实验终端成功开展了2MeV He²⁺粒子碰撞诱导氮气分子等气体靶碎裂过程实验，观测到（N₂）²⁺ 和（N₂）³⁺分子离子由于库伦爆炸导致的两体碎裂信息（图2）。

       此次实验结果表明该实验终端已具备开展相关物理实验的能力，后续利用该实验平台可以开展分子间质子迁移、分子间库伦衰变（ICD）等原子分子尺度的带电粒子与物质相互作用中的前沿物理研究。

       COLTRIMS谱仪实验终端的建设得到了四川大学“双一流”建设超前部署学科“基于加速器的核技术及应用”、四川大学辐射物理及技术教育部重点实验室等的支持，也得到合作单位及3MV串列加速器运行人员的支持和协助。