1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 37
Текст из файла (страница 37)
«а», гдс рсчь идет аб исслвдавааивх уаругага рассеивав электронов ') См. также гл. 8, б 6, и. «а». ') Рабаты иа термичвскаи иавизации и тсрмическаму аазбуэкдеиик~ указаны в сиискв дааалиигельиай литературы в конце главы ионизация н возвуэкдение электРогшникг удАРОм !97 электронной эмиссии, ускоряготся соответствующей разностью полепциалов (обычно около 100 а) и проходят через газ, образуя копы при столкновениях с молекулами. В источниках с высокочастотным, тлеющим или дуговым разрядом электроны также образуготся в результате электронного удара.
Действие газонаполнепных детекторов 6-луггей основано на ионизацин газа в счетчике падающими электронами и создаваемыми ими вторичными частицами. Ударная ионизация и ударное возбуждение играют также большую роль в астрофизике, в явлеггиях, происходящих в верхних слоях алмосфе!эы, в термоядерных исследовашшх, в физике плазлсги и в газовои электронике').
Кроме того, экспериментальные данные по неупругому рассеянного необходимы для дальнейшего развития теории атомных столкновений, так как с их помощью можно проверять допущения и приГмгнн(ения, которыми п!эггходггтся пользовалься при вычислениях. Такие данные нужны не только для обычных устойчивых атомов и молекул; большой практический и теоретический интерес представлшот многие ионные структуры или атомы, норлгально существующие только в форме молекул.
По вопросам неупр)тих электронных столкновений имеется очень много литературы а). Почти все экспериментальные работы проводились по исследовашно столкновений электронов со стабильпымн мишенями. Падежные методы исследования ионов и химически неустойчивых атомов разработаны лишь в конце 50-х годов, н эта область остается ец1е в значительной степени неисследованной. По данному вопросу имеэотся превосходные обзоры, как экспериментальных, так и теоретических работ. Месси н Бархан Р) дали прекрасный обзор всех теоретических и экспериментальных работ, выполнешн1х примерно до !950 г. Обзор Мессн !ч) охватывает все исследования цеупругих атомных столкновений, проведенные до 1955 г., а в обзоре Крзггса и Месси [5] описаны эксперимсцтальпые и теоретические исследования молекулярных мишеней до 1958 г.
Файт !6), который представил недавно обзор по изкге!эешэям сечений ионизация и возбуждения при столкновениях, делает упор на работы, проводившиеся после опубликования книги Месси и Бархопа ~3). Филд и Фрашслнн [7) приводят большое количество экспериментальных данных по нонизации н описывают экспериментальную ') Очспь иитсрвсиый ввалив вопроса аб испальзавашги сечений иаиизацик и вазбуждсцив цри исследаваиии явлений, атиасвшихса к перечисленным абластви физики, лав в киигс !41, стр. 396. э) В абзарв иа эту гвму„арсдставлеввм Хеддлам и Ситаиам иа з-й Иеждуиарадвай каифсреиции аа физикс экектраииых и атомных сталкиа.
всиий, происходившей в Лондоне в 1963 г., указывается !92 рабатьч опубликованные за ввриад с виварв 1960 г иа валь 1963 г. ионизлш!я н Возвужденпа элгктРОнных! удАРОм )99 ГЛАВА 5 )98 технику, а в работах Мотта н Месси (8) н Ситона (9! рассматривается теория явления. Наконец, в большой статье Бурке иСмита (10!!) дается сводка всех эксперимегпальных и теоретических работ, выполненных до начала 1962 г. по упругому и неупругому рассеянию электронов малых энергий ца аюмах водорода.
Очень ценно то, что в обзоре Бурке и Смита дается описание и критический анализ разлишых приближений, используемых в теории рассеяния. А. ИОНИЗАЦИЯ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ ЭЛЕКТРОННЫМ УДАРОМ 9 2. Общие методы измерения сечений ионизацни а. Эксперименты с одним пучком, в которых полностью собираются все остаточные положительные ноны; кажущиеся сечения ионизации. При измерениях сечений ударной ионизации обычно через газ или пар пропускается коллимированный ипочти моноэнергетический') пучок электргпов и собираются почти все положительные ноны, образующиеся в результате ионизация.
Чтобы получить тоггное значение сечений, которое имело бы физический смысл, нужно пользоваться мтопкой» мишенью, в которой с молекулами газа-мишени сталкивается лишь малая доля «первичных» электроноп. Тогда лишь незначительная доля бомбардиругощих частиц будет испытывать более одного столкновения и лишь незначительная доля ионизации будет возникать под действием электронов, вырываемых частицами пучка нз молекул. Если обозначить ток в падающем пучке через г;, ила~ность частиц в газе-мишени через А!, эффективную толщину мишени через х и ток положительных ионов через Г', то кажда!леся сечение мониаг!с)ии д! будет определяться уравнением 1" — -- !ВАМ,х, (5.2.1) которое, как нетрудно Видеть, аналогично уравнению (1.4.8). Поскольку наряду с однократно заряженными ионами могут образовываться и попадать па коллектор многократно заряженные ионы, нзмеряехгое сечение В дейстшпелыюсти представляет собой взвешенную сумму 1 2угг 1 8уэг (5.2.2) ') Работ» [)01 была расширен» в область высоких эяергнй э статье 1)!1, ') В длиной главе герман <моноэкергсгическнй» применяется нс соэссм строго, когда речь ивет об элслтропных пучках.
Строго говоря, этот термин следовало бы сохранить дла пучков с полуширмнсй менее О,! эв, т. е. для пучков электронов, прошедшмх через тот илм иной фильтр скоростей. где дл" — сумма сечений всех процессов, в том числе и процесса выбивания и электронов из молекулы-мишени. Хотя подобный эксперимент пе дает никакой информации о ЗаРЯДаХ И Маееал ОСтагснп;ЫХ ИОНОВ, ВЕЛИЧИНВ д! СОВЕРШЕННО определенно дает нам сечение образования свободных электронов, Кроме того, измерения ! экого рода могут быть проведены с большой точи!!стью.
Опн непосргдшьс!пю дают абсолютные сечения„так как при этом прнмепяготся педискрпминирующне детекторы с эффективносгьго, равной по пи !00$. Если анализ ОггатОгигЫХ ИОНОВ ПО ОтЦОШЕПИЮ Егщ НС ПРОВОДИТСЯ, ВСЕ ИОНЫ, возникающие внутри акгнвпой области газа-мишени, просто вытягиваются из нее к отрицательно заряженной коллекторной пластине, параллелыюй электрон!юму пучку, которая ограничиВает активный объем. Активну!о голщину мишени можно точно установить, если предусмотреть охранные Влек!роды. Энергия положительных ионов, создаваемь!х электронным пучком, мала, и все ионы можно собрать !!а коллектор с помощью слабого электрического поля. Кажущееся сечение должно рашнягься истинному сечению, если энергия электронов ниже порога двукратной ионизацип (который обычно в несколько раз превышает порог однократной ионизацни).
Кроме того, в том случае, когда бомбардирую!цими частицами служат электроны, вероятность однократной ионизацни с самой внешней оболочки обычно значительно больше вероятности многокрапюи ионизации или нонизации с внутренних оболочек и, Вообще говоря, величина д! почти равна сечению выбивания одного электрона нз внешней оболочки. (Вопрос об иопизацин с внутре!ших оболочек рассматривается в кинге Месси н Бархопа [3) и В обзоре Месси (4),) б. Эксперименты с одним пучком, в которых проводится ана- ЛИЗ ОетатОЧНЫХ ПОЛОжнтсгЧЬНЫХ ИОНОВ ПО ОТНОШЕНИЮ ВУт; ИСТИН- ные сечения ионизацнн.
Если мы хотим определить сечение образования ионов с данным отношением заряда к массе, то необходимо провести анализ ионов по опюшению е/т. Ионы можно вытягивать в поперечном направлении из узкой области газа- мишени и анализировать одним из меюдов масс спектрометрии. Если тщательным образом учесть днскриминацио в процессах собирания и детектирова!нгя ионов, то можно получить точное значение сечения образования дан!юго рода ионов по отношеииго к любому другому роду копов, образугощихся в значительном количестве. Поскольку точно определить эффективный объем газа-мишени и эффективность масс-спектрометра весьма трудно, усилия экспериментаторов сосредоточены в основном ца измерении относительных сечений.
Абсолютные значения 200 |'ЛАВА З 1!апн |линя и вазьлждсни~:. элактпонн!!л! кдлпом 201 можно получить пз этих данных, сравнивая пх с уже известным абсолютным значением. Поскольку простые устойчивые атомы н молекулы обы п|о служат эталонами„то совершенно очевидно, насколько важны точные значешш абсолютных сечений для та.
ких структур. Правда, при некоторых типах исследований величины абсолю|п|ых сечений не имеют особого значения. В последние годы теоретиков весьма заинтересовал характер изменения сечений образования однократно заряженных ионов вблизи порога'). Было проведено также много исследований дяя выясню|ив электронных состояний, в которых образуются ионы. Об исследованиях этих двух типов говорится ниже, в ь 5 настоящей главы. Очевидно, что при проведении таких исследований необходим анализ по отношению е)т, но знать абсолютные сечения при этом необязательна. в.
Эксперименты с пересекающимися пучками на нестабильных мишенях. Метод пересекак!шихся модулированных пучков применяется для измерений сечений на нестабильных мишенях с 1958 г. Как правило, в их экспериментах механически модулированный пучок нейтральных атомов с тепловыми скоростями ЗаСтаВЛЯЮт ПЕРЕСЕКатЬСЯ С НЕМОДУЛИРОВаННЫМ П)о!КОЛ! ЭЛЕКТРО. нов, энергию которых можно изменять в ходе эксперимента, в приб|оре типа изображенного на фиг. 4.1.8. Такой метод вполне удовлетворптелен для нейтральных мишеней, но если оба пучка состоят из заряженных частиц, то возникают трудности, связанные главным образом с перекрестной молуляппей немодулированного пучка.
Долдер, Харрисон н Тоиемап !!21 недавно разработали метод, который, по-видимому, позволяет избежать этих трудностей. Их исследования паппзации ионов 11е' алек- тронами явились первым успешным экспериментом с пучками заряженных часпш двух сортов. В опыте указанных авторов хорошо коллимированпый пучок быстрых ионов Не' пересекался с пучком электронов переменной эперпш; после прохожде!шя через область пересечения ионный пучок разделялся по зарядоныл| состояниям. Если пада|ощий пучок Не' имеет энергию порядка нескольких килоэлектропвольт, то импульс, сообщаемый любому пз ионов Не', испытываю|цих ионизаци|о, пренебрем|имо мал по сравнению с начальным импульсом этих ') Пороговая энергия поппззцпп электронным уларом с точпостыо Ло 10"" равна энергии попкззцпп структуры лпппсяп.
Есзп мпшсш попо|;эпжпз клп Лэпжется мсллеппо, то кяпетпчсскэя эпсргня пэзс|зю|цс|о электропз з язборгторной сястсме почтя э точности рзэпз энерпш комбппзцпп бомбзрляру!ошзя чзстяцз — мишень э сястеме цсптрз масс, т. с. той энергии, которая можст прп столяяозспцп псройзп э энергию эозбужлспт| (см гп 1, $ 3). ионов н прямом направлении, и образующиеся таким образом паны Нез' остаются в пучке с попами 1-!е', не потерявшими своих остальных электронов. Дпя успешного применения этого метода необходимо, па видимому, одновремекно модулировать поннь|й и электронный пучки и иметь возможность регулировать отпосптелы|ую фазу модуляции. Прибор Долдера, Харрисона и Тонемаиа подробно описан в ч 4 настоящей главы, где говорится такуке о других исследованиях понпзацпп методом пересека1опц1хся п)'яков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
