1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Чтобы уберечься от эффектов паразитного излучения, вызванного электронами, выбитыми из стенок, можно увеличить размеры камеры столкновений и закрыть экранами область выхода пучка на стенку от датчиков излучения. Добиться топ>, чтобы электроны, образующиеся в газе, вносили несущественный вклад в результаты измерения, можно путем понижения давления в газовой мишени. Это может быть проверено по зависимости интенсивности излучения от давления газа. Излучение, производимое пучком, зависит от давления линейно, тогда как излучение, вызванное электронами, возникшими в газе в результате столкновений, пропорционально квадрату давления. При использовании газовых мишеней низкого давления уменьшается также вероятность того, что возбужденная частица потеряет возбуждение в результате столкновений прежде, чем излучит свой избыток энергии.
Это особенно важно при исследовании возбуждения бомбарднрующих частиц, так как при заданном давлении их среднее время свободного пробега очень мало из-за большой скорости движения [2321 2. Слентрографы и фильтрьд Для исследования возбуждения атомов было специально разработано большое число спектрографов. Особенно хорошо подходит для таких экспериментов одна из первых разработок Мейнела [238!.
Этот спектрограф обеспечивает болыпую светосилу и сравнительно высокую дисперсию. Высококачественный вакуумный монохроматор с дифракционной решеткой дли области спектра от 1000 до 6500 А был разработан Слютерсом и де Гассом [239! и использован группой Кистмекера в нескольких экспериментах [240- -242[. Кистмекер и его сотрудники также сконструировали вакуумный монохроматор с большим углом падения для использования в далекой ультрафиолетовой области от 200 до !250 А [243[. Этот прибор изображен на фиг. 6.9.1. Одиночную линию испускания можно обнаружить с помощью интерференционных фильтров или газонаполненных ячеек поглощения. Интерференционные фильтры использовались Карлтоном и Лоуренсом [244[ для изучения возбуждения моле- куль1 Ма протонами, а также Стернбергом и Томасом [245[ при исследовании столкновений протона и дейтрона с гелием. Джеболл и его со~рудники [246, 247[ использовали кислородную Ваиуумиии уосооимро ка сро диоорсроициоооиоа о иаии ю а~ аоизотор Сиама м1 зоо«мри Рс и содруооль и оиио ио *и смо орде «о Фиг 69,!.
Устаиоика группы Кисгмекера Аля изучения иозбужле>аия Ври столкиоиеииях тяжелых частиц !243!. ячейку и счетчик Гейгера, наполненный иодом, для обнаружения излучения линии а серии Лаймана при водородно-водородных, гелиево-гелиевых столкновениях и при столкновении протонов с атомами инертных газов. 8. Детекторы. Для регистрации излучения в области спектра от 3000 до 9000 А успешно используются фотоэлементы, фотоумножители и фотопластинки. Фотоэлементы и фотоумножители имеют то преимущество перед фотопластинками, что у них характеристика чувствительности линейна в широком диапазоне ГЛАВА а регистрируемого излучения.
Что же касается фотопластинок, то онн регистрируют интенсивность света в более широкой спектральной области. Фотоны ультрафиолетовой области ниже 300 А можно обнаружить методом счета производимых ими фотоэлектронов. Ультрафиолетовое излучение можно преобразовать в видимое, если внешнюю поверхность стеклянного баллона ФЭУ покрыть салициловым натрием. Джонсон и др. [248] и Ватанабе н др. [249] показали, что коэффициент такого преобразования почти не зависит от длины волны при длинах волн свыше 540 Л. Трудности совсем иного рода встречаются при регистрации фотонов с длиной волны 1 мк и более, энергия которых недостаточна для образования фотоэлектронов в обычных материалах. Для регистрации излучения в интервале длин волн 1 мк< <) <3,5 мк успешно применяются детекторы из РЬ5, а при Х 5 мк весьма большой чувствительностью обладает антимонид индия. Для области еще больших длин волн испытывались, хотя и с меньшим успехом, детекторы из германия с особым образом введенными в него примесями.
Такие детекторы требуют охлаждения до температуры по крайней мере жидкого азота. А Калибровка оптических приборов. Одной из основных трудностей при измерении сечений возбуждения является калибровка абсолютной светосилы оптической аппаратуры. Обычно для этого в то место, из которого нспускаются фотоны в камере столкновений, помещают эталонную лампу (излученне которой с единицы площади в единичный телесный угол в заданном интервале длин волн абсолютно прокалибровано с помощью термопары). В результате калибровки находят соотношение между числом фотонов, испущенных из лампы, и сигналом датчика. Трудность калибровки при таком методе обусловлена огромным различием интенсивности свечения лампы н интенсивности, возникающей в камере столкновений. Например, обычная охлаждаемая вольфрамовая лампа мощностью 25 вг испускает 1О" фотон[сек ° стерад в спектральном интервале 1 г[ вблизи Л=4000 й, а число фотонов .пинии 3914 Л полосы [х[аГ, испускаемых с 1 см от пучка протонов интенсивностью 10 мка (энергия протонов 200 кэв) при давлении 10 а мм рт.
ст. в камере столкновений, составляет лишь 4 ° 10'а. И это лишь один из наиболее благоприятных случаев. Обычно интенсивность света в калгере столкновений составляет только 0,01 от свечения полосы [х[". П Поэтому незначительная нелинейность чувствительности детектора может привести к большим ошибкам при опре- неепеегие столкновения тяжелых частиц г„— 1 г +7 (5.9.!) При дипольном излучении угловое распределение интенсивности излучения имеет внд У(0) =- „' (1 — рсоа'0), (6.9.2) где 1(0) — интенсивность излучения на единицу угла в интервале углов от О до О+г[0, отсчитываемых от оси пучка, а [а— полная интенсивность.
Очевидно, что 7(0) не будет зависеть от р, если наблюдение ведется при угле 54,5; для которого созаО = 1/3. б. Результаты '). Возбуждение, как н почти все другие неупругие взаимодействия, может происходить многими различными способами. Возьмем, например, возбуждение отрицательных ') Последние реаультагы сю а докладах [250 — 252!.
делении числа фотонов, испускаемых за 1 сек в камере столкновений. Из-за крайне нелинейной характеристики и сильной зависимости плотности зерен от условий проявления фотопластинки непригодны для измерения абсолютных значений сечений. Но при тщательном контроле условий проявления их удавалось успешно применять для сравнения относительных интенсивностей оптических излучений в камерах столкновения. Для повышения точности можно при каждой экспозиции фотографировать на фотопластинке шкалу интенсивности. При не слишком широкой области длин волн шкалу интенсивности легко получить с помощью ступенчатого нейтрального фильтра. Для сравнения интенсивностей двух линий, сильно различагогцихся по длинам волн, следует пользоваться вращающимся сектором, поскольку нейтральный фильтр в этом случае не может рассматриваться как вполне нейтральньш.
Щель со ступенчатым изменением ширины еще удобнее, но точность калибровки в этом случае ниже. 5. Поляризация излучения. Излучение, возникающее при столкновениях частиц, часто бывает поляризованным, причем направление поляризации определяется направлением первичного пучка. Пусть !я и 1~ — интенсивности, наблюдаемые под углом 90 к пучку, с электрическими векторами, параллельными и перпендикулярными оси пучка. Тогда степень поляризации р определяется выражением ГЛАВА О полос ионов [42 при их столкновениях с протонами.
Эти полосы мокнут возбуждаться в результате следующих пяти реакций: Н" -Г-[зл-ьН+([[2) (ЭЛЕКтрОННЫй ЗаХВат), Первичные частицы ] Н +[>[2 РН +([[тв) -] е (ионизация), + ~)с ь Н +([[2) (простое возбуждение)„ в+[42-ь([>[2) +2Е (ИОНИЗацня) Вторичнь)е электроны в+ [Чт' — ([424) +е (простое возбуждение) В озможны, конечно, и друтие реакции, но они менее вероятны Если тип реакции точно пе известен, то, измерив полный эффект (которьи может представлять практический интерес), не всегда можно правильно понять процесс. Более того, полный эффект зависит от условий эксперимента (таких, как размеры камеры столкновений, давление газа и тока пучка). Переносить результаты лабораторных измерений полного эффекта возбуждения на другие случаи, когда условия могут быть иными, можно только при подпои уверенности в надежности экстраполяции.
Рассмотрим, например, возбуждение системы 1)об азота [>)2, которое легко осуществляется при использовании медленных электронов. Интенсивность возбуждения в этом случае сильно зависит от размеров камеры столкновений, от эффективности способа исключения вторичных электронов и от давления газа (253]. Л Определение ротационнык температур ') . Карлтон (254], Реслер, Фен, Чемберлен (236], а также Ривс и Николе (255] установили, что ротационная температура молекулярного азота [хгь которую они определяли по отрицательным спектральным полосам [>[2"', возбуждаемым протонами, хорошо согласуется с газо- кинетической температурой. Лля спектральных же полос [424, возбуждаемых ионами 1!+ с энергией от ! до 5 кэв, наблюдается заметное отступление от больцмановского распределения ротационных энергий, а именно повышенная заселенность уровней с большими и малыми квантовыми числами (255]. При бомбардировке ионами [.!с спектральные полосы [>[2' возбуждаются благодаря захвату электронов или ионизации.
Отступление от больцмановского распределения объясняется искажением распределения ротационной энергии за счет передачи импульса от бомбардирующих ионов к частицам мишени. ') О поил~и)г ротационной темиервт>ры соиоритси о тл. ! маис.софии [081 НЕУПРУП)Е СТОЛКНОВЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ ЧАСТИЦ 2. Возбужден)ге вибрационнык у))овней Передача импульса может вызвать искажение распределения энергии также и вибрационных уровней. В табл.
6.9.1 указаны относительные интенсивности ряда линий отрицательной системы иона Г(2', отвеча)ощих переходам с Ли'=-2 при возбуждении протонамн, электронами и ионами Не [2531 Повышение роли высших вибрационных уровней отражает увели)ение вероятности передачи большого импульса от падающей частицы к частицам мишени с уменьшением энергии. Таблица б.9.! Возбу>кхеиис аибрациоииых уровней отрицательной системы молекулярного иона азота М2' Осиссиссльиыс иитсисивиссти Частииы 4ИЮ (2 — 4) аоо (о — 2) 4б)2(1 . 2) 0,51 0,52 1,0 0,33 0,33 0,30 0,13 0,34 0,50 0,08 0,10 0,21 Элсктроиы (23 зв) Протоны (20 кзв) Р!Оиы Не).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
