1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 24
Текст из файла (страница 24)
терн энергии при упругом рассеянии электронов ие представляют особого интереса. Как правило, более значительную роль, в процессе столкновения играет изменение направления рассеянных электронов Простой расчет, прьзвеленньш в гл. 1„э 5, показывает, что рассеяние должно быть изотропным как в лабораторной системе коордииат, так и в системе центра масс. Этот вывод, основанный на крайне упрощенной классической модели упругих шаров, вряд ли можно считать правильным. И.эксперимент, и вычисления, основанные на более реальных представ- измГРении и вььчьзслсььиье сечений РНРУГОГС РАссГснььия !Ей пениях, показывают, что очень резко выражеььо рассеяние на большие углы, и это обсгоятсльство обязательно н)жцо учитывать при конструировании приборов, в которых имеются электронные пучки. Рассеяние на болыпие углы особенно выражено при малых энергиях, но даже н при больших энергиях им нельзя пренебрегать ь), Большой интерес прелставляьот также некоторые интегралы дифференциального сечения для упругого рассеяния.
Невзвешеиный интеграл по всем углам, т. е. полное сечение рассеяния, ОлЬЕВИАНО, СВЯЗаи С ПОЛНОЙ ВЕРОЯтНОСтЬЮ СТОЛКНОВЕНИЯ. ЕЩЕ ОД- ной, даже более важной величиной является сечение переноса импульса (см. гл. 1, 9 6), которым определяется скорость диффузии электронов, а также скорость их дрейфа в газе под действием электрического поля. Рассмотрим теперь более подробно вопрос о рассеянии электронов. Наиболее интересуьощий нас, как в дальной главе, так и на протяжении всей книги, интервал энергий электронов лежит от нуля ло — !000 эгь й !.
Измерение полного сечения упругого рассеяния Первые исследования рассеяния медленных электронов были проведены У)еььардом [2) в !903 г., но количественные измерения были начаты лишь в 1921 г., когда Рамзауер [3) предложил метод опрелелепия электронных сечений. Мы будем рассматривать только исследовапия, проводившиеся после этой даты. Более ранние измерения были выполнены Броде [41, Тауисендом [5), Колласом [6), Брауном [7) и Мессн и Бархопом [8). Полезные сведения об упругом рассеянии электронов можно почерпнуть и в обзорах Крэггса и Месси [9) и Хаксли п Кромптопа [!О). Мы будем рассматривать эксперименты по измерению сечения в соответствии с тем, каким методом опи проводились. К первому классу таких экспериментов относятся эксперименты, прн которьж через газ пропускается резко ограниченный почти моноэнергетический пучок электронов и при этом непосредствец0о ььаблюлается рассеяние.
Затем мы рассмотрим исследования, ') Интсресноа иинюстриннеи рассеянии чхехтринии ни болынис углы могут служить фотографии треков й-лучсй, нслучениыс в нимсрс Вььчьсоиа Аналогичные фотсгрифии тренин ьь-чистььц показывают, что тяжелые частицы, наоборот, почти полностью рассеииак1тси иод очень милыми утлильи н цримольу найранлсььию. !Примеры таких фотографий дины и инжс [ь).] Конечно, трзситорььи частицы ни фотографии и иамсрс Вильсона онределиетси нс только ун1ьугнм риссенннсм.
Некоторые отклонения, испытыниемыс частицей, обусловлены исупругими столиноиенинл~и, ью различия распределения рвссеяниых злеитроиси и рисссннных тяжелых частиц ио уыьзм но пи одиниионы нак нрн исуиругом расссиинн, тзн н прьь уцруснл сьонхнонсниих, Э И л!~л/Ьл ~схь ГЛАВА « при которых сечения определяют по данным наблюдения диффузии электронов через Газ в однородном электрическом поле. Далее идут СВЧ иссчелования и определение сечений путем измерений скорости лрейфа электронов. И, наконец, мы опишем эксиеримеспы г пересекающимися пучками, которые теперь заняли очень важное место в исследованиях разнообразных процессов столкновений.
а. Прямые измерения с одним пучком '). Здесь мы довольно подробно рассмотрим метол Рамзауера измерения электронных сечений как пример метолики, основанной па использовании игвс очи сж оюээлеюлрв вв Р Фиг. 4.1.1 Прибор Рамзауера для измерения вероятностей электронных столкновений. одного электронного пучка. О других аналогичных методах говорится в указанных вынсе работах 14, 6--81 Иа фиг.
4.1.1 схематически показан прибор Рамзауера лля исслеловапия сечений рассеяния электронов. Электроны ') Следует упомянуть такнсе о некоторых недавних исследоааниих упругого рассеяния электроник ввиду их особой аажиости Резкий резонанс в гелии при !9,3«-0,! эв наблюдался Шульцем [! Ц с помощью дзойиосо электростатического анализатора с выгоним разрещением (см. гл. б, й 9, п. «г»).
! са 3-и Международной конфересщии по физике электронных и атомных столкновений (Лондон, 19бз г.) Шульц также сообщил о резонансах, получающихся ниже первого возбужденного электронным ударом состояния для атомоз аеона и молекул М», СО и М,О О подобном же исследовании с гелием и неоном был сделан донлад Симпсоном на той же самой конференции и написана статья Симпсоном и Фано [12]. Резонанс при !9,3 эв н гелии наблюдался также при более низком разрещении Флемингом и Хнггинсоном [!3]. Ыа конференцпи и Лондоне Пейнабер, Трухилло, Марино и !»оте также доложили об измерениях полного сечения рассеяния элентроное метэстабильиым гелислс а «сосояния 2»Б при энерпгнх столкноаений — ! эв. измерение и вычисление сГЧГний упРуГОГО РАссеяния 131 эмитнруются пол действием света из цинковой пластины Р и ускоряются ло нужной энергии разностью потенциалов, приложенной межлу Р и первой щелью 5!.
В подобранном соответствующим образом олноролпом магнитном поле, перпенликулярпом плоскости рисунка, часть электронов, двигаясь по круговым траекториям, проходит через 5, и другие коллимирующие пучок щели 5з — Ьт и попадает в цилиндр Фарадея г', если иа своем пути через прибор не испытает столкновений. Электроны, испытавшие упругое рассеяние на утлы, превышающие угловую апертуру системы, не смогут достигнуть Е Точно так же электроны, скорость которых хотя бы незначительно изменяется в результате неупругих столкновений„булут двигаться после этого по траекториям меньше!.о радиуса и тоже не попадут в Г. Рассмотрим теперь пучок почти моноэнергетических электропон, которые не испытали рассеяния и попали в облас~ь коллектора С Электроны, которые испытают столкновение ло прохождения через щель 5,, попадут на коллектор С; остальные попаЛут в цилиндр Фаралея г.
Отсюда слелует, что если лавлепие и длина луп! между 5в и 5т известны, то, измерив токи па С и па г' по формуле (!.4.9), можно опрелелить полное сечение столкновения. При экспериментах с пучком важно, чтобы данная бомбарлирующая частица не испытывала многократных столкновений с частицами-мишенями; в противном случае она может отклониться и уйти из пучка при первом столкновении, но затем вследствие рассеяния при последующих столкновениях все-таки попасть на коллектор. Многократных столкновений почти не будет, если произведение давления газовой мишени и ее толщины столь мало, что мала вероятность лаже одного столкновения.
Чтобы установить, выполняются ли условия «тонкой мишени», проволятся специальные опыты, опрелеляется, меняются ли токи на коллектор линейно с изменением давления газа-мишени. В приборе Рамзауера давление газа бь!ло ловольно высокое [примерно ло 10-' мм рт. Гт.), но траектории электронов были коротки, так что в болыпннстве случаев могли происходить лишь однократные столкновения. В приборе, схема которого приведена на фиг. 4.1.1, срелний диаметр траектории нерассеянпых электронов равен 20 мм, ~ирина пучка — 1 мм, высота его --8 млс.
Следует подчеркнуть, что измеряемое сечение будет равно полному сечению упругого рассеяния только в том случае, если энергия электрона меньше энергии возбуждения любого из уровней молекул газа-мишени. В противном случае неупругие столкновения вносят вклад в измеряемое сечение. В опытах Рамзауе- глава а ра не было предусмотрено разделения вкладов неупругого 1а упругого рассеяния. Но большая часть этих опытов была выполнена при достатошо низких энергиях, при которых неупругие столкновения не играют большой роли. В некоторых установках другого типа [8) энергия рассеянных электронов измерялась методом задерживаюпсего потенциала наш по Отклонению в электрическом н.ли магнитных полях, так что в коллектор попадали только электроны, испьпавшие упругое рассеяние. Так как любой прибор имеет конечную разрешающую способность, измеряемые сечения соответствуют, очевидно, рассеянию на углы, превышающие некоторыг конечный минимальный угол, и пе могут считаться исзинными полпымн значениями.
В электронных измерениях это обстоятельство не столь существенно, как при исследовании рассеяния тяжелых частиц, ибо рассеяние пе имеет очень резко выраженного максимума в направлении свперед» '). Броде [4[ собрал данные, полученные в экспериментах с одним пучком, для большого числа газов и паров и усреднил результаты. Его кривые приведены на фиг. 4.1.2'). Статьи, нз которых взяты данные Броде, указаны в его обзоре. Кривые Броде и данные отдельных исследователей редко различаются между собой более чем на 10з)з, если исключить область очень низких энергий. Этот факт, а также общее согласие результатов с результатами, полученными другими методами, говорит о том, что представленные кривые вполне надежны почти для всего рассматриваемого интервала энергий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
