1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 55
Текст из файла (страница 55)
За последнее десятилетие было выполнено несколько исследований. Моу (83) изучал иониэацию неона, аргона, криптова и ксенона К' ионами при энергии соударения до 300 эв. Аттсрбек и Миллер (84 — 87) измерили сечения образования электронов при столкновениях молекул г(з и Ов и атомов Нс с некоторыми нейтральными мишенями. Эти эксперименты проводились в диапазоне энергий от 20 до 1000 эз. Кромс процессов, в которых вылет электронов осуществляется за счет кинетической энергии сталкивающихся частиц, известсн также процесс ионизации Пеннинга, в котором вылет электронов вызывается переходом внутренней энергии возбуждения от одной частицы к другой.
Такой процесс может протекать при тепловых энергиях, когда метастабильный атом е) сгалки- ') Илп «обдиркам — Прил. ред. ) Времена жвзвп обы палых возбужденных состояний твв мелы по срввпышю со средним временем ссолвновевци, что пенвнговскзв ионизация может пзблюлвтьсв только длв метзстзбвльвых состояний Времена жизни (по отношению к спонтввпому язлучевв|о) чвствц, пвхедвцп1хсв в обычных вез. буждецпых состовпввх, поредел 10 ' сел, тогда взв длв метвстзбпльвых состовпмй опв лежзт в пределах от !О-' сел до нескольких минут. взстся с атомом нлн молекулой, у которых энергия ионизация меньше энергии возбужлсния мстастабильного атома.
Сечения при тспловых эпсргиях обычно нссколько больше газокннстических ссчсний, и эффективность процссса обычно велика. О некоторых важных слслствиях ионнзации Псннинга говорится в гл. 13, 6 2, п. «а», 5. 1-!овыс экспсриментальныс и теорстичсскис исследования этих процессов выполнены Мушлитцсм с сотрудниками !88 — 89) и Бснтоном и лр. [90 — 911 В 5.
Диссоциация Довольно много ла1и|ых о диссоциации прость.:х ионов и молскул при низких энергиях столкновений было получено в исследованиях, проведенных иа масс-спсктромстрах. Для ознакомлсния с результатами таких исследований можно рскомснловать статьи 141 — 43, 61, 62). В. СТОЛКНОВЕНИЯ ПРИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЯХ (СВЫШЕ 000 ЭВ) В 6. Перезарялка Обмен электронами мсжлу тяжелыми сталкивающимися частицами при высоких энергиях был прелметом многих эксперимсптальпь1х исслслований начиная с 1922 г., когда были выполнены первые количественные измерения. Обзор наиболее ранних исслспований можно найти в работах 15, 92, 931 Ниже основное внимание булст удслено экспсримснтальным исслслованиям, выполненным начиная приблизительно с 1954 г.
Необходимость таких измерений была продиктована том, что в послслнсс врсмн такого рода ланные очень нужны лля объяснения различных явлспий, наблюдающихся в природе и в лабораторных условиях, а также лля проверки теоретических прслсказапий. Некоторые рсакции перезарядки )при высоких энсргиях) играют важную роль в геофизике и физико всрхпнх слосв атмосферы.
Так, папримср, реакции, в которых атом водорода тсркст свой электрон, существенны Лля захвата протонов магнитным полем Зсмли, причем эффсктивиос врсмя жизни протонов зависит от сечения захвата ими электронов. Основной целью экспериментов по управляемому тсрмоялерному синтезу являстся созлание горячей, плотной волоролной плазмы, но рял факторов затрудняет лостижспис этой пели, поскольку кокоторые процессы приводят к охлажлснию волоролных ионов илн уходу их из ловушс1с Нанболсс опасным нз таких процес- сов является псрсзарялка водородных ионов в нейтральные атомы прн столкновениях ионов с примесями, имеющимися и плазме. Данпыс по перезарядке при высоких эпсргиях имеют большос значснис и при разработке ускоритслсй Ван лс Граафа танпсмного типа, в которых за счет изменения знака заряда ускоряемого пучка достигается улвоспис ого энергии.
а. Экспериментальные исследования перезарядки прн высоких энергиях. Экспсримснтальпыс исследования персзарялкн поЛразлеляются на несколько классов соотвстствснно методике и ролу лаииых, которыс можно получить. В экспериментах одного класса опрслслястся равповсспь1й заряцовый состав пучка после прохождения ого чсрсз газовую илн твердую мишсньь толщина которой достаточна лля того, чтобы обсспсчнвалось равновесно межлу процессами образования и потерь лля каждого возможного зарядового состояния. Данные, получеиныс из такого рода экспсримснтов, прслставлшот особую ценность в связи с разработкой ускорителей таплсмного типа и полученном пучков быстрых нейтральных частиц и отрицательных ионов лля разного рода исслсловапий по процсссзм столкповсний.
В другом классе экспсримснтов, проводимых с тонкими газовымп мишенями, основнос внимание уделяется опрслслонню микроскопических сечений лля конкретных типов изменения зарялового состояния налетающей частицы при столкиовсииях независимо от изменений, происходящих в молекулс-гяишени. Обычно такнс экспсримснты нс лают прямой информации о ссчсниях отлсльных процессов, а только их алгсбраичсские суммы, н требуются лополнитсльпыс ланпыс (танис, как, например, равновссныс распрсЛслспия зарядовых состояний) Лля вылслсиня из этих сумм сечении отлсльных процессов.
Нскоторос сравнительно малос число исследований было проведспо по одновременному изучению углового распрслслсния и распрслслсния заряпового состояния налетающих частиц, испытывающих одиночныс столкновения в тонкой газовой мишени. 1!ссколько работ было посвящено измсрснию энсргстичсских и угловых распрсдслспий частиц мишени, испытывающих отлачу. Ставится также опыты по изучению одповрсмснно параметров налетающей частицы и частицы, испытывающей отцачу, послс однократных столкновсннй в тонких мишспях'). При таких экспсримснтах, трудность осуществления которых очевидна, приходится проволить измерения иа обеих сталкивающихся частицах мстолом совпалспий, зато они позволяют получить намного больше ') Ревультавм перва«о ва »ты» ахевервяектов бная доложены в расо.е !04). 2йт гляпл б >П>тср>ГИГ. СтОЛКНОВСНИя тяжГЛЫХ глотнц данных относительно реакций, чем в тех исследованиях, где основное внимание уделяется только одной из сталкивающихся частиц.
7. р)«следования равновесных пучков. На фиг. 6.6.1 схематически изобра>кено экспериментальное устройство для определения равновесного распределения по зарядовым состояниям пучка, пропускаемого через толстую газовую мишень. Пучок «ил>ору кми газ Ф н г. 6.6.1. Схема устройства, нспользонлнного нрн нсследонлннях зерядоного рлннонесня пучков быстрых нллетзгошнх частиц, Для простоты алесь нрелполагается, что пуж а имеет только лвс вомпоиеиты — нейтральные атомы в положительпме иыгы, иахолящиеся в олнозарялоаам состоянии.
Чертеж выполнен ис в масштабе: ллииа газовой вамсры обычно приблизительно в трб рез болывс лиаметра лиафрагм. «моноэнергетических частиц» одного сорта направляют в камеру, заполненную газом до давления, достаточно высокого для достижения равновесия между различными проне«сами захвата и потерь электронов сталкивающимися частицами. (Дифференциальные уравнения, описывающие процесс установления равновесия, выведены в работах (92 — 931) После выхода пучка, ставшего равновесным, в область высокого вакуума через выходное отверстие камеры преобрааования пучок пропускается через электростатическое или магнитное поле, расщепляющсе его на компоненты с различньгми зарядовыми состояниями. Интенсивность каждой из наблюдаемых на выходе компонент измеряется с помощью детектора соответствующего типа, что позволяет определить количественный состав равновесного пучка.
Интересно отметить, что если газовая мишень в камере преобразования достаточно толстая («бесконечно толстая») и пучок становится вполне равновесным, то состав конечного пучка нс должен зависеть от зарядового состояния падающего пучка. В простейшем случае двухкомпонентной системы (в которой в заметной степени присутствуют только два зарядовых состояния), сопоставив данные по равновесному распрсделснито с дан«ыми, полученными в гаае при давлении ни>ко минимального, при котором еще возможно достижение равновесия, можно найти сечение перехода между двумя зарядовыми состояниями(93).
Для измерения интенсивности пучков заряженных частиц в экспериментах по столкнонсниям частиц высокой энергии часто применяются цилиндры Фарадея. Детекторы с вторичной электронной эмиссией (см. гл. 13, ч 2, п. «а») и калоримстрическис датчики могут быть использованы кзк для нейтральных, так и для заряженных частиц. (Калориметрическис детекторы реагируют нз количество тепла, приносимого пучком в единицу времени. Они содержат термопары или термисторы, которые выдают электрический сигнал во внешнюю цепь.) Для регистрации как ионов, так и нейтральнтях частиц можно также пользоваться электронными умножителями (гл.
13, Э 2, п. с<а»), сциптилляторами, пропорциональными счетчиками и полупроводниковыми детекторами. Наивысшая чувствительность, необходимая при измерениях в слабых потоках, достигается при использовании этих датчиков для счета отдельных частиц, а не непрерывных токов. Детекторы отдельных частиц обычно обладают достаточным усилением, позволяющим проводить таку1о амплитудную дискриминацию импульсов, чтобы эффективность счета почти не зависела от заряда налетающих частиц. (Совсем иначе обстрит дело с нторичноэлсктронными детекторами, которые необходимо калибровать отдельно для каждого типа используемых налетающих частиц.) Осповнос неудобство, связанное с применением счетчиков отдельных частиц, заключается в пасьпцснии их элсктроняых схем при скорости счета выше 10' имт>/бек.
Кремс того, эффекты радиационного повреждения (и з некоторых случаях воздействие воздуха) могут приводить к уменьшению их срока службы. Для детального ознакомления с измерениями зарядового равновесия н методиками, используемыми в экспериментах различных типов по перезарядке ') при высоких энергиях, читатель может обратиться к статьям Барнета [95 — 98) и Лллисона (99— 103). Здесь необходимо обратить внимание на важное значение правильного выбора конструкции и расположения детекторов во всех экспериментах с пучками быстрых частиц. Каждый '1 Столкновением с перезлрядной нлзывзется такое столнноненне, н но- тором нзменяетсн заряд налети~потей <лстнцы незлниснмо от того, ни«не изменении происходят с истицей-мишенях Тлннм обрззом, к релнцннм с перезарядкой относятсп процессы обменной перезирядни н срыв электроне, но не яростен ноннззцин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
