1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 38
Текст из файла (страница 38)
$ 3. Измерение сечений иоиизации стабильных атомов и молекул Данный параграф посвящен изу |ению ионизапии простых газов алек~раиным ударом при энергиях электронов вплоть до 1000 эя. Т)ля нескольких простых газов имеются измеренные значения кажущихся сечений понизацин. Дополнительные сведения о многоатамных газах появились в работах Крэггса и Месси !ос) и Филда и Франклина !71.
О новейших работах, выполненных с высоким разрешением на простых структурах вблизи порога нонизации, сообщается в 9 5 настоящей гла вы. Основная масса данных об ионизации одноатомных и двухатампых газов при эперп|ях значительно выше порога была получена в период с 1925 по 1940 г. Отсюда можно сдепать два вывода. Во-первых„мы можем убедиться в высокой квалификации исследователей тех лет, пол)чивших достаточно достоверные данные, чтобы пе нужно было повторять их измерения вплоть до последнего времени, когда усилился интерес к детальной форме и топкой структуре кривых, описывак!щих сечения. Во-вторых, это означает также, что измеренные сечения сравнительно мало зависят от содержания примесей в газе-мишени, ибо измерения, о которых идет речь, были выполнены до появления техники высокого вакуума.
а. Аппаратура. Мы рассмотрим несколько типов приборов, успешно применявшихся в начале 30-х годов для изучения электронной иапизапин. Х. Прибор Гейта и Сл|ита дяя измерения каз|сри1ихся сечений иолтзаци|й Тейт и См|п пзмерялп потетщалы ионизация и кажУщпеса сеченнЯ ионизация Р ь СО, О|п КО, Н, и СзНз с помощью прибора, показанного на фиг. 5.3.1. Он почти такой м|е, что и применявшийся ранее Смитом для изучения Не, Р)е и Лг ~14$ а также паров ртути !151.
Но прибор Смита не был пригоден для исследования ~азов, днссашшрующпх под 242 дсиствием раскаленного катода. Тейт и Смит работалн с вакуумной трубкой, разделенной нз два отсека, каждый из которых откачнвается независимо от другого. )4сточником электронов служил вольфрамовый кап!л Р, расположенный внутри танталопого цилиндра С, ввареппого в трубку из пиренея.
В диске, расположенном перед катодом, имеется ряд отверстий, !то позволяет хорошо отка швать пространство между диафрагмами 5, и 5,. Единственное отверстие между двумя отсеками вакуумной трубки — отверстие диафрагмы 5з! его диаметр равен 0,055 см. Таким образом„продукты диссоппации газа пе могут в э Юсиа Ф н г. 5.3.1. Прибор Тейга н См~!га (13) для намерения погенцаалов нонпзацнн н казкущнхея сечений пою!зацнн. диффундировать в др)топ отсек, в котором содержится газ-мишень прп давлении )О ' — )О ' мм Рт.
ст. Между Р и 5ь а также между 5 и 5з поддерживается постоянная разность потенциалов, то~да как на 5з и 5, подается регулируемое ускоря1ощее напряжение. Благодаря такому устроиству ток электронов в ловушке Т не зависит от величины рй На ваку) мяую трубку надевается соленоид, создиощий аксиальное магш!тпое поле П (иесколько сот эрстед), которое формирует первичные эяектроны в хорошо сфокусировагшый пучок. Без этого из-за рассеяния электронов пучка молекуламп газа потребовались бы сильные электрические поля для иск;почеш!я попадания рассеянных электронов па коллектор попов Ры и тогда энергии падающих электронов сильно изменялась бы при движении вдоль направления пучка.
Кроме того, если отсутствует такое магнитное стягивание пучка, рассеянные из пучка электроны могут вызывать вторичную электронную эмиссию с внутренних поверхностей установки. В опытах Тейта и Смита ток пучка г!О!!излцмя н яОзвужденне злвктРОнным удлРОМ 203 электронов составлял около 5 !О ' а. Магнитное поле исключало возможность попадания пучка на края какой-либо диафрагмы, через которую проходит пучок. Возпикагощие н пределах активной области газа-мишени положительные ионы собираю~си на пластику Рь Зависимость ионного тока коллектора от разности гютенциалов между Р, и Ра обнаруживает нась!щение прн нескольких вольтах даже тогда, когда энерп!я пучка составляет примерно 4500 эв, так что при разности потенциалов такой вели швы могут быть собраны почти все ионы.
Обьшно напряжение на коллекторе составляло 4 в'). Охранные электроды б, потенциал которых равен потешпшлу пластины Р,, служат для точного определения эффективной толщины мишени, рзвнои 4 см. Пластины Рз и 6 соединены между собой через высокоомпое сопротивление, средняя точка которого подкл!Очсна к щели 5м благодаря чему поперечное собирающее поле ве изменяет заметным образом скорости электронов. Коллпмпрующее магнитное поле заставляет электроны пучка двигаться но спиральным траекториям, радиусы которых определяются скоростью электронов и углами нх выхода из эчектронной пушки.
Этим обусловлена некоторая неопределенность длины пути первичных электронов в газе-ми!пени, но подобный эффект значителен лишь при очень низких энергиях пучка. Максимальный угол вылета электронов пз пушки определяется размерагш выходного отверстия. Если 1 — эффекп!иная длина мишени, д-- диаметр выходного отверстия пушки в миллиметрах„  — магнитная индукния в гауссах, а )7 — энергия электронов в пучке (в электрон!золы ах), то максимальный пробег электрона в мишени !!авен Д 1~!+ 1,!О ПО '-"-~ — '). ') Проведенные педавко пегледовакая Раппа н 11ю леклер-Голдена показывают, что слабое поперечное по.щ. кено!!»озава.еегя Тейтом и Смитом, было недощаточным для сбора всех конов с оапбольппжн энергнямп, образующяхея прп дигсояиагианоа яонпзацяя (гм.
й 7, п. »в» настоящей главы). Пользуясь аппаратурой, весьма схожей е уе!ановкоя Тейта п Смята, Рапп н Инглендер-Голден обнаружплп, по потею!нал 4 в обеепеюпает еобпраняе всех конов, возннкающнх прн етолкновеняях электронов с агомамн газообразного гелия, ко прн выеокпх эяергняч электронов для сбора всех протонов большпх энергнй, образовавшнхся прн днесоцпатввной яоннзацян молекулярного водорода, требуетея 30 а.
Пря попереюол! папряженян 30 в онн получнлн сменяя, примерно на з,гз% пренышающпе сеченяя Тейта н Смята для Из прн выеокнх энергнгх электронов. 1)гз работа обсуждалась на 6-й Международной конференщп! по ноннзацпояным явлениям в газах (Пар!ок, 1963). глава з иОиизлгв1я и возвуждение эле1сгпоиным уддпОм 205 Мипимальиый пробег, естественно, равен 1. Таким образом, при 11=! л1л1, В=250 ас и )У=100 ээ максимальныи пробег оказывается примерно па бо(о больше минимального').
2. Прибор Влипни для излерещ1я 11стнкнь1х печений нош1- зп1)ми злектроип»1и. На фиг. 5.3.2 показано устройство, которое Блпкни впервые описал в 1929 г. (17) и использовал для измерения потенциалов появления и сечений образования отдельных ю з П Г'~ и Уг Ф и г, 5.3.2. Прибор Блнкни [17] для измерения потенциалов понвлення и истинных сечений ионизация. видов ионов в Нд 118), Н, (19) и в Не, Й)е и Аг (20).
Для формироваш1я узкого прямолинейного пучка электронов и для отделения остаточных ионов, имеющих другие значения е/ги, применялось однородное мапшгное поле гг'. Испускаемые катодом Г электроны ускоряются разностью поте1щиалов )/1 при прохожденни через систему щелей В в направлении мишени, которая находится между пластинами Л и В. Пучок улавливается в ловушке Т, а возможность попадания в область м1нпени вторичных электронов исключается приложенной межд) пластиной Р и стенками ловушки разностью потенциалов около 130 и.
ПО- скольку в опытах ток пучка составлял всего 3 ° 10'' а, влияние пространственного заряда было иичтогкно малым. Давление газа в мишени менялось примерно от 2 ° 10"з до 10 ' мм рт. Ет., причем более высокие давления использовались в опытах с молекуламн газа меньших размеров.
Специальные меры были предусмотрены для обеспечения условий «тонкой» вгишеии, так по ') Т)роведеппый Несси н Бархопом расчет влпгншя акепалыюго магнитного поля на величину пробега электронов был исправлен недавно в работе Де)иди (Щ. Асундн показывает, по изменение пробега электрона определяется прежде всего велнчпной его скорости в напрзвленяи.
перпеню1кулярном волю, а в опытах Те1па и Смита увелнчензе нробега было пренебрежимо малым. пучок создавал линеЙиыЙ источник положительных ионов почти Одно)годиои плотности. Ионы, созданные электронным пучком в газе-мишени„извлекаются из зоны пучка разностью потшщиалов Рз в несколько вольт, приложенкой между пластинами Л и В. Благодаря наличию магпитио1.о поля это поперечное электрическое поле не влияет заметным образом ни па скорость пучка электронов, ни иа е1о положение. Б пластине В вырезана длинная узкая щель, параллельная осп пучка, и, таким образом, через эту пластину в апализато)г по е/тп, показанпыЙ иа фиг.
51.3.2, б, п)гоходит длинная узкая лента полоиевтельных попов. Й(агиит11ое поле, создаваемое длинным соленоидом, перпепдикуляр1кг плоскости рисунка. Се ~ение электронного пучка имеет форму ленты, поскольку вольфрамовая шпь катода илтяиута вдоль первой щели, показанной иа фиг. 5.3.2,ш Размеры этои щели — 1Х4 лтлк щель в пластине В имеет ширину 0,25 мд и длш1у 60 дым.
В анализаторе между пласт»шами С и Т) приложено электрическое поле Е, достаточно сильное для того, пооы уравновесить мап1итную силу, действующуго на отобранные для регистрации ионы. Нужные ионы дш1жу1ся за1ем по прямолинейным траекториям сквозь щель в пластине Й и собираются на коллектор (пластина К). Ионы с другим отношением заряда к массе отклоняются на пластик) е). Чтобы учесть кривизну траектории иона, еще пе достигшего щели В, электроды Л и В установлены под неболшиим углом к горизонтали. Выведем теперь выражение отношения заряда к массе для попов, которые детектируются в анализаторе. Пусть Х означает направление оси, перпендикулярной пластинам С и О, а У вЂ” параллельной им. Движущиеся в скрещивающихся электр1шеском н магнитном полях (Е и Н) анализатора иош1 будут огшсывать трохоидальные траектории, Если ион с зарядом е и массой бч входит в анализатор со скоростью Оз в направлении У в момент времени 1.=-0, то уравнение его траектории в анализаторе будет иметь впд ~ жс ) ~ .'.е ) ~ ~ «1ХЛ )1 5.3.1 ~Е«т)+~те)~ Ег), ~«ыт) где с — скорость света.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
