1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Броде выразил свои результаты через вероятность столкновения Р„которая равна среднему числу столкновений, испытываемых бомбардирующей частицей на 1 см пути через газ-мишень при давлении 1 лам рт. Ег. и температуре 0'С (гл. 1, й 4, и. «ж»). Сечение выражается через вероятность столкновения по формуле д, =0,283. 10 зР,(в сяз) —.--0,322РР(в на~),, (4.1.1) где Р, связано с Хл„, средней длиной свободного пробега для рассеяния при 1 лам рг. ст, соотношением Р,=-— 1 (4.1.2) ! Мл На фиг. 4.1.2 по оси абсцисс отложена скорость электронов в единицах (эв)чч Энергия электрона в любой точке па оси абс- 1 ) Зго скраиедлиае только дли рассеивая электровоз сравнительно иеболыией эиергии (меаее !О' эв).--.При»с дед.
') !)одобилае криаые лли многих лругих газов собраны Брауном а кинге 171. ИЗМЕРЕНИЕ И ВЪ|ЧИСЛЕНИГ СЕЧЕНИЙ УПРУГОГО РЛССГЯНИЯ !33 цисс получается (в эв) возведением в квадрат значения абсциссы в этой точке. Если лŠ— энергия в электронвольтах, то скорость электрона дается выражением з =--5,93. 1О'(Е)ч" см'сея.
(4.1.3) Наиболее удивительная особенность графиков на фнг. 4.1,2— быстрое изменение Рс в зависимости от скорости электронадля большинства газов. Особый интерес представляют кривые фиг. 4.1.2, в для более тяжелых инертных газов. В ксеноне, криптоне и аргоне сечение падает до очень низкого значения (-1 эв) '). Столь заметная прозра пюсть в узком интервале энергий, наблюдаемая н в ~екоторых других газах, была обнаружена Рамзауером [3) и независимо от него Тауисендом и Бейли [!4[, которые пользовались диффузионным методом.
Эффект Раязпуерп — Таунсенда резко противоречит классической теории рассеяния, которая предсказывает монотонное увеличение сечения с уменьшением энергии электрона. Для интерпретации наблюдаемого рассеяния потребовалась квантовая теория (З 4 настоящей славы), и необходимость дать объяснение поведению рассеянных медленных злрктронов дала даже мощный толчок развитию квантовой теории атомных столкновений. Главным фактором, определяющим вероятность столкновения, является потенциальное поле внешних электронов частиц- мишеней.
Полярнзуемость молекул и, следовательно, искажение поте!шпального поля падающими электронами также играют важную роль. Поэтому внутри группы газов с одинаковыми химическими свойствами наблюдается большое сходство, а при переходе от одной группы к другой — большие различия. Особенно интересно отметить огромную разницу между вероятно- стяни столкновений для инертных газов и для щелочных элементов. Например, при 2 эв величина Р, для цезия примерно в 40 раз больше, чем для ксспона, который расположен рядом с цезием в периодической таблице. Малые значения Р, для инертных газов объясняются компактной структурой их атомов, которые имеют замкнутые внешние электронные оболочки, тогда как большие значения Ре для щелочных элементов являются следствием диффузной структуры этих атомов, каждый из которых обладает одним свободно связанным валентным электроном.
На фиг. 4.1.2 можно заметить интересную общую тенденцио для одноатомных элементов: при энергии электронов, ') Кривая дли аргоиа, ло-зидимому, несколько ьегочиа з области ллалык энергий. Зксиеримеигы, проведенные ранее, указызают, что мииимальаое сэ чсиие лли аргоиа действительно иаблюдаетси при »версии л1а эа, и эззт резулыат был подтвержден различиыл1и исследователями а иоследиие годы глзах а приблизительно ранней !ОО эв, вероятность столкновения обратно пропорциональна иопнзац~ониому потенциалу п прямо пропорциональна поляризусмости атомов. При больших энергиях сечение падает как 1(о. Такой характер изменения свидетельствует о том, что полярнзационное притяжение-- решающий фактор в рассеянии прн больших энергиях. Сделаем несколько общих замечаний о метолах опрепелсния сечений упругого рассеяния с помощью пучков. Эти методы имеют то преимущество, что они позволяют производить непосредственные измерения.
Но трудности, связанные с применением пучков заряженных частиц очень малой энергии (возникающие преимущественно из-за рассеянных полей, контактных потенциалов и взаимного электростатического отталкивания), пе позволяют применять этп метены в области энергий, значительно больших 1 эв. В исследованиях упругого рассеяния с помощью пучков высокая степень чистоты газов обычно не столь существенна, как в некоторых других типах измерений, например нрп измерении сечений электронного сродства, при которых примеси могут иметь сечения, по порядку величины превосходяшие сечения основного газа-мишени.
Но диэлектрические поверхностные слои копленсируемых примесей могут обусловить нежелательные эффекты накопления электрического заряда, особенно на щелевых лиафрагмах, ограничиваюцшх пучок. Отсюда слелует, что пеобхолимо избегать попадания в камеру, в которой происходят столкновения, паров масла из насосон; для этой цели пользуются масляными отражателями и охлаждаемыми ловушками. Желательно также прогревать си стему, чтобы исключить возможность образования пленок, не. смотря на все принятые меры прелосторожностн. Очень помо.
гает также покрытие рабочих поверхностей каким-либо инертным металлом, например золотом (серебро плохо подкопит для этой цели). Необходима также хорошая электростатическая и магнитная экранировка объема, в котором происхолят столкновения. Еннпственным же способом преололення влияния объемного заряда пучка является работа с малыми токами в пучках и контроль за тем, чтобы измеряемые сечения не зависелп от тока в пучке. б. Методы диффузии. Измерения при очень низких энергиях можно проводить различными методами, основанными на диффузии электронов через газ. Такой метод был впервые применен Таунсенлом н Бейли [!5) и затем развит Хаксли [10) и другими исследователями ').
Мы не можем подробно рассмотреть метой '! См. амгввнер, !!6 26! циффузии, пока не пойдем до гл. 11, так что здесь мы налим лшпь краткое описание метода Таунсенда н Бейли. В этих исследованиях требовалось производить измерения двоякого рода. Во-первых, нужно было определить поперечное размытие диффузионного потока электронов, проходящих путь, равный нескольким сантиметрам, через газ в слабом аксиальном электрическом поле. (Давление газа было порядка 20 мм рг.ст., а напряженность поля порядка нескольких в(см.) Во-вторых, измерялось поперечное отклонение потока электронов в перпендикулярном направлению его распрострапепия одпоронном магнитном поле, На основании данных этих измерений можно было определить среднюю кинетн гескую энергию электронов и среднюю скорость их дрейфа, а затем вычислить среднюю длину свободного пробега электронов, энергии которых лежат вблизи измеренного среднего значения энергии.
Это среднее значение можно было варьировать, изменяя Е/р, отнсппенне напряженности поля к давлению. Средняя длина саобопного пробега определялась в предположении, что в среднем электроны после столкновений имеют срелшою скорость в первоначальном направлении, равную пулю. Результаты, полученные методами лиффузии, хорошо согласуются с результатами, полученными другими методами.
1!екоторые из наблюдающихся отклонений можно объяснить рааличпями в определениях измеряемых величин. Максимумы, наблюдающиеся при проведении экспериментов методом диффузии, не так резки, как максимумы, получающиеся прн экспериментах с прямым пучком, поскольку электроны в этом случае нельзя считать моноэнергетическими даже приближенно. Результаты, полученные с помощью петенов лиффузии до 1940 г., были собраны и проанализированы Хнлн и Ридом [27).
Из работ, выполненных с тех пор, мы уже указывали работы !! 6 — 26). в. СВЧ методы. Вероятность электронных столкнонений определялась также несколькими СВЧ методами, причем нсслецования такого рона проводились главным образом Брауном и его сотрудниками в Массачусетском технологическом институте. Различные применяемые прн этом метены были описаны Брауном [7) и Уортоном [281 СВЧ эксперименты имеют особенно важное значение, потому что они позволяют охватить область энергий от тепловых энергий до нескольких электронвольт. Они лают вероятность столкновения для переноса импульса Р„„которая обратно пропорциональна средней длине свободного пробега для переноса импульса прн 1 мм рт.
ст., определенной нами в гл. !, й 6. При энергиях, достигающих нескольких. 138 !'ЛАВА 4 (4.1.9) --. Ае' 1 О.— — —— т>з (ч«з,'ь>)« -~- 1 (4Д ДО) ~~а™е) (4.1.4) ма., «:т«м ««ы««у омм л е«л«Е и«е (4.1.6) .У, =- — пепе, (4.1.7) электронвольт, Ры в большинстве случаев лишь незначительно Отличается от Р„, так что данные, полученныеСВЧ методом,легко можно сравнить с результатами экспериментов, выполненных другими методами. В некоторых случаях наблюдается явное расхождение в результатах, полученных для электронов малых энергий. й!ожно предполагать, что некоторые данные, полученные СВЧ методами, ошибочны, так как электроны не находятся, как предполагается, и тепловом равновесии с газом (29, 30). Следует ожидать также серьезных расхождений между резуль татами, полученными методом пучков при энергиях ниже ! эв, по причинам, о которых говорилось ранее в этом параграфе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
