1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 33
Текст из файла (страница 33)
сечения для данной молекулы к сечению аргона для той же самой бомбардирующей частицы. Значения этих относительных сечений лежат в пределах от 0,29 д, . Согласование данных производилось на основе теории Месси — Мо, п ра, ри 1ем принималось, что потенциал взаимодействия (притяжения) имеет яид ]7(г) = — С'г '. Для этого поц а 474-.- -4, 62 10 (С нва)'. если пользоваться единицами СГС.
Постоянная С' определялась из обычных форм л ля пе син Л р ондона н для сил взаимодействия между днполем и индуцированным днполем по имеющимся в наличии данным о рефракции и днпольных моментах. Вычисленные таким обра "ким о разом значения отлпча4отся от экспериментальных величин лишь почти постоянным множителем; расхождение между теор теоретическими н экспеРиментальными значениЯми было меньше Зе7а длЯ 57е)а ней. Бо. исследованных газов и меньше ь !Оте для 87а]4 молек .— — е .
молекул-мшне. ней. ольнше отклонения получаются главным образом для легких рассеивающих газов. Хорошее согласие относительных сечений с теорией Месси — Л]ора указывает на то, что эта теория дает прочный теоретический базис для расчета сечений упругих столкновений для частиц с тепловой энергией. Но, к со. жалению, абсолютные значения измеряемых сечений примерно на 5 % выше, чем по предсказаниям теории. Измерения, выполненные Эстерманном, Фонером и !Итерном [94) длн Сз на Не с чрезвычайно высоким разрешением (5"), дали даже большее расхождение, хотя эксперименты Паули [95[ и К вЂ” ]4 з — 'а с высоким РазРешением пРивел44 к значениам, хоРошо согласующимся с данными Роте и Бернштейна. Это показывает, что вопрос об угловом разрешении нуждается в дальнейшем изучении и тео етн р нческую оценку С,„н,„также следует усовершенствовать.
измэгьние и вычислвниь свчнний УпвУгого Рассеяния 179 Работы Мичиганской группы были продолжены Шумахером, Бернштейном и Роге [78), прнмепившнми пучки хлористого цезия; первоначально целью этого опыта являлось непосредственное наблюдение влияния сял, действующих между диполямн, на рассеяние.
Температуру рассенвиощего газа можно было менять от 200 до 735" К. Длн неполяриых газов-мишеней наблюдаемая незначительная температурная зависимость 47, согласуется в пределах ошибки эксперимента с той, которую следует ожидать нз температурной зависимости относ4нельной скорости, и относнтеяьные значения сечений с большой точностью совпадают со значениями, предсказанными но теории Месси--Мора. Для полярных газов измеренные сечения велики н значительно уменьшаются прн увеличении температуры. Вследствие большого взаимодействия между дннолями приближенная теория (основанная на ограниченном, зависяшем от температуры вкладе диполь-дипольного взаимодействия в консганту С') дает лишь полуколичественное объясненне полученных наблюдений.
Другие су1цественные экспериментальные исследования по проверке справедливости теория Мессн — Мора для различных пар бомбарднруюьцих частиц и частиц-мишеней были проведены Паули [96 — 98['), Хостетлером и Бернштейном [83[, Скунмейкером [99[, Роте и др. [86 — 89], Киддом [100) ) и Гаррисоном [101) "). Одна из статей Паули [96) представляет особый интерес, так как в ней анализируется влив!)де углового разрешения иа измеряемое сечение. Паули показал, что при рассеянии атомов калия на Не, Аг, ]ь!а н Ип около 9947а полного сечения получается прн угловом разрешении примерно 1,5'.
Из других теоретических работ по данному вопросу укажем работы [102--1 10[. б. Радужное рассеяние. Прн классическом анализе рассеяния молекулярного пу ~ка Мэзон [111[') указал на возъ4ожность появления особенности и разрыва непрерывности углового распределения при критическом угле отклонения, который впоследствии был назван «углом радужного рассеяния» (см гл.
3, 9 7), Этот угол соответствует траектории, при которой притя>кен14е между взанмодействуюшими частицами максимально, и его величина дает непосредственно глубину минимума поте4щиальной энергии. Пользуясь селектором скорости, описанным в гл. 4, $6, п. «а», Морзе, Бернштейн и Хостетлер [84) наблюдали ') Работа [98] представляет собой большой н очень ценный обзор ') Л)олекулы Н40 н )ЧНа на Н«О ') Атомы Н, Не н Не на На н Не.
'1 См. также [112, 1181. !2' )ВО 1 ллгвх я радужпое рассеяние атомов калия и цезия в парах ртуги, Без "елекции скорости радужиого рассеяпия пе наблюдалось '). в. Кваитовые эффекты при рассеянии пучков частиц с тепловыми скоростями. Лнализ методом парцяаль~ых волн, выполненный Месси и Мором (?2, 9!! в !933 и !934 гг., показал, что кваитопомсхаиические иптерферепциоииые эффекты должны ь и м $ ь э в «00 ю )200 Я00 40Г б00 000 )000 Сребеяя «ечкх.ое~е«л ноя о ерхетк лысея Ф и г. 4.7.1. Зависимость полного сечения рассеяния атомов литая на атомах ртути от скорости, появляться в том случае, когда длина волны де-Бройля для отпосительпого движепия имеет тот же порядок величины что и радиус молекулярного взаимодействия.
Однако такие квантовые эффекты впервые удалось наблюдать лишь в 1960 г. Эти иаблюдепия были выполнены Хосяетлером и Бернштейном [83)„ кото ые иссле овали х р д рассеяьие юноэнергети ~еского пучка атомов лития иа пучке атомов ртути. Лтомы лития были выбраны в качестве бомбардирующих частиц вследствие их малой массы 4 и большой длииы волпы. 11а фиг. 4.7.! приведены их дишые, показывающпе измемепие полного ссчсния в зависимое|и от средпей относительной скорости.
Резкое падение сечепия при умепьшепии скорости примерно до 450 м)сек очень необы то и пе согласуется с формулой Месси — Мора (4.7.!!). Кроме того, па ') Радужное рассеяние наблюдалось также недавно прн псяледовянпн столкппвепий а~омов калин с молвкулямв бромистых соедянепиа криптонл и водорода (см 1))4)).
измегеиие и Вычислгние сечгнпп У!евУго!о РдссеишЯ И1 эксперимептальиых кривых, выражающих зависимость иптенсивпости от угла в лабораториой сисяеме координат, наблюдались волнообразные неровпости (фиг. 4.7.2). Можно было думать, что эти перов1юсти — иптерферепПиоппые.эффекты, возникающие как следствие волновой природы взаимодействующих пучков. Подобные эффекты пс иаблкодались при рассеянии К ца 118 (83), но были зарсгистрпровапы в опытах по рассеянию атомов лития (с выдслешюй скоростью) па ксс~опе, проведепных Рояе и др. (87- 891 г.
Рассеяние метастабильных атомов. Было проведено несколько опытов по рассеянию мегастабильных атомов гелия в различпых газах. Метастабильные состояния получались в иизковольтиом разряде или при бомбардировке пучка пейтральных частиц электронами, вылетающими из элсктроппой пушки. Детекяироваиие производилось по иторичиой эмиссии из металлической поверхности, как описало в гл, 13, э 2, п. «ав,5. Сечение рассеяния для атомов с ~рнплетныкш состояниями больше, чем для атомов с синглетпыми состояииями. д, Неупругие столкновения при тепловых энергиях. Хотя молекулы, сталкинаюгцяеся при тепловых энергиях, обычно испытывают упругое рассеяние, которое определяется дальиодейств)тощими силами Вап дер Ваальса, вращательное или колебательное возбуждение одного или обоих сталкивающихся партнеров также представляется возможным.
Кроме того, при столкновениях могут происходить химические реакции, и исследовапия молекулярных пучков с педавних пор стали источником важиой количествешюй информации о природе и сечениях химических реакции. Большая часть пашах знаний об этих реакциях основана на исследоваиии зависимости скорости реакции от температуры и концентрации реагирующих химических веществ. Хотя такой метод оказался весьма продуктивным, оц далеко пе идеалеп, При таком меяоде очень трудно ко~пролировать эпергию молекул и можпо наблюдать лишь усреднепиу!о картину, а заиэсимость между паблюдаемой скоростью реакции и кипетикой данного процесса зачасту!о оказывается очепь сложной, В результате миогие тоикости процессов остаются псяспыми.
Метод же молекуляриых пучков позволяет преодолеть эти трудности. В саьюм деле, молекулярпые столкиовепия, которые приводят к реакции, можно исследовать с помогцью молекулярных пучков почти идеально, если пользоваться отобраппыми по скорости пучками и масс-спектрометрическим меяодок1 определения продуктов реакции. Примспепие метода молекулярных пучков к е 10 й в 1О 15 угол рассеяная, град Ф иг. 4.7.2.
Угловая зависимость рассеяния 1.1 на Ня 1831, нзлтегение и вычисление сечений упРуГОГО Рхссеянин 1ЗЗ исследованиям химических реакций и поверхностных явлений описано Латцем, гейлоролг и Файтом (119 — 120) (см. также (121 — 130)). Можно надеяться, что в будущем в этом направлении оудут достигнуты зпачительпь1е успехи. $ 8. Метод пучков, применяемый при исследовании упругого рассеяния быстрых тяжелых частиц Мы будем называть «быстрым» пучком пучок, состоящий из частиц, кинетические энергии которых значительно превосходят обычные тепловые энергии.
Основной иптересу1ощий нас интервал энергий простирается от нескольких злектронвольт примерно до 2 каа. Нижний предел обусловлен трудностями в управлении пучками медленных ионов'), верхний предел — осложпешими, нозпикаюгцими при пеупругих реакциях. Работы, проведенные до 1980 г., подробно рассмотрены Месси и Бархопом (Я, гл. 8); здесь мы остановимси на более поздних исследованиях, причем рекомендуем чи~а~елям обратиться к превосходному обзору Мэзона и Вацдерслайса (71). В этом обзоре особый интерес представляет анализ неопределюшостей, возника1оших при экспериментах с пучками, и способ усреднения, необходимого при анализе результатов, На фиг.
4.8.1 и 4.8.2 показаны схемы приборов двух типов, применяемых при исследовании с помощью пучков упругого рассеяния быстрых тяжелых частиц, в ниде иллюстрации распространенных в настоящее времн методов. а. Прибор Крамера и Симонса. Важная серия измерений (131 — 134) по упругому рассеяыи1о положчпельпых ионов в интервале энергий от 4 до 400 за была проведена в течение нескольких последних лет группой ученых из Флоридского университета. Мы приводим здесь описание одного из вариантов их прибора. Прибор Крамера и Симопса, показанный на фиг. 4.8.1, состоит из масс-спектрометра, который используется для получения ионного пучка, камеры столкновений и коллектора пучка. Ионный источник — обычного типа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
