团簇的结构和物理特性的研究,是原子分子物理专业重要的研究课题。对微尺度团簇(原子数从几个到几十个)结构和物理特性的研究,不管在理论还是实验方面都已经取得了很多重要的研究成果。但是,对大尺度团簇(原子数达到几千到两万之间)的结构和物理特性的研究,目前的研究成果则很少。这主要是因为组成大尺度团簇的原子数量众多,团簇构成的结构复杂,理论上还没有较为成熟的描述方法；实验方面,对气相大尺度团簇的形成已经有相关论文发表,对大尺度团簇的结构以及物理特性的研究很少有报道。本研究提出了新方法：利用加速到MeV的微团簇做探针,与大尺度团簇相互作用(交叉碰撞),通过对相互作用产物的能谱分析,间接测量大尺度团簇的结构和物理特性。实验用离子微团簇(H2+),穿过大尺度团簇靶(Ar团簇),利用静电分析仪等设备对碰撞产物进行收集和分析(主要分析质子的能谱)。团簇相互作用条件,要求在真空度较高的环境下进行,这样,实验要求真空抽气系统具有较高的抽气速度,因为团簇靶以喷射产生,会瞬间导致靶室气压变化,并且靶室要有稳定的高真空。为了满足团簇相互作用实验对真空系统的要求,我们设计并研制了一套多级差分真空系统,并对该真空系统进行了测试,测试结果满足实验要求的真空条件,可以用于微团簇与大尺度团簇相互作用实验。对团簇相互作用机理探究,引入了等离子体模型来描述团簇相互作用,给出了团簇相互作用产物(H+)的能量表达式,利用计算机作为辅助工具,计算了出射产物的能谱,对模拟计算的结果进行了分析讨论。本论文研究内容分为三个章节,第一、第二章是实验装置研究背景及研制与试验结果,第三章阐述了等离子体模型探究团簇相互作用机理,及对模拟计算的数值结果的讨论分析。论文结构和相关内容如下：第一章,简述了基于核技术应用方向的差分抽气系统的研究现状,以及团簇物理的国内外研究进展。第二章,首先介绍了差分抽气系统的研究目的是为了提高真空的稳定性,以及利用差分原理实现真空过渡的方法,简述了差分系统设计一般原则。其次,针对微团簇与大尺度团簇相互作用实验,对真空的特殊要求,说明了本实验所用到的三级差分真空系统设计上面的结构特点,介绍了三级差分系统的真空测量仪器以及真空数值记录监控系统的优点。最后,对差分真空系统进行实际测试的结果进行了分析讨论。分析测试结果发现,在三级差分系统的真空数值稳定后,靶室的真空可以达到10-4Pa。模拟脉冲喷射过程中,靶室真空数值会发生变化,在一次脉冲喷射完成几秒内,靶室的真空数值可以再次达到稳定状态,并且整个脉冲喷射过程中,靶室真空数值变化始终在实验要求的合理范围内。结论是,该三级差分系统能够确保实验的真空条件,同时保证团簇相互作用实验的在较短时间内可以多次进行,非常适合团簇相互作用实验对真空的要求。在本章的最后,对差分真空系统末端部分真空数值异动的原因做了分析,发现由于罗茨泵极限真空低于分子泵是造成真空异动的可能原因,对三级差分真空系统的改进提出了建议。第三章,介绍了等离子体理论的基本概念以及固体等离子体的描述方法、简述了库伦爆炸现象。经分析计算,发现等离子物理中的震荡模型适合描述离子微团簇穿过大尺度团簇相互作用过程,讨论了大尺度团簇中外层电子对离子微团簇的尾流效应。在等离子体模型下,考虑到库伦爆炸出射粒子的运动特点,经分析计算,得出了团簇相互作用出射质子能量的数学表达式。介绍了微团簇与大尺度团簇相互作用的实验原理,利用建立的团簇相互作用出射质子的能量的数学表达式,借助计算机辅助计算,得出了团簇相互作用后产物的能量的分布情况,通过对出射质子能谱的分析,发现出射质子能谱成分裂状,说明可能存在尾流效应。结论是,在离子微团簇穿越大尺度团簇过程中,等离子体模型可以适用于描述大尺度团簇与微团簇相互作用,对出射质子能谱分析后初步认定,可能存在尾流效应。