1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 56
Текст из файла (страница 56)
глАЕА г детектор должсн иметь достаточные размеры для собирания всех частиц пучка, летящих на псго. Ои должон быть устроен так, чтобы все вторичные электроны и фотоны, образующиеся под действием падающего пучка, нс могли выходить из детектора и попадать в область взаимодействия. Вместе с тем диаметр каждого детектора обычно нс должен более чем в несколько раз превышать диаметр пучка во избежание регистрации частиц других пучков или частиц, испытавших расссянис вне предполагаемой области взаимодсйствия. 11а практике полезно определять профиль каждого пучка, в случас пучка нсйтральпых частиц — перемещением щели, расположенной пород детектором, а в случае пучка заряженных частиц — псрсмсщсписм пучка по детектору с помощью электрического или магнитного поля. 2.
Измерения сечений льетодом ослабления пучка в попереаиом поле. В большинство опытов по определению сечений перезарядки при больших энергиях исследовалось ослабление пучка налетающих частиц в заполненной газом каморе столкновений, где создавалось поперечное электрическое или магнитпос поле. Пример установки, где для опытов с пучками нейтральных частиц использустся электрическое собирающее поле, приводится на фиг. 6.6.2. Схема взята из статьи Стиера и Барнета 1961, где описаны измерения, проведенные на пучке водородных атомов.
Та жс самая камсра столкновений была использована Барн и Стиером 1981 для измсрения сечения потери элсктропа нейтральными атомами гелия в водороде, гелии, азоте, кислороде, неоне и аргонс в интервале энергий от 4 до 200 кэв. В этих экспериментах разделенный по массам пучок ионов Нсч поступал в первую газовую камеру, которая служила нейтрализатором. Эта камора содержала рабочий газ при давлении 10 а мм рт. От. Размеры отверстий были выбраны так, что отношение давлений в области входа в газовую камеру и в самой газовой камере составляло 1: 100. Отклоняюьцне пластины первого электростатического анализатора, изображсшюпь на фиг. 6.6.2, удаляли все ионы, оставшиеся в пучке, выходящем из этой камеры, так что в следующую камору, заполненную газом-мишенью, попадали только нейтральныс атомы гслия, В камере, где измерялись сечения, имелось электрическое поле, которос отклоняло в сторону ионы, образующиеся в процессе псрзарядочпых столкновений.
1тобы снести к минимуму краввьье ь. эффекты„были выбраны сскционированные электроды. Сечения потерь электронов определялись по ослаблсншо проходящего нейтрального пучка, интенсивность которого рсгистрировапась с помощью детектора с вторичной эмиссией, изображенного в нижней части фиг. 6.6.2. НГУПРУГИЕ СТОЛКНОВЕИИЯ ТЯЖЕЛЫХ ЧАСТИЦ Па самом дслс в таких экспериментах, как эксперимент Барнета и Стисра, нельзя определить сечение элементарного процесса, за искльочснисм случая двухкомпонснтной системы„ К ус мори!лепт кокроьрта — уолтона г г! О!к!вся Внус~ гэ нестрали;игьор ЬЕ Том! гога О ам гьро тоги! ск !тгги отар И ! К асогу Иг! !и!Се-5ОО! лика l 25гм диамепьр О (5с.к гекпьроспаптческие амолизаптрн из2,3, ж 5 КамЕра зугректиенгто гонения К еакуу маном.
пои косаре со стокьтм личо ь,25см диаметр о,ь5см К НОСОС5. И" 2 ! МСЕ ЗОО! Впуск газа кпросгпити,ггкии анапизатор и*-'б 1 термопора ктор Вторичная змисгия цилиндр Фарадея три регулиро гикта !под уг потенииолм смгьцения и зчектрометр Ф н г, 6,6.2. Устройство, используемое группой Барнета, для измерения сечения перезарядки но поглощению пучка нейтральных частиц е поперечном алектрнчесеом поле. поскольку наблюдаемое ослабленно пучка опрсдслястся псрсзарядочными столкновениями, переводящими псрвонзчальныс нейтральные состояния во все зарядовые состояния, какие только возможны. Обозначим нулем нейтральное состояние, а каждое конечное состояние нона — буквой 1, где 1 — положительное или отрицательное целое число, указываьопЬес величину и знак ° йзвмзя ГЛАВА З заряда иона.
Тогда измеряемое сечение выразится суммой о1у . о р Здесь мы пользуемся измсненным вариантом системы обозначений Хастеда (см. гл. 6, 3 1). Индексы частицы мишени опушены. Подразумевается, что первоначальньш заряд частиц мишени равен нулю, а ее конечное состояние неизвестно. Известно, что в той энергетической области, которую исследовали Барнет н Стиер, сечспия захвата электрона и потери двух электронов атомами гелия малы по сравнению с сечениями потерь олного Луко Ф а г.
6.6.3. Устройство для измерения сечения перезарядки по поглощению пучка в поперечном магнитном поле ~21. электрона. Поэтому сечение, которое онн измсряли, почти полностью определяется сечением потери одного электрона од1. Сопоставив данные по сечениям ос)1 с результатами определения равновесного состава пучков гелия, Барнет и Стиер смогли также оценить сечения захвата электрона,д, для ионов Не+. Схема установки '), в которой применяется поперечное магнитное поле, приволится на фиг. 6.6.3. Здось пучок, падающий на мишень, может быть чистым или смешанным по заряловому состоянию. Если пучок смешанный, то он раснгеплястся на отдельные пучки в магнитном поле.
Величина отклоняющего поля и местоположение детекторов полбираются в отсутствие газа- мишени в камере столкновений так, чтобы различпые пучки попадали на входные отверстия соответствующих детекторов с диаметром, немного превышающим диаметр пучков. Те частицы пучка, которые при наличии газа в камере изменяют свой заряд при соударениях, выходят из пучка из-за изменения траектории движения, и поэтому наблюдаемый пучок ослабляется благодаря перезарялке.
'1 Слома тставовлк взята пз обзора Аллисона 1921 нгуйоугне стОлкнОВения тяжелых частиц 5, Собирание ледлгнно1х ионов (л1егод конденсатора). Сечения захвата электрона быстрым ионом можно измерить, если собирать медленные ионы, создаваемые в тонкой газовой мишени проходящими через нее налетающими быстрыми частицами, пр и условии, что потери электронов налетающими частицами в исследуемой области энергии невелики. 06 основных способах, используемых при таком методе, говорилось в 3 2, п.
«6», настоящей главы. Положительные ионы могут возникать в газовой мишени также и при ионизации молекул мишени, но при этом образуются равные положительные и отрицателш1ые заряды. При собирании всех положительных ионов и электронов, возникающих в газоьой мишени, на пластины конденсатора измерение результирующего положительного заа позволяет оценить чистый вклад перезарядки. Однако простая интерпретация излишка положительной составляющей то 11 а возможна только при условии, что в камере столкновений происходит лишь перезарядка с захватом электрона и в отдельном столкновении известно число захватываемых электронов.
4 Метод кривой нарастания. Сечения перезарядки можно также определить путем изучении скорости нарастания первоначально Отсутствовавшей компоненты пучка, прошедшего через камеру столкновения, при повышении давления газа от малых значений ло равновесного давления. Этот метод описан лтллисопом и Гарсиа-Муньосом (93], которые отмечают, что данный способ особенно подходит для определения вероятности захвата или потери двух электронов в одном столкновении.
5. Изткерения углового и энергетического распределений. В 3 2, и. «6», настоящей главы было указано, что налетающие част цы при перезарядке в газах в основном мало изменяют И направление своего движении, а образующиеся в газе ион получают лишь небольшой импульс. Полное сечение перезарялки определяется в основном столкновениями, в которых налетающая частица рассеивается в очень узкий конус около первоначального направления движения.
Грубая классическая оценка для случая срыва одного электрона с налетающей частицы показывает, что максимальное угловое отклонение составляет приблизительно 2тгМ, где т — масса электрона„а М вЂ” масса налетающей частицы (93). 1!о даже при изменении лифферен1тиального сечения рассеяния в зависимости от угла рассеяния по закону созес'(О/2) все же какое-то число столкновений привалит к рассеянию на большие углы. Это лобовые столкновения, при которых быстрая налетающая частица проходит на малом расстоянии от частицы-мишени.
Угол рассеяния при таких столкновениях обычно увеличивается с числом передаваемых электронов. Эверхарт и его ученики (104 — 106) провели 602 серию экспериментов, в которых измерялись угловое распределение и распределение по зарядовым состояниям однозарядных ионов инертного газа, испытывающих однократные столкновения в диапазоне энергий от 1 до 200 кзв. Один из вариантов установки, использованной для измерения углов рассеяния, меньших 1', показан на фиг. 6.6.4. Бомбардирующий ионный пучок входит в камеру-мишень через отверстие а. Диафрагмы с Лусон ип Фиг. 6.6.4. Установка, использпилиизя группой Эзерхзртз 1104 — 1061 для изучения рассеяния иоиои инертного газа иа углы От 1 до 40' (и лабора- торной системе) з условиях Однократных столкновений. Размера отверстий: а-диаметр 011см; с — Олз х Озетем; и — диаметр Оззсм.
и с) выделяют частицы, рассеянные на большие углы, при столкновениях в районе Ь, причем эффективный объем рассеяния определяется системой диафрагм и может быть вычислен. с)астицы анализируются по зарядовому состоянию и затем регистрируются с помощью цилиндра Фарадея или электронного умножителя. Давление газа порядка 10-з мм рг.
сг. является достаточно низким для того, чтобы регистрируемые частицы испытывали лишь однократное рассеяние. Для контроля интенсивности бомбардирующего пучка в область за диафрагмой а можно вводить небольшой цилснсдр Фарадея (изображенный пунктиром), НЕУПРУГИЕ СТОЛКНОВЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ ЧАСПЩ Установка, показанная на фиг. 6.6.4, использовалась пля измерений дифференциальных сечений рассеяния на углы от 1 до 40' пля процессов типа (1/1') с конечным зарядом в предеОах от 0 ло +7. Угловое разрешение составляло Н0,5". Эти сечения отличаются от выражаемых законом резерфордовского Наблюдаемые отли шя могут быть объяснены эфектами электронного экранирования, понизацией и перезарядкой (см. гл. 4, ч 10).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
