1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 58
Текст из файла (страница 58)
В последнем случае пороговая энергия ионизации также мала (приблизительно в 2 раза выше энергии ионизации тяжелой частицы, теряющей электрон), и общий характер кривой интенсивности ионизации приблизительно тот же самый, Но шкала энергии сильно расширяется из-за значительно больших масс сталкивающихся частиц. Сечение достигает максимума в области энергии порядка десятков или тысяч электронвольт ') ') При эиергии соудэре1ши звлчизельио виже мэксимэльвай эиерпш отиосительиэя скорость сталкивв|ошихси чэсз ш; вам иого меньше скорости орбитальных электронов и сечение мило, тах хэи усиевэет произойти эдиабэтическаи иерестрайка состояния электронов в соответствии с медленно мевишшимси возмущением. Г!ри эиергивх, намного превышающих »версию максимума, вээимадействие ввлиетси настолько быстрыль что вероитвосзь испускания электрона мала. и остается большим до энергий около 1 й!эв.
Таким образом, для получения полной картины поведения сечения тяжелых часгиц необходимо перекрывать широкия диапазон энергий. Другое отличие вытекае~ из того факти, что в областях энергий, где вероятность выбрасывания электрона наиболее велика, дебройлевская длина волны тяжелых частиц весьма мала по сравнению с длиной волны электрона и размерами атома.
Следоввтелыт, при столкновениях тяжелых частиц эффекты дифракцни очень незначительны„за исключением случая самых малых углов, и траектории сталкивающихся частиц близки к вьяисленнь~ы на основе классической механики. Поэтому можно проводить эксперименты, используя хорошо коллнмированные пучки налетающих частиц, поскольку тяжелые частицы, как мы уже видели, даже при неупругпх столкновениях отклоняются Очень слабо.
Ионизация газов быстрыми ионами и атомами представляет значительныи экспериментальный и теоретический интерес. Например, в исследованиях управляемых термоядерных реакций используется инжекция частиц высоких энергий в плазменные ловушки. В связи с этим данные о сечениях ионизацни легких частиц, движущихся с большими скоростями через различные гази-мишени, приобретают большую практическую ценность. С этой точки зрения представляет птггерес перезарядка не только на водороде и гелии, но и на более тяжелых газах, таких, как окись углерода, встречающаяся как примесь в установках, предназначенных для ядерного синтеза.
Кроме того, регистрация заряженных быстрых частиц в газонаполненных счетчиках основана на производимой ими ионизацин, а регистрация нейтронов во многих типах нейтронных счетчиков прямо связана с образованием пар ионов в газе после того, как в мишени произошла ядерная реакция. Сечения ионизация и реакции срыва при высоких энергиях существенны также для понимания ряда явлений астрофизики и физики верхних слоев атмосферы. Плотность ионов и электронов в верхних слоях атмосферы зависит от скоростей ионизации и реакций срыва чистиц, приходящих нз космического пространства. Возникновение полярных сияний и заполнение электронных радиационных поясов Ван йллена частично определяется образованием электронов в таких процессах. а. Экспериментальные методы исследования ионизации и Реакции срыва для тяжелых частиц.
Большинство экспериментальных исследований ионизации и многие исследования реакции срыва основаны на собирании медленных ионов и электронов или тех и других вместе, возникающих при прохождении первичного пучка через тонкую газовую мишень. В некоторых З12 ГЛАВА б неупр> Гие столкноВення тяжелых чАсхиц З)З случаях удается оценить вклад перезарядки в образование медленных ионов в газе. Тогда можно получить действительное сечение ионизации, но только при условии, что известно распределение медленных ионов по зарядовому состоянию. В противном случае можно найти только кажущееся сечение ионизации дь определяемое выражением )г= 7" +21(я'+Зрзь+ ..., (6.7.1) где х>н+ — сумма сечений всех реакций, при которых из молекулы-мишени испускаются и электронов [см. (5.2.2)[. В обычном случае, когда вклады ионизацни и перезарядки в образование ионов не могут быть разделены, экспериментальные данные позволяют определить сечение возникновения медленных положительных ионов.
В случае собирания электронов, возникающих в процессе ионизации и реакции срыва, можно оценить сечение о разования медленных электронов'). Это сечение совпадает с кажущимся сечением ионизации, если налетающая частица н и меет электронов, которые могли бы подвергнуться срыву. В усица не павиях тонкой мишени число вторичных электронов. образую- шихся в газе под действием бомбардируюших частиц, обычно очень невелико.
В данном параграфе мы обсудим методы измерения полных поперечных сечений, а также распределения налетающих н первоначально покоящихся частиц по зарядовому состоянию, энергиям и углам. И . Измерения полных сечений образования медленно>к ионов и электронов. Обзор ранних работ по измерению полных поперечных сечений можно найти в гл. 8 монографии Месси и Бархопа [5). Обзор более поздних исследований сделан Файтом [170[. Здесь мы подробно рассмотрим лишь экспериментальные мета. дики, недавно примененные для таких измерений в Технологическом институте штата Джорджия.
В этом институте исследовалось образование медленных ионов и электронов в Не, 1че, Аг, Нз, )х[зО„СО при прохождении пучка ионов Н или Не' в пиапазоне энергий от О,!5 кэв до 1 Мэв [!7! — 173[. Для собирания частиц был применен метод конденсатора (см. % 2, п. «6») с использованием только электростатического поперечного поля. В указанной области энергии сечение перезарядки ') Электроны, возникающие в результате яонизяции и реакции срыва, имегот достаточно низкие энергии и могут быть все собраны внешним поперечным полем, создаваемым н камере столкновений. Это нале мож с е. лвть а н столько слабым, что она не будет сущестненво возмущать пучок быстрых частиц. Благодаря ма,засти мпссы сщектранов их легко отеялить ат отрицательных ионов, которые лщгут зпкже образовываться в газовой мишени. панов Н очень малы, и можно было работать при весьма высоких давлениях газовой мишени и больших размерах электродов, не опасаясь захвата электронов ионами Н' прн пролете через установку. Для сбора медленных ионов и электронов в камере столкновений, показанной на фнг.
6.7.2, использовалась пара коллекторных электродов (фиг. 6.7.1). Для опытов с пучком ионов гелия Не', у которых в исследуемой области энергии сечения перезарядки не являются пренебрежимо малыми, приходилось использовать электроды меньших размеров (см. фнг. 6.7.2). Все электроды„входящие в коллекторную сборку, — хэ сл1 Ф н г. 6.7.1. Система коллектора медленных ионов (вид спереди), использованная в работе 11721 для изучения ионизации газов, обусловленной нале- та>ощнми протонами.
е еткз, зпдержннзюпюн зтнрннные злектрпны, пе пнкееекз. дзе такие снетемы электродов ~сппльзпнзлз|зеь ллк снбнрзння мелленных електрпннн з кемере стплкнпзеннй, пнкнззннпй нз фнг. б.т.т. изображенную на фнг. 6.7.2, поддерживались под одинаковым потенциалом, но измерялись лишь токи на электроды, отмеченные буквой А. Остальные электролы служили только для того, чтобы выравнять электрическое поле в области действия электродов А и помешать фотоэлектронам н выбиваемым из шелеВых диафрагм вторичным электронам попасть на электроды А. В каждом эксперименте использовались две коллекторные сборки, расположенные по обе стороны пучка параллельно друг другу.
Чтобы задержать вторичные электроны, выбитые нз коллекторных пластин, использовалась экранируюшая сетка на расстоянии 6 мм от коллектора, к которой прикладывалось напряжение, обычно составляющее около 50 в по отношению к коллектору ионов. Сетка состояла из проволочек (нержавеюгцая сталь) диаметром 0,1 мм, натянутых на расстоянии 2,5 мм друг от друга и расположенных перпендикулярно оси пучка.
редполагалось, что прозрачность сетки >>ля частиц равна ее геоме~Рической пРозРачности, котоРаЯ составлЯла 96ага. РасстоЯ- ние от сетки до коллектора, расположенного по другую сторону от пучка, равнялось 12 мм. К этои сетке и к системе электродов, собираюшей электроны, прикладывались равные и обратные по знаку потенциалы. Разность потенциалов между ними составляла х н в О х р: х О о' м р» О »! о р о =а о о х Ю х Ю х х О о х х О » В 3 Оо » ао "оо йхо "р к а а. в о" хо ~ .о хо » о '» о о хо Хо о« з х о ехв=„ хо в »йбо х о й А кх роо а ха о х' р х р, о Вх .
х„а" »хо о о х осо " ййй » а х х хй хр рреупгутне столкновения тяжелых чхспщ 315 от хрхшр .рр р* «рр констр.' нструкцпю системы коллиматоров и подбирать такие напряжения пя на коллекторах, чтобы быстрые электроны, летящие вдоль оль направления пучка, не могли попадать на собирающие электроды 11731. Такие электроны могут образовываться, если пучок быстрых бомбардирувщих частиц р»задевает» края рррер1евьрх диафрагм, расположснптях между анализирующим маьгиитом и камерой столкновений, а энергия их может доходить до энергии, соответствующей лобовому удару !1741, 1!еобходимо также обеспечить надлсжащув дифферщщиальную откачку на пути следования пучка, так чтобы налетающие частицы не подвергались перезарядочньрм столкновениям прежде, чем оии войдут в камеру.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
