1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Сравнение теоретических результатов Эллиса и Морзе (сплошные кривые) с экспсрнментальнымн данными (пунктирные кривые) о рассеянии электронов. изыгсеннин и вычислгние снчгнии гг!гггого елссганиЯ 103 Ф и г. 4.4,2. Сечения упруго~о рассенкия электронов„вычисленные Фиском (сплошные кривые), и экспернментальные данные (пунктирные кривые).
Ссчьвва ььнм и сзнеьчьс оь. рассеяния станет равным нулю н„так как известно, что вклады волн более высокого порядка малы, полное сечение рассеяния упадет до очень низкого значения '). Этот эффект можно рассматривать как проявление дифракнии электронной волны на атоме-мишени. ') В случае потенциала отталкивания рассеящк не может дать эффект такого рода. Пр~ потенциале отталкивания к0 произведение волнового числа падающего электрона на радиус потенциального барьера должно быть по меньшей мере порядка еднниць| для того, чтобы фазовый сдвиг з-волны мог быть равен --180', а прн таком болыпом потенциале волны более высоких порядков будут вносить заметный вклад в рассеяние.
глйвл а ИЗМЕРЕН!!Г И ИЫЧИСЛГНИЕ СЕЧГНИЙ УПРУГОГО РЯСГЕЯНИЯ !65 Крутизна стенки потенциальной ямы увеличивается с возрастанием атомного номера инертного газа, так что эффект Рамзауера — Таунсенда наиболее сильно выражен вслучае ксенона. Этот эффект все еще значителен для криптона, но уже не наблюдается в неоне н гелии (см. фиг. 4.1.2). 11о эффект Рамзауера--Таунсенда отсутствует также н для некоторых других атомов н молекул. О 1 2 3 Гкорвслге элекпгроноа, эв гг» Ф н г.
4.4.3. Сравнение измеренных и вычисленных сечений рассеяния злектронои на молекулярном яолороле. à — измсреииыс пе мечелу Рамзауера; У- измереипые истплем либлйузип влектрепвегв вблака! л — результты вычислений мяесси и Рилли без учета пбменз; а — результаты еычислепий несси и Рилли с учетом ебмеип; б-результаты вычислсипй Фис!га аа пскове змии- рпческвге пптеипиала мплекулвриеге рассеяния с пплбвраемыми кепстытамв. После первоначальной попытки Хольцмарка было выполнено много теоретических исследоваьшй рассеяшш электронов. Наиболее ценные общие сведения по этому вопросу можно найти в книгах Месси и Бархопа [8), Мотта и Мессн [54), гл.
10„И Ву и Омура [57), а также в обзорах Мессн,'58), Крэггса и Месси [9) н Моисейвича [59). Болыпое количество проведенных недавно исследований рассеяния электронов на атомах водорода и кислорода указывается в статьях, цитированных в 3 1, п. «д», настоящей главы н в обширном обзоре Бурке и Смита [60). Фиг.
4.4.!. -4.4.3, на которых приведены результатьь, получениыс Эллисом и Морзе [61[, Фиском [62) н Месси н Ридли '[63), пока зывают, какую существенную роль играет квантовое прнблн- жение при рассмотрении рассеяния. 11аоборот, классические вычисления дают результаты, которые, вообще говоря, резко расходятся с экспериментом. Имеются, однако, некоторые указания на то, что классическая теория может дать ценные результаты, если рассматривать надлежащим образом энергии связи и распределения импульсов электронов в структуре мишени.
Гризннский [64) ') ввел классический метод, содержащий эти усовершенствования обычной классической теории, и полу!ил с его помошью результаты, удивительно хорошо согласуюьциеся с экспериментальными данными (см. гл. 6, $ 15). Пока еще, по-видимому, нельзя в полной мере оценить пределы применимости приближения Гризинского, но несомненно то, что оно имеет большое значение в некоторых случаях, которые не поддаются квантовому решению.
Хотя мы не собираемся давать здесь исчерпывающего обзора теории рассеяния, все же следует упомянуть об одном дополнительном обстоятельстве, а именно о необходимости учитывать возможное влияние электронного обмена на рассеяние. Этот обмен заключается в перемене местами падающего электрона с одним из орбитальных электронов частицы-мишени, который тогда в наблюдается при рассеянии. Вероятности прямого и обменного рассеяния нельзя непосредственно складывать, так как должны складываться не интенсивностн, а волновые амплитуды (см. гл. 6, $ !3, п. «б»). Для легких атомов прн низких энергиях бомбарднрующих частиц электронный обмен играет существенную роль, как показано на фиг. 4.4.3.
Рубин, Перел и Бедерсон [66) провели эксперимент с пучком атОМОВ Отдаеп! С ЦЕЛЬЮ НЕПОСрЕдСтВЕННОГО ИССЛЕдОВаиня ОбМЕН- ного рассеяния медленных электронов атомами калия. Бь УПРУГОЕ РАССЕЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ЧАСТИЫ Исследование упругого рассеяния ионов, атомов и молекул представляет интерес с разных точек зрения. Самое важное, пожалуй, то, что по характеру рассеяния можно определить потенциал взаимодействия между сталкивающимися частицами. Кроме того, величины сечений упругого рассеяния нужны экспериментаторам для того, чтобы они могли учитывать явления рассеяния в различного рода экспериментах, в которых используются пучки тяжелых частиц.
Поведение тяжелых частиц при упругом рассеянна можно исследовать разлечными методами, К таким методам относятся метод анализа данных о процессах переноса и урзвненнях '1 Сы такнге [Щ гллвл а ИЗМЕРЕНИЕ И ВЫЧИСЛЬИИЕ СЕЧЕНИИ УОРУГОГО РЛССЕЯНИЕ 167 состояния, метод исследования пучков частиц с тепловыми ско. ростями и метод измерения рассеяния пучков быстрых частиц. Месси и Ьархоп ') рассматривают вопрос о возможности определения потенциалов взаимодействия между нейтральнымн молекулами по даи(ым, полученным при исследовании диффузии, вязкости и из уравнений состоянт(.
Они также рассматривают вопрос об исследовании взаимодействия между ионами и молекулами путем анализа данных о скорости дрейфа ионов. Г10- скольку об этом подробно говорится в гл. 9, мы остановимся здесь только иа исследовании рассеяния пучков. Эксперименты по рассеянию пучков частиц с тепловыми скоростями (втепловых пучков») дают возможность непосредственно исследовать межмолекулярпые силы, действующие на больших расстояниях между молекулами.
11о нз-за трудностей получения устойчивого пучка заряженных частиц прн малых энергиях такой метод применим только к исследованию нейтральных бомбардирующих частиц. В болыпинстве экспериментов этого типа используются термические источники пучков, и частицы пучка имеют максвелловское распределение скоростей. Но некоторые исследователи применщот механические селекторы скоростей для получения приблизительна моноэнергетнческих пучков бомбардирующих частиц.
Исследования рассеяния пучков быстрь(х частиц дополняют исследования частиц с тепловымв скоростями, давая информацию о взаимодействии частиц на близких расстояниях между ними. Кроме того, осложнения, связанные с пространственным зарядом, значительно уменьшаются при возрастании энергии частиц пучка, и четко ограниченные пучки как ионов, так и нейтральных частиц можно получать при энергиях, превосходящих несколько электронвольт. Пучки быстрых ионов получают, выводя ионы из ионного источника и затем фокусируя и ускоряя их электростатически до нужной энергии. Для получения нейтрального пучка можно воспользоваться явлением перезарядки 1см.
гл. 6). О методах получе(щя таких пучков говорится в 3 3 настоящей главы. Так как разброс частиц по энергиям в пучке быстрых частиц обычно мал по сравнению с энергией пучка, то цет необходимости усреднять распределение бомбардирующих частиц по скоростям, как это приходится делать в большинстве случаев при исследования пучков частиц с тепловыми скоростями ). Однако опыты по рассеянию частиц высоких энергий трудно анализировать из-за необходимости усреднения по ширине пучка и геометрии прибора. ') См. 181, гл. 7 г) Свособы такого усреднения рвссматрвввютсл в работах 167 — 691 6 5. Угловое распределение рассеяния тяжель(х частиц У'абдала 4.52 дгсффереицггвлы(ме сеиецвл упругого рассеяния вв единицу телесного угла, вычисленные длв протонов Месси в Смитом 1701 Х (В1 н елнннваа аа ва свинину селесносо угла Лрсон (орогошг с Е="УУ ае( ге ия (нросовм с с=ИО ве( Угол рассеяна (в снесено венгр» васс(, град Харср Кулон Хараре Кулон 0 12 28 34 ст 80 114 137 167 16.
10' 22,0 7,20 2,76 0,93 0,48 0,14 0,08 0,05 9. 10а 7,85 2,00 0,72 0,21 0,08 0,04 1,58 10' 770 365 51 15 5,3 3,5 2,6 124,0 2,85 0,40 0,12 0,03 0,02 Прежде чем анализировать результаты экспериментальных исследований, мы рассмотрим вопрос об угловом распределении упругого рассеяния тяжелых частиц. В гл.
3, 3 12, уже говорилось, что прп рассеяния ионов, атомов и молекул в отличие от рассеяния электронов имеется резко выраженный максимум в прямом направлении. Этот факт, установленный экспериментально много лет назад, иллюстрируется вычислениями, выполиеи(ыми Месси и Смитом 1701 в 1933 г. Они вьщислялн дифференциальное сечение упругого рассеяния для протонов с энергией 110 эп в гелии и с энергией 72 за в аргоне. Полученные ими результаты приведены в табл.
4.5.!. Вычисления были проведены для поля Хартри и кулоновского поля неэкранированных ядер, чтобы определить экранирующий эффект орбвтальных электро. нов. Эффектами поляризации и электронного обмена прн вычислениях пренебрегали. Месси и Смит показали, что для всех углов, кроме 0=1, на законных основаниях можно пользоваться классической теорией, изложенной в гл. 3, 37. К прямому же направлению применялся метод фазового сдвига, рассматриваемый в гл. 3, $ 15. Максимум углового распределения в этом направлении действительно очень резкий. При увеличении измГРн!ие и вычислег!ие сечш!ий упругоГО РАссГягн!л 169 168 ГЛАНА е энергии такая направленность рассеянпл становится еще более выраженной, н Месси и Смит установили, что для протонов с энергией 1000 зв в аргоне интенсивность на единицу телесного угла при 0" по крайней мере в 10о раз больше, чем при 10'.
Месса и Смит вычислили также полные сечения упругого рассеяния для протонов в гелин и аргоне прн нескольких различных значениях энергий. Из табл. 4.5.2 видно, что нх результаты не отличаются сколько-нибудь заметно от сечений, вычисленных на основе кинетнг(есной теории. Таблица 4.5.2 Полные сечения уггругого рассеяния, вычисленные для протонов Месси и Смитом 1701 Ссчени» вмрюыенм в слиюшах яа о ! Сечения Месси и Смита энергия нрогова, ва Гавоыинетнчссысе сечения 90 8(Ю 73 650 3,75 2,0 16,4 10,7 Аг Из сказанного явствует, что бесполезно пытаться точно измерять полное сечение упругого рассеяния для тяжелых частиц прн высоких энергиях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
