Задача 3. Масс-спектрограф омегатрон. Ионизация атомов и молекул электронным ударом. (Задачи атомного практикума), страница 5

определимgakИзмеряя зависимостьзависимость сечения ионизации от энергии электронов.N определяется по известным значениям парциальныхkРис. 10. График зависимости ионного тока от частоты.давленийИзмерение сечения ионизации.Выше уже отмечалось, что в данной работеомегатрон используется для изучения сечения ионизацииатомов и молекул электронами Изменяя напряжение наподкатодной диафрагме получаем возможность регулировать энергию электронного пучка Электроны, пройдя ускоряющее поле, попадают в камеру столкновений и, двигаясь по ее оси, производят ионизацию атомов и молекулгаза, при этом число возникающих в единицу времени ионов данного сорта можно определить из достаточно очевидного соотношенияI k = I эN σ k Lia k i,(5)I k -ионный ток (ионы k-ого сорта); I - электронныйiaток (ток в анодной цепи 1); N - концентрация атомов kkkого сорта; σ - сечение ионизации атомов k -ого сорта; L iгде40P для различных сортов ионов , приведенных вiтаблице паспорта установки.Необходимо иметь в виду, что омегатрон разделяет ионы по отношению Ze M , поэтому два разных поприроде иона, но с одинаковым удельным зарядом будутнеотличимы.

Одинаковый удельный заряд Ze M могутиметь, с одной стороны, ионы одинаковые или близкие помассе и с одинаковыми Z (это наиболее характерно длямолекул), с другой стороны, ионы разной массы, но с такойкратностью Z, которая приводит к одинаковому удельномузаряду. Последние, как правило, не вносят большой неопределенности, поскольку сечения 2-х, 3-х и т.д. кратнойионизации значительно меньше сечения однократной ионизации и ток таких ионов на коллектор незначителен. Вслучае, когда различные однозарядные ионы обладаютодинаковой или близкой (в пределах разрешающей способности прибора) массой, их вклады в ионный ток становится сравнимыми. В этом случае кривая зависимостиσ i (E ) является суммарной кривой этих ионов.

Посколькупотенциалы ионизации атомов различных элементов отличаются, то на кривой σ i (E ) могут проявиться признакиналожения соответствующего числа кривых, сдвинутых41друг относительно друга по порогу ионизации. Для того,чтобы снять зависимость ионного токаI ik от энергии элек-тронного пучка, необходимо настроить установку на максимум пика исследуемого иона, установив оптимальноевыходное напряжение генератора.Для измерения ускоряющего напряжения U g между диафрагмой и катодом используется цифровой вольтметр В7-38.

Ручки 1, 2, 3 блока питания Б3-3 (источник 11)изменяют ускоряющее напряжение от 0 до 150 В, при этомручка 3 позволяет плавно изменять напряжение в преде-I k U  важноi  gнаиболее точно определить порог, т. е. те значения U ,gkпри которых только появляется ток I , а также значенияikтока I i в области близкой к порогу.

Поэтому при измерелах 1-3 В. При снятии характеристикиниях в пороговой области целесообразно работать на наиболее чувствительной по напряжению шкале электрометрического усилителя (Рис. 10).Сначала снимается зависимостьI k U  вi  gбольшом диапазоне на грубой шкале электрометрическогоусилителя У5-7 (У5-6 ), так, чтобы вся зависимость уложилась в пределах одного диапазона измерений.

Далее дляболее точного определения порогового напряжения Uпснимается зависимостьI k U  вблизи этого напряжеi  gния на более чувствительной шкале вольтметра электрометрического усилителя. Чтобы получить значение тока,необходимо пересчитать показания вольтметра, используясоответствующие значения входных сопротивлений прибора, указанных на передней панели. Микроамперметр №3 на приборной панели дает значение электронного тока42I a в µ kA .

Измерение частоты генератора проводитсячастотомером, регистрирующим частоту в кГц.Задание.1.Отъюстировать прибор.2.Снять зависимостьI ik = f (ν ) (см.рис.10).3.Определить массы и отождествить ионы остаточного газав омегатронной лампе.4.Для двух-трех наиболее интенсивных пиков,для которых массы отождествлены, снять зависимостьионного токаI ik от напряжения U g .5.Для исследуемых веществ, используя формулу (6), рассчитать значенияσ ikкак функции энергииэлектронов (в эВ) и построить график. Парциальные давления исследуемых газов приведены в паспорте задачи.Для всех ламп L=2см.6.Установить из графиковσ ikпотенциалы ио-низации.7.Построить в пороговых единицах графики экспериментальных значений сечений и сравнить их с томсоновским сечением.ЛИТЕРАТУРА1.Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Механика-М.: 1952, § 19 .Формула Резерфорда2.

Квливидзе В.А., Красильников С.С. Введение в физикуатомныхстолкновений.-М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985.Гл. 1, Гл.3.3. Фано У., Фано Л., Физика атомов и молекул.-М.: Наука,1980.Гл.3.4. Мак-Даниель И. Процессы столкновений в ионизованныхгазах. Мир 1967, гл 5.43Учебное изданиеГ.И.Горяга ,В.В.Дегтерева,Т.С.Дубинко,А.И.Кокорев,Н.А.Красильникова,С.С.Красильников,В.В.ТарасоваОмегатронЛабораторная работа № 2Ионизация атомов и молекулэлектронным ударомЛабораторная работа № 3Методическое пособие для студентов 3-го курсафизического факультета МГУИД № 00545 от 06.12.1999Издательство УНЦ ДО117246, Москва, ул.

Обручева, 55А119992, Москва, Ленинские горы, ГЗ МГУ, Ж-105аТел./факс (095) 718-6966, 939-3934e-mail: izdat@abiturcenter.ruhttp://www. abiturcenter.ruГигиенический сертификат № 77.99.2.925.П.9139.2.00 от 24.02.2000Налоговые льготы – Общероссийский классификатор продукцииОК – 005 – 93, том 1 – 953000Заказное.Подписано в печать 01.06.2005 г. Формат 60х90/16Бумага офсетная № 2. Усл.печ.л. 3Тираж 70 экз.

Заказ №Отпечатано в Мини-типографии УНЦ ДО в полном соответствии скачеством предоставленного оригинал-макета.44.