K壳空心原子在基础物理、X射线激光、高能量密度物理、分子成像等领域具有重要科学意义。针对制备高产额孤立重K壳空心原子进而进行系统研究的难题,本论文提出利用高能全裸重离子-原子碰撞中的K壳双电离过程,结合储存环内靶实验高精度、高灵敏度与低本底等优点,产生高产额孤立重空心原子:在兰州重离子加速器冷却储存环及其实验环内靶装置上,利用能量为52-197MeV/u的Xe⁵⁴⁺与气体靶碰撞,并结合理论计算,重点研究了相对论强扰动区K壳空心Kr和Xe原子的产生动力学机制,并探索了此类空心原子的旁观空穴结构和辐射退激属性。本论文实验研究了靶原子发射K-X超伴线的相对强度,结合多空穴态原子荧光产额的计算,得到Kr、Xe原子K壳双、单电离截面的比值R₂1及其随入射离子扰动程度κ（Zp/vp）变化的关系;研究了不同空穴态靶原子辐射退激所发出X射线的能量移动,在考虑Breit相互作用和QED效应下通过多组态Dirac-Fock方法系统地计算了Kr、Xe原子K-X射线超伴线的能量与L、M壳层旁观空穴的关系,进而得到K壳双电离时L壳被电离的电子数目及其随入射离子扰动程度κ变化的关系;首次在实验上得到了多个L壳旁观空穴存在时K壳空心Xe原子辐射退激所发出Kα1和Kα2超伴线的强度比。理论上,在独立电子近似下通过求解含时双中心狄拉克方程（相对论耦合道方法）计算了K壳电离几率和碰撞参数的关系,进而得到了K壳双、单电子电离截面;结合多空穴态Xe原子的辐射退激率计算和高能重离子碰撞下产生的多空穴态原子二项式分布特点,得到了Kα1和Kα2线的相对强度随L壳旁观空穴数变化的关系。研究表明,当前体系下Kr、Xe靶K壳双电离的相对截面在14-28%之间,证实当前碰撞体系可产生高相对产额的Kr、Xe等重空心原子;且当κ<1时,K壳双电离的相对截面R₂1随κ的增大而大致呈线性增长关系,该依赖关系能够很好地被相对论耦合道理论描述,而在κ>1时R₂1趋向饱和;Kr、Xe原子K壳双电离的同时L壳被电离的电子数目均随κ的增大而增大,且K壳双电离时L壳被电离的电子数目整体大于K壳单电离时L壳被电离的电子数目,这意味K壳双电离的同时L壳层电子更容易被电离;Xe Kα1和Kα2超伴线强度比随L壳层旁观空穴数目的增大而增大,而Kα1和Kα2伴线强度比并不随L壳层空穴数目变化,且Kα1和Kα2伴线的强度比整体大于超伴线的强度比,实验和理论结果相一致,表明Kα1超伴线的跃迁受自旋逆转禁戒影响的程度与L壳层旁观空穴数目相关。本论文验证了重离子储存环及其内靶终端是产生并研究孤立重空心原子的强有力手段,在未来新一代强流重离子加速器上,可将上述研究进一步拓展到孤立开壳空心原子高精度X射线谱学的系统研究。