Диссертация (1145426), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Ïîñêîëüêó ýëåêòðîíû â Zn28+ (1s2 ) áîëåå ïëîòíî ñâÿçàíû, ÷åì âýëåêòðîíû â Ca18+ (1s2 ), âëèÿíèå ýêðàíèðîâàíèÿ àòîìíûìè ýëåêòðîíàìè íàïîòåðþ ýëåêòðîíîâ èîíàìè Zn28+ â ñòîëêíîâåíèè ñ íåéòðàëüíûìè àòîìàìèNe ñëàáåå, ÷åì äëÿ ïîòåðè ýëåêòðîíîâ èîíàìè Ca18+ (1s2 ). Ïîýòîìó â ñëó÷àåïîòåðè ýëåêòðîíîâ èîíàìè Zn28+ (1s2 ), ìû ïðèâîäèì ðåçóëüòàòû òîëüêî äëÿñòîëêíîâåíèé ñ Ne10+ .Êàê è â ñëó÷àå ïîòåðè ýëåêòðîíîâ èîíîì Ca18+ , ìû Ðèñ. 5.9 è 5.10 âèäíî,189÷òî ýíåðãåòè÷åñêèé ñïåêòð âûëåòåâøèõ ýëåêòðîíîâ ñîäåðæèò ðåçêèå ìàêñèìóìû è ìèíèìóìû, âîçíèêàþùèå èç-çà EA êàíàëà è åãî èíòåðôåðåíöèè ñïðÿìûì êàíàëîì ïîòåðè ýëåêòðîíà. Îäíàêî òåïåðü îíè ìåíåå âûðàæåíû, ÷òîñâÿçàíî ê óìåíüøàþùåéñÿ ðîëè êàíàëà EA â ïîòåðè ýëåêòðîíîâ ñ óâåëè÷åíèåì àòîìíîãî íîìåðà ÌÇÈ.
Óìåíüøåíèå ðîëè EA ìîæåò áûòü òàêæå âèäíà ïðè ðàññìîòðåíèè óãëîâîãî ðàñïðåäåëåíèÿ âûëåòåâøèõ ýëåêòðîíîâ (Ðèñ.5.11), ãäå òåïåðü âñå óãëîâûå ðàñïðåäåëåíèÿ âûãëÿäÿò êà÷åñòâåííî ñõîæèìè,òàê êàê îïðåäåëÿþòñÿ äîìèíèðóþùåì ïðÿìûì êàíàëîì.Ìîæíî ïîêàçàòü, ÷òî îòíîøåíèå àìïëèòóä EA2 -ê-EA1 ìàñøòàáèðóåòñÿêàêαZA ZI.vÑëåäîâàòåëüíî, âêëàä EA2 ïîäêàíàëà â ïîëíûé EA êàíàë ñòà-íîâèòñÿ áîëåå âàæíûì, êîãäà ZI è/èëè ZA /v óâåëè÷èâàþòñÿ.  ÷àñòíîñòè,óâåëè÷åíèå âêëàäà EA2 ïîäêàíàëà ñ ðîñòîì ZI ñëåäóåò èç ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ, ïîêàçàííûõ íà Ðèñ.
5.5 è 5.6 ñ ðåçóëüòàòàìè, ïîêàçàííûìè íàÐèñ. 5.9 è 5.10. Òàê êàê èñïîëüçîâàíèå òåîðèè âîçìóùåíèé îãðàíè÷èâàåòñÿ αZA /v 1, òî î÷åâèäíî, ÷òî äëÿ áûñòðûõ ñòîëêíîâåíèé çíà÷èòåëüíûéâêëàä EA2 ïîäêàíàëà â EA ÿâëÿåòñÿ êà÷åñòâåííîé îñîáåííîñòüþ, ïðèñóùåéïîòåðÿì ýëåêòðîíîâ He-ïîäîáíûìè ÌÇÈ.Ñðàâíèâàÿ ðåçóëüòàòû äëÿ ïîòåðè ýëåêòðîíîâ èîíàìè Ca18+ è Zn28+ , ìûòàêæå âèäèì, ÷òî ôîðìà ñïåêòðîâ óãëîâûõ ýìèññèé çàìåòíî çàâèñèò îò àòîìíîãî íîìåðà ÌÇÈ. Ýòà çàâèñèìîñòü îáóñëîâëåíà íå òîëüêî òåì, ÷òî îòíîñèòåëüíàÿ âàæíîñòü ïðÿìîãî è EA-êàíàëà ÿâëÿåòñÿ ôóíêöèåé ZI , íî òàêæåçàâèñèìîñòüþ îò ZI îòíîøåíèÿ ìåæäó òèïè÷íîé ïåðåäà÷åé èìïóëüñà â ÌÇÈïðè ñòîëêíîâåíèÿõ è òèïè÷íûìè èìïóëüñàìè ýëåêòðîíîâ â ÌÇÈ. Äåéñòâèòåëüíî, òèïè÷íàÿ ïåðåäà÷à èìïóëüñà ïðè ïîòåðè ýëåêòðîíà ìàñøòàáèðóåòñÿêàê ∼ ZI2 , à õàðàêòåðíûé èìïóëüñ ýëåêòðîíîâ â ÌÇÈ ìàñøòàáèðóåòñÿ êàê∼ ZI1 .
Ðîñò îòíîøåíèÿ ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ýôôåêòèâíîãî êîëè÷åñòâà190ïàðöèàëüíûõ âîëí, âíîñÿùèõ âêëàä â ñîñòîÿíèå èçëó÷àåìîãî ýëåêòðîíà, êîòîðûé îïðåäåëÿåò ôîðìó èçëó÷åíèÿ. Êðîìå òîãî, êàê ïîêàçûâàþò ðàñ÷¼òû,ýôôåêòèâíàÿ âåëè÷èíà ïîïåðå÷íîé ñîñòàâëÿþùåé Q⊥ ïåðåäà÷è èìïóëüñà Qóâåëè÷èâàåòñÿ ñ ZI íåñêîëüêî ìåíåå áûñòðî, ÷åì åãî ïðîäîëüíàÿ êîìïîíåíòàQmin (Qmin ∼ ZI2 ). Ýòî äåëàåò îðèåíòàöèþ Q ýôôåêòèâíî çàâèñÿùåé îò ZI .Ïîñêîëüêó îòíîñèòåëüíîå çàñåëåíèå ìàãíèòíûõ ïîäóðîâíåé àâòîèîíèçàöèîííîãî è êîíòèíóàëüíîãî ñîñòîÿíèé â ñòîëêíîâåíèè çàâèñèò îò îðèåíòàöèè Qîòíîñèòåëüíî îñè êâàíòîâàíèÿ, îòíîñèòåëüíûå çàñåë¼ííîñòè ýòèõ ïîäóðîâíåé äëÿ Ca18+ è Zn28+ îêàçûâàþòñÿ ðàçíûìè, ÷òî ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþñòðóêòóðû ñïåêòðîâ.5.5.2Ïîòåðÿ ýëåêòðîíîâ äâèæóùèìèñÿ ÌÇÈÄî ñèõ ïîð ìû îáñóæäàëè ñïåêòðû âûëåòåâøèõ ýëåêòðîíîâ, ðàññìàòðèâàÿ èõâ ñèñòåìå ïîêîÿ ÌÇÈ.
Òàêàÿ òåîðåòè÷åñêàÿ äèñêóññèÿ ìîæåò èìåòü ïðÿìîåîòíîøåíèå ê âîçìîæíîìó ýêñïåðèìåíòàëüíîìó èññëåäîâàíèþ ïîòåðè ýëåêòðîíîâ, åñëè èîíû ïîêîÿòñÿ â ëàáîðàòîðíîé ñèñòåìå.Îäíàêî áîëåå ðåàëèñòè÷íîé ÿâëÿåòñÿ ñèòóàöèÿ, ïðè êîòîðîé áûñòðî äâèæóùèéñÿ ÌÇÈ òåðÿåò ýëåêòðîíû ïðè ñòîëêíîâåíèÿõ ñ àòîìàìè (èëè ñ ôàêòè÷åñêè ãîëûì àòîìíûìè ÿäðàìè). Òàêàÿ ñèòóàöèÿ ìîæåò áûòü ýêñïåðèìåíòàëüíî ðåàëèçîâàíà â óñêîðèòåëÿõ òÿæåëûõ èîíîâ, êîãäà ïó÷îê áûñòðûõHe-ïîäîáíûõ ÌÇÈ ïðîíèêàåò â ãàçîâóþ ìèøåíü, êîòîðàÿ íàõîäèòñÿ â ëàáîðàòîðíîé ñèñòåìå. Ïîýòîìó íà Ðèñ. 5.12 ïîêàçàíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷¼òîâ äëÿýëåêòðîííîé ýìèññèè îò äâèæóùèõñÿ ÌÇÈ, ðàññ÷èòàííûå â ëàáîðàòîðíîéñèñòåìå êîîðäèíàò. Ýòè ýëåêòðîíû èñïóñêàþòñÿ èç èîíîâ Ca18+ (1s2 ), êîòîðûå äâèæóòñÿ â ëàáîðàòîðíîé ñèñòåìå êîîðäèíàò ñ ýíåðãèåé 100 MeV/u èñòàëêèâàþòñÿ ñ ìèøåíüþ (àòîìàìè Ne).191Íà ýòîì ðèñóíêå ìû ôîêóñèðóåìñÿ íà î÷åíü ìàëûõ óãëàõ âûëåòåâøèõýëåêòðîíîâ (ϑ ≤ 2◦ ), êîòîðûå àêòóàëüíû äëÿ ýëåêòðîííîãî ñïåêòðîìåòðà, êîòîðûé â íàñòîÿùåå âðåìÿ ôóíêöèîíèðóåò â GSI (Äàðìøòàäò, Ãåðìàíèÿ).
Îí ìîæåò èçìåðÿòü ñïåêòðû ýëåêòðîíîâ âûñîêèõ ýíåðãèé, äâèæóùèõñÿïîä óãëîì ïðèáëèçèòåëüíî 2◦ îòíîñèòåëüíî ñêîðîñòè ñíàðÿäà (ñì., íàïðèìåð, [119]). ×òîáû íå ïåðåãðóæàòü ðèñóíîê, äëÿ ýòèõ óãëîâ ìû ðàññìàòðèâàåì òîëüêî òå îáëàñòè ýíåðãèé ýëåêòðîííîé ýìèññèè, äëÿ êîòîðûõ âêëàäûàâòîèîíèçàöèîííûõ ñîñòîÿíèé (2s2p3/2 )J=1 è (2p23/2 )J=2 çíà÷èòåëüíû. Èç ðèñóíêà ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî ñòðóêòóðà êàíàëà EA â ðåçóëüòàòå ïîòåðèýëåêòðîíà ÷åòêî âèäíà òàêæå â ñèñòåìå îòñ÷¼òà ïîêîÿ àòîìîâ Ne.Ïîñêîëüêó íàìíîãî ïðîùå èîíèçèðîâàòü íåéòðàëüíûé àòîì, ÷åì ïðîèçâåñòè ïîòåðþ ýëåêòðîíîâ îò ÌÇÈ, î÷åâèäíî, ÷òî â áûñòðûõ ñòîëêíîâåíèÿõ ìåæäó He-ïîäîáíûì ÌÇÈ è íåéòðàëüíûìè àòîìàìè ïîäàâëÿþùåå áîëüøèíñòâî èñïóñêàåìûõ ýëåêòðîíîâ áóäåò îò àòîìà.
Ïîýòîìó äëÿ âîçìîæíîéýêñïåðèìåíòàëüíîé ïðîâåðêè ðåçóëüòàòîâ, ïðåäñòàâëåííûõ â ýòîì èññëåäîâàíèè, î÷åíü âàæíî âûÿñíèòü, íå áóäóò ëè ñïåêòðû ýëåêòðîíîâ, ïîêàçàííûåíà Ðèñ. 5.12, çàìàñêèðîâàíû ýëåêòðîííûì èçëó÷åíèåì àòîìîâ. ×òîáû îòâåòèòü íà ýòîò âîïðîñ, ìû îöåíèëè ñå÷åíèÿ äëÿ èîíèçàöèÿ àòîìîâ Ne ïðèñòîëêíîâåíèÿõ ñ ýíåðãèåé 100 MeV/u ñ èîíàìè Ca18+ .Ìû îöåíèëè äèôôåðåíöèàëüíîå ñå÷åíèå äëÿ îäíîêðàòíîé èîíèçàöèè Neïðè ñòîëêíîâåíèè ñ 100 MeV/u èîíàìè Ca18+ .
Ìû èñïîëüçîâàëè òåîðèþ âîçìóùåíèé ïåðâîãî ïîðÿäêà ïî âçàèìîäåéñòâèþ ìåæäó Ne è Ca18+ äëÿ ðàñ÷¼òàäèôôåðåíöèàëüíîãî ñå÷åíèÿ ïîòåðè îäíîãî ýëåêòðîíà èç K è L îáîëî÷åê Ne,ñ÷èòàÿ, ÷òî ñîîòâåòñòâóþùèå ýëåêòðîíû ìîãóò áûòü îïèñàíû êàê äâèæóùèåñÿ â êóëîíîâñêîì ïîëå ñ ýôôåêòèâíûì çàðÿäîì (Zef f = 9.7 äëÿ ýëåêòðîíîâK-îáîëî÷êè è Zef f = 5.85 äëÿ ýëåêòðîíîâ L-îáîëî÷êè; ñì. [82]). Ïîëó÷åííîå192ñå÷åíèå äëÿ îäíîêðàòíîé èîíèçàöèè áûëî ïîëó÷åíî ñ ó÷¼òîì ñîîòâåòñòâóþùèõ âêëàäîâ îò êàæäîãî èç ýëåêòðîíîâ Ne. Ñîãëàñíî ýòîé ïðîñòîé îöåíêå,ñå÷åíèå èîíèçàöèè íåîíà èìååò ìàêñèìóì 0.007 kb/(keV sr) è 0.001 kb/(keVsr) â âåðõíåé è íèæíèå ïàíåëè, ñîîòâåòñòâåííî, íà Ðèñ.
5.12. Õîòÿ ýòè çíà÷åíèÿ ïîëó÷åíû ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîäõîäà, êîòîðûé, î÷åâèäíî, íå î÷åíü òî÷åí,îíè íàìíîãî ìåíüøå ñå÷åíèÿ ïîòåðè ýëåêòðîíîâ èîíàìè Ca18+ . Ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî âêëàäîì èîíèçàöèè Ne â îáëàñòü ýíåðãèè-óãëà ïîêàçàííóþíà Ðèñ. 5.12, ìîæíî áåçîïàñíî ïðåíåáðå÷ü.5.5.3ÑðàâíåíèåýôôåêòàïîòåðèýëåêòðîíîââñòîëêíîâåíèÿõÌÇÈ ñ àòîìíûìè ÷àñòèöàìè ñ ýôôåêòîì ïîòåðè ýëåêòðîíîâ ïðè ïîãëîùåíèè ôîòîíîâÑâÿçü ìåæäó ïðîöåññàìè èîíèçàöèè (ïîòåðè ýëåêòðîíîâ) ïóòåì ôîòîïîãëîùåíèÿ è âçàèìîäåéñòâèÿ ñ çàðÿæåííîé ÷àñòèöåé èìååò ôóíäàìåíòàëüíîåçíà÷åíèå. Èçó÷åíèå ýòîãî âîïðîñà ïðåäëàãàåò áîëåå ãëóáîêîå ïîíèìàíèå êàêàòîìû, èîíû èëè ìîëåêóëû ðåàãèðóþò íà äåéñòâèå ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ.Êàê èçâåñòíî, ýòè äâà òèïà èîíèçàöèè (ïîòåðè ýëåêòðîíîâ) â öåëîì êà÷åñòâåííî îòëè÷àþòñÿ äðóã îò äðóãà.Çäåñü ìû î÷åíü êðàòêî îáñóäèì ýòî ñîîòíîøåíèå â ñëó÷àÿõ ïðèñóòñòâèÿàâòîèîíèçàöèè, ó÷èòûâàÿ, ÷òî òîëüêî îäèí ôîòîí ó÷àñòâóåò â ïðîöåññå ïîòåðè ôîòîýëåêòðîíîâ è òàêæå, ÷òî ïîòåðÿ ýëåêòðîíîâ ïðè âîçäåéñòâèè çàðÿæåííûõ ÷àñòèö ïðîòåêàåò ÷åðåç îäíî âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó ñòàëêèâàþùèìèñÿ ÷àñòèöàìè (îáìåí îäíèì âèðòóàëüíûì ôîòîíîì).
 òàêèõ óñëîâèÿõðàçíèöà ìåæäó ýòèìè äâóìÿ ïðîöåññàìè ïîòåðè ýëåêòðîíîâ äîëæíà ïîëíîñòüþ îáúÿñíÿåòñÿ ðàçëè÷èåì ìåæäó ñâîéñòâàìè (èìïóëüñ è ïîëÿðèçàöèÿ)ðåàëüíîãî è âèðòóàëüíîãî ôîòîíîâ.193 ñëó÷àå èîíèçàöèè ë¼ãêèõ àòîìíûõ ñèñòåì, â êîòîðûõ äâèæåíèå ýëåêòðîíîâ íåðåëÿòèâèñòñêîå, ðàçëè÷èÿ ìåæäó ýòèìè âçàèìîäåéñòâèÿìè ïîäðîáíîîáñóæäàëèñü â ðàáîòå [120]. Òàì, â ÷àñòíîñòè, áûëî ïîêàçàíî, ÷òî âèðòóàëüíûé ôîòîí, ïðåäñòàâëÿþùèé ïîëå çàðÿæåííîé ÷àñòèöû ñòàíîâèòñÿ ïî÷òèðåàëüíûì, åñëè âûïîëíÿþòñÿ óñëîâèÿ:qmin q⊥ qmin .γ2(5.25)Íåòðóäíî ïîêàçàòü, ÷òî òî æå ñàìîå ñïðàâåäëèâî è äëÿ ïîòåðè ýëåêòðîíîâÌÇÈ, ãäå ýëåêòðîí äâèæåíèå óæå ðåëÿòèâèñòñêè.Ñîîòâåòñòâèå ìåæäó ïîòåðÿìè ýëåêòðîíîâ â ðåçóëüòàòå ïîãëîùåíèÿ ôîòîíà è âîçäåéñòâèÿ ñ çàðÿæåííîé ÷àñòèöåé (ïðîòîíîì, ýëåêòðîíîì) èëëþñòðèðóåòñÿ íà Ðèñ.
5.13, ãäå ýíåðãèÿ íàëåòàþùåãî ïðîòîíà êîëåáëåòñÿ îòñêðîìíîé ðåëÿòèâèñòñêîé âåëè÷èíû ≈ 94 MeV (γ = 1.1) äî ýêñòðåìàëüíûõðåëÿòèâèñòñêèõ ýíåðãèé. Âèäíî, ÷òî ôîðìà èçëó÷åíèÿ äëÿ ïîòåðè ýëåêòðîíà ïðè ôîòîïîãëîùåíèè è âçàèìîäåéñòâèè çàðÿæåííîé ÷àñòèöåé ìîæåò áûòüî÷åíü ñõîæèì, åñëè ýíåðãèÿ ïàäàþùåé ÷àñòèöû äîñòàòî÷íî âûñîêà.194Òàáëèöà 5.1: Ïîòåðÿ ýëåêòðîíà èîíîì Ca18+ . Ïîçèöèè ðåçîíàíñîâ (Eres = Ea − ε1s −me c2 ) ñ ðàäèàöèîííûìè ïîïðàâêàìè (∆E ), ýíåðãèè ñâÿçè àâòîèîíèçàöèîííûõ ñîñòîÿíèé0(Ea = Ea − 2mc2 ), ðàäèàöèîííûå øèðèíû (Γr ), îæå-øèðèíû (Γa ) è ïîëíûå øèðèíû (Γ)ñîîòâåòñòâóþùèõ àâòîèîíèçàöèîííûõ ñîñòîÿíèé è èõ îòíîøåíèå (Γa /Γ).0autoionizingEres∆EEaΓrΓaΓstatekeVeVkeVeVeVeV1(2s2 )J=02.7995-1.3-2.67040.0260.2350.260.902(2s2p1/2 )J=02.8033-1.4-2.66670.0660.0150.080.183(2s2p1/2 )J=12.8052-1.4-2.66470.0660.0130.080.164(2s2p3/2 )J=22.8103-1.4-2.65970.0660.0100.080.135(2p21/2 )J=02.8243-1.6-2.64560.128<0.0010.130.006(2p1/2 2p3/2 )J=12.8271-1.7-2.64280.132<0.0010.130.007(2p1/2 2p3/2 )J=22.8305-1.6-2.63940.1320.0270.160.178(2s2p3/2 )J=12.8393-1.4-2.63060.0660.1310.200.669(2p23/2 )J=22.8413-1.6-2.62860.1320.2190.350.6310(2p23/2 )J=02.8713-1.5-2.59860.1080.0150.120.13195Γa /ΓÒàáëèöà 5.2: Òîæå ÷òî è â Òàáëèöå 5.1 íî äëÿ ïîòåðè ýëåêòðîíà èîíîì Zn28+ .0autoionizingEres∆EEaΓrΓaΓstatekeVeVkeVeVeVeV1(2s2 )J=06.2809-4.9-6.10810.1360.2380.380.632(2s2p1/2 )J=06.2839-5.4-6.10520.3310.0240.350.073(2s2p1/2 )J=16.2912-5.4-6.09790.3310.0240.360.074(2s2p3/2 )J=26.3205-5.4-6.06850.3310.0110.340.035(2p21/2 )J=06.3251-6.1-6.06400.5810.0040.590.016(2p1/2 2p3/2 )J=16.3459-6.3-6.04310.662<0.0010.660.007(2p1/2 2p3/2 )J=26.3545-6.3-6.03450.6620.1090.770.148(2s2p3/2 )J=16.3606-5.4-6.02850.3310.1240.450.289(2p23/2 )J=26.3897-6.2-5.99940.6620.1350.800.16910(2p23/2 )J=06.4274-6.1-5.96160.6040.0280.630.04196Γa /Γe−pµ1srrrr1srb1sr@@q@@0QQ@@@@1sa@@@@@@r@@Qrrrr1s1se−pµ1se−pµrrrde−pµ1srr1s1se−pµ1srcrq00@@@@@@1sq@@001s1sreq0@@@@1sÐèñ.
5.2: Ôåéíìàíîâñêèå ãðàôèêè, îïèñûâàþùèå ïîòåðþ ýëåêòðîíà He-ïîäîáíûì ÌÇÈ,èçíà÷àëüíî íàõîäÿùèìñÿ â îñíîâíîì ñîñòîÿíèè, ïðè ñòîëêíîâåíèè ñ àòîìíîé ÷àñòèöåé.Âçàèìîäåéñòâèå ñ ïîëåì íàëåòàþùåé àòîìíîé ÷àñòèöû îáîçíà÷åíî âîëíèñòîé ëèíèåé ñêðåñòèêîì íà êîíöå.
(a) âåäóùèé (ïî ìåæýëåêòðîííîìó âçàèìîäåéñòâèþ) âêëàä â ïðÿìîé êàíàë. [(b), (c)] âåäóùèå âêëàäû â EA1 ïîäêàíàë. [(d), (e)] âåäóùèå âêëàäû â EA2ïîäêàíàë. Âåêòîðû Q, q 0 è q 00 îáîçíà÷àþò ïåðåäàííûé îò âíåøíåãî ïîëÿ (ïîëÿ íàëåòàþùåé àòîìíîé ÷àñòèöû) èìïóëüñ ÌÇÈ.197B|B|0.040(1s2s),(1s)(1s3s),(1s)0.0352|2|0.030|B|0.0250.0200.0150.0100.0050.00020406080nucleus chargeÐèñ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
