1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Требования, предъявляемые к угловой разрешающей способности, невозможно удовлетворить даже при энергиях, равных всего лишь нескольким электронвольтам, а необходимая разрешающая способность возрастает, грубо говорл, пропорционально скорости падающев частицы. Лучше попытаться тщательно определить угловое распределение рассеяния нли измерить рассеяние на углы, превосходящие некоторое минимальное значение, которое можно точно определить.
Анализ результатов таких измерений можно проводить с классической точки зрения, вбо квантовые эффекты становятсл заметнымп только при углах рассеяния, сравнимых с углом разрешения, который потребовался бы для того, чтобы нзмерьнь истинное полное сечение упругого рассеяния. Следует отметить, что для определения сил, действующих между частицами, не требуется измерять истинное полное сечение упругого рассеяния — достаточно провести измерения для углов, превышающих некоторый известный минимальный угол !7Ц. Сечения, которые приводятся в литературе для тяжелых частиц с энергией, превьнвающей примерно 1 зв, получены именно таким образом, хотя обычно пх называют «полными сечеияямн упругого рассеяния».
Таблица 4.5,3 Требовал!ия, предъявляемые н угловому разрешегшю для точного намерения полного сечения упругого рассеяния атомных бомбардирующих частиц на атомных мишенвх 181 о„, град энергия бомбарлнруюв,еа частинн н лаборагорвоа сгюгеме, ае Ми- шень боыгбарлиртюыая настина Не ( Хе ~ Аг Ха к 0,0255 (30(Г К) 3,6 0,0862 (1 000' К) 2,0 1 (11 600' К) 0,59 1,5 0,80 0,23 0,73 0,40 0,12 0,50 0,08 0,36 0,20 0,06 0,27 О,!5 0,04 0,0255 (ЗОО' К) 0,0862(1 000 К) 1 (11 60(Г К) 1,4 0,75 О,лл 14 062 0,40 0,22 0,06 0,27 0,15 0,04 0,19 О,( 1 0,03 0,75 0,34 022 О 10 0 0255 (300' К) 0,0862 (1 ООО' К) 1 (11 600" К) 0,70 0,87 0,41 0,30 1 0„48 0,23 0,11 0,14 0,07 0,19 0,10 0,03 0,14 0,08 0,02 0,15 ') См. (85 стр.
391. В случае более низких энергий снтуапня более благоприятная. Пользуясь схематическим угловым распределением для упругих шаров, выведенным Месси и Мором 1721, Месси и Бархоп ') вычислили минимальный угол отклонения О,, который следует учитывать, чтобы измеряемое сечение отличалось от истинного не более чем на 10%. Если  — сумма газокинетлческнх радиусов бомбардирующей частицы и частицы-ми!пени, измеренных в ангстремах, гп — молекулнрный нес бомбардврующнх частиц н Т вЂ” нх эффективная температура в 'К, то бо дается приближенно выражением (!о = (4.5.! ) с) (га Т) (а где бо измеряется в градусах в лабораторной системе координат. Здесь предполагается, что мишень покоится в этой системе отсчета.
Если разрешение прибора позволяет наблюдать столкновення с отклонением на угол Оо, то дальненшее повышение разрешающей способности приведет лишь к небольшому увеличению измеряемого сечения. Зна (ения бо для различных комбинаций бомбарднрующнх частиц и частиц мишеней и различных энергий приведены в табл. 4.5.3.
В следующем параграфе показывается, что этн требования к разрешающей способности, хотя н велики, но все же выполнимы. 170 ИЗМЕРЕНИЕ И ВЫЧИСЛГНИЕ СЕЧГНИЙ УПРУГОГО РАССЕЯНИЯ 171 ГЛАВА З й' 6. Методы исследования пучков частиц с тепловыми скоростями О приборах и методах, применяемых при экспериментах по рассеянию пучков частиц с тепловыми скоростями, говорится в книге Мессн и Бархопа'), в различных кингах и обзорах об атомных и молекулярных пучках з) и в многочислгиных журнальных статьях, часть которых указывается в данном параграфе.
Мы сконцентрнруем здесь внимание на методе, приме- К манометРу кнудсена детектор и на»гера рассеяния Ф я г. 4.6.1. Установка с тепловым пучком, пркмевявпгаяся Бернпгтеггво»1 и его сотрудепкамп [77). нявшемся Бернштейном и его сотрудниками в Мичигансколз университете и группой Нейнабера в лабораториях фирмы «Дженерал Дайнемпкс».
а. Прибор Бернштейна и его сотрудников. В !959 и 1960 гг. Б ернштейн н его группа провели ряд экспериментов, в которых они измеряли полные сечения столкновений для взаимодействия атомных пучков К и Сззт н молекулярных пучков СЕСРз со многими рассеивающими газами с различной химической активностью и различной сложностью состава.
Прибор, которым они пользовались при исследовании атомных пучков, показан схематически на фиг. 4.6.!. На схеме не показана вакуумная оболочка, которая разделена перегородкой С с прорезью на две камеры, каждая с отдельной откачкой — «камера источника» в «детекторная камера». Типичное рабочее давление в этих камерах, ') См. [81, гл. 7. з1 См., например„(73 — 761. в которых имеются большие ловушки с жидким азотом н отражатели паров масла, равно 5 ° 1О" мирт.
Ст. в первой из них и 1 10" жм рт. Ст во второи. Диаметр вакуумной оболочки равен 20 сл, ее длина — 60 см. Главные части прибора — печь Л из монеля (источник) с щелевой диафрагмой В для получешгя нейтрального пучка, камера рассеяния г и детектор с поверхностной ионизацией Ленгмюра — Тейлора 7 — 7 для регистрации нерассеянной компоненты пучка. Для получения пучков атомов К и Сз ') печь нагревается до температуры порядка 500' К.
Печь снабжена «идеальной щелью» ") В шириной 0,0025 слц такая же щель В помещена у входа в камеру рассеяния для коллнмации пучка. Эффективная длина, на которой происходит рассеянне внутри камеры, равна 4,44 см. Давление в камере рассеяния было от 1 10 з до 2 ° 10 ' мж рт. Ст Это давление измерялось манометром Кнудсена. Б качестве ионизационного детектора (принцип действия которого рассмотрен в гл. 13, 3 6) Использовалась вольфрамовая нить 7 длиной около 5 см и диаметром 0,0025 слг. Нить нагревалась приблизительно до 1500' К постоянным током 75 лга и находилась при положительном потенциале 90 в по отношению к коллектору ионов У.
Ионные токи, которые обычно были порядка 10-'з а в соответствии с интенсивностью пучка 6.!О' атом7сек, измерялись с помощью предусилителя в усил:пеля постоянного тока с обратной связью. Расстояние от щели В до щели В равно 11,12 слп щель 0 находится на расстоянии !9,68 см от 7. Расчетная полуширина нерассеянного пучка в детекторе 0,007 слп иаблгодаемое значение приблизительно в 2 раза больше. Угол, вырезаемый в средней точке пути рассеяния составляет примерно ЗО", а общее разрешение прибора, согласно вычислениям, равно 2' (78).
Для каждой комбинации бомбардирующей частицы и частицы-мишени интенсивность пучка измерялась при !Π— 20 значениях давления рассеивающего газа, соответствующих ослаблению пучка от 5 до 95з1з. Начальная интенсивность пучка (в записывается до и после каждой серия измерений при откачке камеры рассеяния. График зависимости логарифма отношения ослабления т/уп от давления обычно линеен при )ггуз>0,1. Из наклона получающихся при этом прямых можно вычислить полное сечение г), по формуле Розина — Раби (79) 4г,=2(п)Ь.)(е)1п~ — ) лгу, (4.6.1) '1 тезгпературз печи, необходимая для получения пучков пз различных зегпеств, указана в таблгггге ва стр. 372 киигг~ Рамзея [?31„ '1 Кпвструкггня щелк такого типа рассмотрена в работе [8П[, 172 глава а а. г» где и — число частиц в единице объема рассеивающего газа, с[ — длина пути, па котором происходит рассеяние, я У(з).
интеграл, величина которого зависит от массы бомбардирующнх частиц и частиц-мишеней, з также от температур пучка и рассеивающего газа. Аппаратура и методика эксперимента, применяемые в опытах с СзС! (78), почти аналогичны только что описанным с той лишь разницей, что температуру рассеивающего газа можно было менять от 200 до 735'К, н, кроме того, некоторые размеры были изменены так, что угловое разрешение было сведено к 4'. Хостетлер и Бернштейн [8!) ') сконструировалн также селектор скорости с дисками, снабженными прорезями, для экспериментов по рассеянию пучков частиц с тепловыми скоростями Такое устройство применялось при исследовании рассеяния моноэнергетического пучка атомов лития пучком атомов ргутн при угле падения 90'(83), а также при исследовании «радужного рассеяния» (см.
8 7, п. «б» настоящей главы) пучков К и Сз с выделенными скоростями пучком Нп )84, 85). Селектор скорости имел длину 1О см и диаметр 16 гм и состоял из шести дисков с прорезями, сделанных нз алюминиевого сплава. Разрешение по скоростям (Ло(о при величине Ло, соответствующей половинной интенсивности) было равно 0,047, и боковые полосы спектра скоростей не пропускались. Эффективное время прохождения па. дающего пучка через прорези диска равнялось 0,35. При максимальной скорости ротора (17000 об(лшн) пропускаемая скорость 1,05 ° !Оа сл~/ген б. Прибор группы Нейнабера для исследовании рассеяния модулированного пучка.
Описанный выше прибор очень удобен по конструкции и наиболее часто используется в большинстве опытов с пучками нейтральных частиц с тепловыми скоростями. Группа Нейнаберз в лабораториях фирмы «Дженерал Дайнемикс» недавно сконструировала прибор (86], который в основном аналогичен обычному, но отличается двумя новыми особенностями. В нем прнменяется модулированный пучок для снижения эффектов фонового рассеяния я используется ионнзационный детектор с электронной бомбзрдировкои; такой детектор позволяет проводить измерения на различных нейтральных бомбардирующих частицах, которые нельзя регистрировать по поверхностной ионизации нз-за их высоких нонизационных потенциалов, На этой установке исследовалось рассеяние атомов Не, Ые, Аг, Кг и Хе аргоном [86).
1 ) Аналогичный селектор скоростей с расширенными рабе'шми пределами описывается в работе !82!. пзмьтенпе и вычислгниг сечгнип УПРУгопа Рассеяния [7о Прибор с модулированным пучком, покзззннь|й схемапшески на фиг. 4.6.2, делится на три вакуумные камеры с отдельной откачкой. Тзк как исследуемые вещества газообразны пря нормальной температуре, пет необходимости пользоваться печкой для получения пучка: атомы просто выходят из источника через щель. [[!ир1ша выходной щели 0,075 мм, з давление в области д,» пимен гл « 11!'-- ч»к««Р(огю м Г:.» ~ Ра г— Ф и г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
