高电荷态离子与固体表面相互作用研究是近几十年来热点课题之一，研究离子与原子碰撞过程中原子内壳层电离机制和特征X射线产生截面，可以提供原子参数（如荧光产额、CK跃迁因子等）和电离截面数据，这些物理参数在诸多实际应用中得到普遍关注，如在等离子体物理、天体物理、医学物理、聚变等离子体、极端条件下原子物理过程的基础研究、基于X射线发射技术的元素分析以及环境监测等领域存在重要的应用价值。
本论文测量了高能区（GeV量级）的C6+离子分别与中Z和高Z靶相互作用以及近玻尔速度能区的轻离子和重离子分别与高Z靶相互作用的特征X射线谱，研究了高电荷态离子激发靶原子内壳层的多电离效应，计算了靶原子各壳层的产生截面。具体研究内容及主要结果如下：
1、介绍了高电荷态离子的特点以及高电荷态离子与固体表面相互作用的物理过程，在此基础上综述了高电荷离子诱发固体原子的X射线发射机制，总结了近几十年来重离子诱发原子内壳层电离截面的研究现状以及描述原子内壳层过程的若干物理模型。此外，对本研究用到的实验平台包括兰州重离子加速器国家实验室重离子加速器-冷却贮存环和中国科学院近代物理研究所320　kV高电荷态离子综合研究平台的表面物理实验终端，以及实验数据的测量方法和处理过程等进行了详细的说明。
2、系统地研究了能量为165~430　MeV/u的C6+离子束与不同中Z靶（Ti~Zn）相互作用时靶原子特征X射线谱。首先分别采用能量为165、300、350和430　MeV/u的C6+离子束轰击Ni靶，测量了Ni受激辐射的特征X射线，发现实验中探测到Ni的Kβ和Kα　X射线强度比几乎不受入射离子能量变化的影响，但该强度比明显大于单电离对应的数据。对Ni靶K　X射线产生截面的实验值和理论值比较发现，该能区内BEA模型估算的理论值随入射能量增加而增大的趋势与实验截面变化趋势接近，但理论值明显大于实验值，而PWBA和ECPSSR模型则不适合描述该实验结果。其次，实验测量了能量为165　MeV/u的C6+离子束分别入射Ti、V、Fe、Ni和Zn靶表面激发的靶原子K壳层特征X谱线，发现各靶原子的Kβ和Kα　X射线峰值能量向高能区发生了不同程度的偏移，此现象表明高能重离子诱发X射线过程中靶原子内壳层同时存在多个空穴导致屏蔽效应减弱，从而使得靶原子核对剩余电子的束缚能增强，对应的峰值能量向高能端移动，峰值能量的偏移量跟靶原子序数无明显关联。各靶K-X射线的产生截面的实验值随原子序数的增大有减小的趋势，该趋势与BEA模型估算值接近。最后，测量并研究了能量为430　MeV/u　的C6+与固体靶Ti、V、Fe、Co、Ni、Cu和Zn作用过程中辐射的特征X射线谱。结果表明靶原子的L壳层电子发生了多电离，导致K　X射线的蓝移以及Kβ和Kα　X射线强度比的增大，并且发现在我们的实验能区内X射线产生截面随着靶原子束缚能的增加而线性减小，这与低能区实验结果明显不同。
3、测量并分析了能量为300~430　MeV/u的高能C6+离子束轰击高Z固体靶Au所激发的Au的L　X特征谱线。结果表明，L和Lβ　X射线产生截面和单粒子产额均随入射离子能量的增加而增大，且Lβ的X射线产生截面明显小于L的。通过比较Au的X射线产生截面的实验值和理论值发现，实验值比利用PWBA和ECPSSR理论的估算值要小一个数量级。我们初步认为实验值小的原因，一是离子接近光速入射时引起的相对论效应导致靶原子2p态电子重整化过程延迟，使L2、L3支壳层的多电离效应减弱；二是离子核与靶核相互作用和射线辐射导致靶原子2p电子离化或激发的几率减小。通过研究423.9　MeV/u　C6+离子在入射Au靶过程中的能损，发现入射离子的电子能损比核能损高四个量级，说明高能离子在入射高Z固体靶过程中，其能量损失以电子能损为主，计算发现电子能损与核能损均随入射能量以及入射速度的增加而减小。
4、研究了近玻尔速度能区的轻离子（H1+、He2+）和重离子（Kr13+）分别与高Z靶相互作用的X射线谱。实验结果表明H1+和He2+离子诱发的Au原子M壳层的M和M特征X射线的单粒子产额均随入射离子能量的增加而增大，Au原子M壳层X射线总产生截面的实验结果与理论值比较发现，实验结果均高于理论值，且实验值与理论值均随入射离子能量的增加而增大。初步分析认为BEA和PWBA模型中假定轨道电子是相对静止和计算时采用单电离荧光产额是导致两种理论模型计算值偏低的原因。实验测量了Kr13+离子与Au靶表面相互作用时激发Kr的L-X射线和Au的M-X射线谱，发现两谱线均向高能区发生移动，我们认为靶原子X射线能移是由多电离效应引起的，而Kr的X射线能移是由于不同电荷态的Kr离子发射X射线叠加的结果。对Au的M壳层X射线产生截面的实验结果与各种理论结果比较发现，考虑电荷态修正的BEA模型最适合描述实验结果。