Рассеяние быстрых частиц водорода с изменением и без изменения заряда на атомах и молекулах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

П6 0R

\ î MIA

На ГГР2В32 руксгпса

. ?A£4EH<G ёалоркй Í1í2?:ocíí4

PACCEK2 БЫСТРЫХ ЧАСТИЦ £СДС?0ДА • С ÍOBE3SÍ J! Sc3 ГСЗсНаДО ЗДРЯДА НА А7СМАХ И ?.'0iZ-C/JlAX

Специальность 01-04.14 - Теплс^изжса и молекулярная физика

i 3 ? О р 8 ф 9'Р 3 Î

даосертзцла на соискание ученой степени доктора £излхо-мзтеыагяческг1 науя

Екзтэркпбтрг 1SPS

Работа выполнена в Уральской государственно» техшче-скем университете (г. Екатеринбург)

Научный консультант - доктор физико-математических наук, профессор, член-корреспавдент РАЕН ЕГ/льгая Б.15.

Официальные оппоненты:

доктор физико-ыатеиатчесюа наук, профессор Борисов С.О.; доктор физико-математических наук, профессор Гссзщккй S.H.s доктор фчзлко-ыатематнчеашж наук, профессор Селезнев -Е.Д.1

Ведущая организация - Институт электрофизики Уральского Отделения

.Российской Академии Hay}:

Заднта состоится " {Ц " utertd 1996 г. в 15 ч, ауд.И, на заседании диссертационного совета Д 053.14.06 при Уральском государственной технической университете по адресу: 620002, Екатеринбург, УГТУ.

Баи от sis s сдаем екзешшгре, заверенный гербовой печатью, проста направлять по адресу: 620002, Екатеринбург, К-2, УГТУ, ученому секретари университета.

С диссертацией «ежно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного технического университета.'

Автореферат разослан •ЛГ 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, и f

кандидат фаз. — ыат. наук, доцент Пйптепко Г.Е.

ОЩЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

На основе разработашшх методологических концепций проведения измерений п обработки експериыентальшп данных определены сечения рассеяния частиц водорода с энергией £=0-71+14.9 МэВ с изменением и без изменения заряда в газах, восстановлены характерные углы для дифференциальных сечений рассеяния атсысв Н° в процессе (ТО) нейтрализации ионов !Г (восстановление осуществлялось ло оксперпм ен тальннм пространствепно-углоЕцм распределениям (ПУ?) атомов, полученный в ленточной геометрга пучка частиц).

Созданы па базе борцовского приближения- новые подходи к реванш задач о рассеянии быстрих частиц на атомах л двухатомных молекулах. что позволило провести расчета дн£фере1щкалышх а полных сечения рассеяния частиц водорода а энергией , Е=Ю.ОЗ-ИОООО МеВ в процессах (10)+(Т1),(00) на атомах'инертных газов, щелочных металлов и колекулах щелочно-галопдных соединений, а для Е=0.1+20 МэВ и процессов (Т0)+П1),(00),(ТТ),(11) - на Н -молекулах. •

•¿гсуагьаость киа

Процессы образования, рззругения, рассеяния баз изменения заряда атоыов а их отрицательных полоз при эзшшодэйстеии соотвотству-кда частиц с различима ыжзеуями лмевт пагяое прикладное и теоретическое значение. Исследования указанных процессов, наделенных определенной спецификой, выяснение механизмов пз протекания составляет самостоятельныйраздел . физики иш-атоодах столкновений. Интерес к подобию; исследованиям в практическое плеве обусловлен:

- задачами лучевой передачи энергии на больанэ расстояния;

- потребность» з получении моцных пучков быстрых атсмов водорода, обладающих машги. угловой расходимостью и вциттонссм, с целью разогрева п диэгаоетжя плазш в термоядерных.' установках;

. - необходимость*» использования лх результатов а работал по со -Зденки таядемных ускорителей, шзснннх £абрик, накопителей л т.д.;

- суьественнш влшсг&у, которое оказывает присутствие отрицательных ненов и возбужденных атомов на ' процесса электрического разрядз л пробоя в електроотряцзтелышх газах, па поглощение электромагнитного излучения при его распространения в 'той или иной

среде (в частности, - в атмосферах звезд а планет), на работу

ы&ее-еп&ктроыетрйчеокиг и друга* експериыёнталышх установок.

Разработка некоторых проблем из числа перечисленных выше привела к появлению отдельной области'исследований, связанно!! с изучением и прогнозированием взаимного влияния пучка частиц и среды его распространения. Так, например, угловое распределение частиц в пучке атомов водорода, заселенности еяергетических состояний их электронной оболочки в суиествешюй мере зависят от параметров процесса (СЮ)-рассеяния атомов без изменения заряда в данной среде, а в случае достаточно высоких значения интенсивности ионного пучка и плотности среда возникает ионно-пучковая плазма, что сопровождается рядш специфических явлений во взаимодействии пучка с плазмой, способных в качественном и количественном отношении изменить характеристики транспортируемого пучка ионов.

Диф$еренциалыше и полные сечения, а такте характерные угли рассеяния частиц в разнообразных процессах столкновения является вторичными фуг[дшентальнши величинами, т.к. могут быть вычислены' исходя из первичных фундаментальных физических постоянных, таких как елементарный заряд, скорость света, массы сталкивающиеся частиц и др., и из основных представлений о структуре, законах взаимодействия и изменения состояния материальных частиц и т.д. В связи с этим актуальность разработки соответствующих теорий состоит в том, что отбор по результатам сравнения с экспериментом, накопление и интерпретация вычисляемых величин е последующим анализом исходных теорий способствуют более глубокому - пониманию строения материи, основных физичесюа принципов и закономерностей.

Кроме того, в теоретическом аспекте внимание к расчетам дифференциальных сечений рассеяния частиц водорода в процессах взаимодействия о изменением и сохранением заряда вызвано возможностью апробирования и дальнейшего совершенствования создаваема! моделей расчета как с точки «рения выяснения роли отдельных, включаемых в рассмотрение механизмов взаимодействия, так и с точки зрения развития математического аппарата и техники вычислений.

Несмотря на исторически достаточно длительный период развития этой области; <?дакки ион-атомных столкновений, систематические акс- . перименталыше и теоретические исследования сечений потери (захвата) електронов частицами водорода с енергаей Е>1 МэВ при взаимодействии с хяхелымв атомарными и молекулярными газами отсутствуют.

Сказанное относится и к процессе« рассеяния без изменения' заряда налетающих частиц, изучению угловых характеристик всех упомянутых процессов, рассеянию в паровых, поляризованных шшенях и т.п.

Большинства экспериментальных работ по изучении процессов рассеяния частиц водорода с неимением заряда выполнено при энергии налегаюдих частиц Е'.200 кэВ для широкого круга шшеней. При более высоких значениях. Е ' экспериментальные данные алеются в основном для легкихинертных (Не, Ке, Аг) к простых молекулярных (Н2> Нг, °г' газов- Теоретические вычисления сечений потери влектронов ионами Н" и атемеми водорода проведены во веем практически необходимом диапазоне энергии столкновения для" мишеней .0,0,, и инертных газов. Причем для Е>100 каВ расчеты оказываются более полными, поскольку здесь используется в той или иней модификации мощный аппарат борцовского приближения. Опять - таки для более сложных мизеней теоретические результаты отсутствуют. Саше успешные из & тих вычислений сделаны в пол у;сл а с сич е скей модели свободных столкновений, которая опирается на использевание известных форм-факторов рассеяния электронов на соотвегствущих «¡пенях, но опускает некоторые существенные детали взаимодействия сталкивающихся систем, что накладывает ряд ограничений па применение модели. Существуйте результаты расчетов сечений 0-о в Сорзовском приближении ('с использованием формализма Бете и правила сумм) уверенно согласуются с вкслеряментальннии данными для простейших мишеней (Н, Ее) и значительно (з несколько раз) их превшая? для Кг и Хе.

.В области Еысогагг гзнерпй! столкновения (Е>0.1 !.!зЗ! сведения об измерении сечений образования атомов Н°<п1) в состояниях с квантовыми числами п, 1 при нейтрализации ионов Н* в каких-либо шшенях отсутствует. Теоретические расчеты полных к двавды дифференциальных сечений этиг процессов основаны на существенно приближенном списании стадкппск'анхся систем до и после взаимодействия и проведены лиггъ выборочном образом з области Е<:1.5 МэВ для мипеней из атомарного водорода, гпзоа :: п-1 и 2. Систематических

ьичимений ди^оренпгзльп." к г.с~:ит. потер:! электронов в

сеударезтилл дмгтаго тага з ¡гтгтют-х'.: да.«.* г: я;- »кергяа иеасз Н" для разнообразных милеяей и значений кзйнтовыг чисел п, 1 не ¡алеется.

Экелерзгм-нтйл: дееткс- о ::ол!ггл егздздгх и характерных углах рэеееяшгя часгнц'водород; о '•нт-рпмй Е:>С.' без измененпя заря-

да отсутствуют: Соответствующие теоретические исследования имеются' лишь дл некоторых парциальных ееч.-ний (00)-рассеяния Н-атомов на атома! Н, Не и щелочных металлов (в последнем случае сечения вычислялись длй ЫаВ с использованием правила сумм по конечным состояниям щелочного атома), для основных парциальных сечений (11)-рассеяшя протонов в мишенях Н в Не, а также - для процесса (11) взаимодействия ионов К" с Н, Не и Н2 (при использовании правила суш и Е^Ю ЫэВ).

•

Цель работы:

- создание, развитие и обоснование теоретических моделей определения дифференциальных и полных сечений, характерных углов рассеяния.быстрых частиц водорода ь газообразных средах;

- создание методологических основ проведения измерений, обработки экспериментальных данных к осуществление шрокомасштабных вкс-перименталышх исследований рассеяния частиц водорода Н", Н°, Н* в процессах потера электронов (в том числе - в соударениях (10) с образованием атомов Н°(2б;2р) ) и без изменения заряда;

- проведение теоретических исследований процессов (Т0)+(11), (11), (00), (11) рассеяния частиц водорода на произвольных атомах, простейших (типа Н2) п диполышк молекулах;

- аргументированный выбор шшеыей и изучение условий для которых конверсия ионов 1Г в атомы клй протоны будет происходить с максимальной :зространственно-угловой ¡эффективностью. •

Научная ношзва

1. Впервые предложены ок^жс-льные теоретические модели и дано теоретическое-обоснование вкетеримен^гальных методов исследования процессов'ьзаямодействия-ионов (в первую очередь - отрицательных) к атомов с атомарными и молекулярными КЕяешши:

- модель расчета ди-Керопцияльних с'ечешй рассеяния атомов и атомных ионов произвольных двухатомных молекулах;

- модели расчет» дифференциальных течений рассеяния атомов и атомных ионов в поле, описываемом диполькым поте~"циалсм или потенциалом Томаса-С&ерми, а также основанное на в тих моделях приближение дипольного момента (ПДМ). в которой. учитываются движение электронов частицы мишени и ее поляризация в поле налетающего иона;

- метод расчета' зарядового состава пучка частиц, бззпрукшася на методике измерения пространственно-угловых распределения (¡ТУР) частиц с помощью электрически детекторов:

- метод восстановления дифференциальных- сечений рассеяния частиц из о к с п е рим е н т а лы ш х данных о ПУР ленточных пучков частиц;

- метод определения полных сечений рассеяния частац без иьмоне-!шя заряда по измг-реннш ПУР.

2. Клервио виполнени следующие цсследованзгя:

- измерение сечениЯ рассегсглп частиц водорода без изменения заряда для всех ислользоьавЕмхся мппепеЗ, а таете сечений а-0,

С- , а для частиц водорода, потерявших электроны в мишенях из К.

^^ (101 Кг. Хе, С02, С Н ; восстановление характерных углов па изме-

ренным для ленточных пучков ПУР атомов водорода;

- расчет дифференциальных и полных сечений рассеяния ионов Н" в процессе (10)+(Т1) для атсыов щелочных металлов и цедочно-галоидных молекул, а для столкновения чостхщ водорода с ЕЯ Мой в процессах (ТП, (00), (11) - для всех-мишеней,кроме Н, Ке и Н,.

3. В работе обнаружены следующие еффекти:

- установленный в борновском прибликении без каких-либо дополнительных предположений »Хфект возникновения внтёр}ере1щионноЯ структурц в функциональной зависимости дифференциального сечения Ли(б)Л19 от 0 при рассеянии произвольных 'налетащих атомоз или атемнш ионов на произвольной двухатомной молекуле и связанную с этим эффектен зависимость величины и фора дифференциального сечения рассеяния как функции угла 9 от положения меясьядерноЗ оси молекулы мииени относительно вектора скорости падзкдих частиц (для электронов, нейтронов или др. элементарно частиц и при выполнении некоторых ограничивающих условий эффект рассматривается в литературе для водеродоподобных налетаиздаг частиц и Н -мювэии эффект Сил теоретически установлен МеЯерхофом о сотр.);

• - эффект резкого (на 2-3, порядка и Со лее) уменьшения характерных углов и полнит сечений рассеяния атомов и атомклх ионов на частицах мишени, поле которых списывается полем стационарного электрического диполя, при изменении угла <г ы?иду вектором даполч л вектором скорости налетающих ччетиц с на а=0 (в диссерта-

ции обоснован в борцовском приближении без введения допол-

нительных упрощаю«« гфедпол'жений);

»

- существенное влияние процессов рассеяния без ваиенения заряда на форшровазше узкон^тгравленных пучков частиц, которое может приводить к значительному уменьшению плотности потока частиц в заданной области вблизи оси лучка;.

- слабая зависимость характерных углов рассеяния втомов Еодоро-да в процессах (10), (00) от вида мяйи при одинаковом функциональном поведении &тия _углов в асимптотической, области ¡значений

энергии столкновения е'с0' « Е"0'5.

1/2 1/2

Полнил объем выполненных исследования является ноьим крупным достижение^ а развитии фззики иок-атомных столкновения и" вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области неЯтрализации ионов Н" в тонких газообразных мипекях и в области направленной передачи энергии на большие расстояния.

Научная я практическая значимость работы заключается в:

- создании и обосновании взаимосвязанных методов проведения измерений а обработки экспериментальных данных, позволивших получав фундаментальные результаты об вффекгвьноети образования атомов Н° в процессе нейтрализации ионов Н", о сечениях рассеяния частиц водорода с изменением в без изменения заряда в газах, а таете восстановить углы но измерзшим ПУР атомов в ленточной геометрия пучка, что имеет принципиальное значение при разрешении проблем, связанных с транспортировкой пучков частиц на большие расстояния, разработкой нейтрализаторов ионов Н" и т.д.;

- оценке» влияния, которое- оказывает на рассчитываемые в ГЩМ сечения учет движения электронов й поляризация электронной оболочки частшш мизени, в оценке относительной роли ■ огих факторов с точки зрения расширения области применимости борнозекого прибллае-кия (в сторону уменьшения скорости столкновения и увеличения атомного номера швени);

- разработке моделей, дамбах возможность рассчитывать" сечения • рассеяния частиц на двухатомных-молекулах, атомах люС.ых химических элементов-и дашольных молекулах;

- в. теоретическом сбоякованяи указанных визе ориентзциоккых я-^ектов и выяснения роли (И )-раеееяния прл формировании пучков частиц водорода с малой угловой расходимостью;

- ьозникноьенки новых перспектив в развитии исследований взаимодействии слаСосг.язышик електрошшх систем с газообразной атомарными и молекулярными мишенша^'

- определении лутей поиска наиболее технологичных мишеней и условий, обеспечивающих оптимальное формировазше узконаггравлешшх пучков частиц при их зарядовом преобразовании.

' АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

1. Теоретическое обоснование методика измерения зарядового состава пучка частиц (основанной на измерении ПУР зарядовых фракций пучка путем его сканирования), общей методологии изучения рассеяния частиц при использовании пучков ленточного типа и восстановления дифференциальных сечешгй рассеяния частиц из экспериментальных ПУР, полученных в ленточной геометрии лучка.

— Рг-7ти измелет* и сучений о- с- <т З'^^'ТУРРОСТ^Й

нейтрализации ионов Н" ггрз Е=1.67 НаВ для всех исследуемых газов, а при 35=5.11 МзВ - для паров К, результат!.' определения характерных углов рассеяния частиц водорода в процессе (10),

ВОССТЬНОВЛеНЗЗих из ПУР а токов для ленточного пучка,

— Результаты измерения поляризации Ь -излучения атомов К(2о) в электрическом Поле и сечений С- (2~:2р).

2. Метод расчёте. сечс-кп£ ( рпссеяппл час~:ц без изменения заряда по измеренном 1ГУ? и полученные с его немощью экспериментальные д&нни'е о сечениях (11)-рассеяния для частнц водорода.

3. Вариант приближения дшгального момента (а котором учтет: движений электронов в частице мнпекл, поляризация сс олстггрсягпсй ободочки к введена р^тативистсюге попрзгп:), результат:; нроводен-Н12 в ТШ.5 расчетов сечекпй п характерных углов рзссеяпия части; водорода с пз'-г&нением и сохранением' заряда на стоках пперлшх газов, цел очка иеталкса з делечнэ-гавоядпих молекула", а теге® оСнзруз'ез^нке особенности В' поведетЕЧ! гечетн'* рассеяния частот в различных процессах, иеспнкакгпе при крменскяг ориентации вектора динолького мотентз относительно оси пучка.

4. Квэнтово-иезаяическу» модель рассеяния бистрнх част!,н пе. двухатолных молекулах с предстсазатлнд.! г ней эффектом тг^т^т^Т *^0^*"*'* плоской волш», сппсывзэдой ч^зт'гц!', рассеянии атомах молекулы, а так^ге все результата расчетов для процессов

П0)+(11),(^Т),(00),(11) соударения частиц водорода с Н -иишенью.

5. Интерпретацию выполненных экспериментально и теоретически исследований и, в первую очередь, в той части, которая указывает на большое значение процессов рассеяния без изменения заряда • на формирование узконаправлешых пучков частиц.

ЛкчшЗ вклад автора

Диссертационная работа является результатом многолетней работы автора в проблемной научно-исследовательской лаборатории (ЮЕЗЭД) Уральского государственного технического университета (УГТУ-УШ). Все теоретические исследования, построение приближения дипольного момента и ыодели рассеяния на двухатомных молекулах, разработка методов иате-матичеокой обработки &ксперименталышх данных, прове-д&ниёГ'рагчетов и их интерпретация выполнены лично автором.

Постановка проблей вксперименталького изучения (11)-рассеяния и проведение измерений сечекпй <г и, постановка всех теоретических задач, выбор путей и методов их рев&кия, . выводы диссертация и положения, выносимые на защиту, принадлежат автору.

Задачи по пзмерегспо &*$.ектквностеи нейтрализации

иоков Н~, ЮТ для процесса (10) и сечений с- . с- , с,

• / 1 О 1 3 С1

!Т?0(2к;2р) была поставлены Н8мягга.аноыдГР.'а. | и Рчку&селя ХТЬ"П

Сос^.акпе ^ЗАЗ&р^телхДэч'Го ксллттлекса и &кслерПг.5скталъш*е .исследования в газовых мпзелшх оеуцеетвлек!; на циклотроне У-120 ПТУ-Уш! сог^юстио с Вс-дьыьноьым Г.Д., .^взарввыи Г*. б др». сотрудникам

-- Ч'пСЛ./Ц ЬОДОроДа выполнены В ра&КеаХ ЫсТОДКК

иехгддгчеокого и алекгрического скакироьакня, разработка и аппаратурное воплощение которых осуществлены Ведьмакск»« Г.Д. Лслслъзо-вгпдшз в первой главе для восстановления углов с ^^1 Первичные результаты измерения 12»? атшоь водорода получены совместно с Ведь»£лсьиы Г.Д. и не выкосятся на кадету £ вычисления по ьтш ПУ? Функсни ио> о проведена Льаьреьш • В.Г. Кдея им^роши? »«рядового состава пучка частиц о помощь» методики. &лек?рнческогс сканирования была высказана Лазаревым Ю.Г. Все работы во создашш тракт одксфэтоккой регистрации Ь^-иэлучения атомов водохода и определению его квантовой эффективности регистрации сделаны Шаляпиным ¿^Л. и Луиачевыы л.А. Измерения поляризации 1>в-излучеяш» к его интенсивности в случае &Ф1>екта квантовых биений проведены совместно с

оЮ

Лукичевкм A.A. Газовая камера столкновения и корпус паровой минени были изготовлены в Сухумском фнзико-техническсм институте. Отладка методики работы с паровой мишень» и экспериментальные исследования на парах калия выполнены совместно с Яковлевым Ю.Р.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались на семинарах в Сухумском фнзико-техпическом институте, Харьковском (физико-техническом :ш статуте, НИИ электрофизической аппаратуры им. Д.В.Ефремова (С-Пэ?ербург), Институте <*изики высоких энергий (Протвино), НИИ ядерной ф5зики Московского государственного университета. По результатам диссертации опубликовано 24 работы. Основные результаты содержатся в статьях [1-И].

Объем и структура диссертации .

•Диссертация состоит из введения, двух частей, какдая из'которых содержит по три главы, заключения и списка используемой литературы из 276 наименований. Обизй объем диссертации - 324 страницы, в том числе 39 рисунков и 30 таблиц.

СОДГОШШ PASOза

Во ваадзкст обосновывается актуальность теми диссертации, списывается состояние проблемы, фэрчулпруитея цели и задачи исследований. Приводятся основные зазцжцаешэ положения и результаты, полученные автором впервые, • отмечается личный вклад автора, а таюге научная новизна и практическая значимость' работа.

Первая часть диссертации посвяцепа экспериментальным исследованиям рассеяния частиц водорода H", К°(1s), H*,, имеющих вн&ргкю Е=0.71+14.9.МеВ, при взаимодействия с атомарными (3a,Ar,Kr,Xe,JC) и ?лолекулярныци (Н„,0 .СО .0 H ) шзаш&гл ■ в процессах потери алект-

3 2 3 3 2

ронов взлетающими частицами й без изменения их заряда: •

Н* + М- —► Н* + И(С); • (1)

Н°( 1о) + 11 —» Б°(п1) + (2)

Н°(1в).+ II -г* 3* + И(Е) 4 а"; (3)

Г + И —>■ !Г(1в3) + И(П); (4)

H" + а —» Н°(п1) + Й(Е) + е-; (5)

H" + U —» Я4 + Iî(E) + 2е~. (S)

Символ "Е" сь означает, что во внимание принимаются сразу все возможные конечные состояния мишени, принадлежащие как дискретному, так и непрерывному спектру.

Всю совокупность отдельных процессов, ь которых исходные (до рассеяния в мишени)-частицы с зарядом 1 преобразуются в частицы с зарядом 3 и некотором произвольным (но не автоионизационнии) состоянием электронной оболочки (характеризующимся тем или иным набором квантовых чисел п.1 и т.д.), принято называть основным процессом I! кратко обозначать как (13)-

Цель измерений заключалась в определении полных сечений ,

аТ1, 0Qi и,характерных углов рассеяггия частиц водорода в

соударениях с потерей электронов, ьф£>вктавностей нейтрализа-

щш ионов Н", сечений в-0(2з,2р) образования быстрых атомов водорода в 2р- и 2р-состоянмях в процессах отрыва электрона от иона Н~, а такке сечений С--, Ооо, о взаимодействия частиц водорода о частицами мишени при сохранения исходного заряда (при индексировании сечений и углов использовались- введенные выше обозначения основного.процесса). Изучались енергетическое поведение найденных: величин и их зависимость от типа ьиаени.

В первой глазе дано списание экспериментальной установки и физико-гехническое обоснование используемых для изучения основных процессов (1)-(6) методик измерения. Приводятся способы обработки ьксперзлентзлыглх данных и результата измерения зарядовых распределений и сечешй для основных процессов (3),(5),(6), а такхе

восстановленные углы , обсуждаш-ся некоторые перспективные направления развития вкспергшентальных исследований в данной области флэша нон-атомши столкновений.

Схема &кспар1шэн,гслы10й установки изображена на рис.1. Протоны и ионы 1Г ускорялись в классическом циклотрона Р-7(У-120). Интенсивность выведенного из ускорителя пучка ионов Н" составляла 0.05+2 мкА. В поле магнита СП-45 пучок ионоз отклонялся на угол 20° и через прямоугольную ьцертуру с размерами 20 мм по горизонтали и 10 юл по воршкэла направлялся на систему коллиматоров целевого типа (Щ1 а Щ2 на р!с.1). По порядку ьелпчкни интенсивность кучка аа входоой апертурой составляет иЮ" частиц/с. Щелевые диафрагма Ц1 и 152 имев? одинаковые размеры: 8 ш по горизонтали и

20 шэд по вертикали а . предназначены для формирования исходного пучка частиц с угловой расходимостью 3-Ю'6 рад в вертикальной плоскости. Управление пучком частиц осуществлялось с помощью влект-ричо. :шх и магнитных дефлекторов.

Перезарядная газовая шгаень расположена непосредственно перед коллиматором и служит для преобраЕования ионов, ускоренных в циклотроне, в частицы с другим зарядом. Перезарядка осуаестьляется в результате взаимодействия ионов с атмосфер«ш воздухом.

Взаимодействие пучка частиц с исследуема газом происходило в камере столкновений длиной 390 ш, виходниы окном которой слугмла щель для ограничения газелотока васотой 300 мкм и шириной 8 мм. Напуск газа проводился с помощью пьезоэлектрического натекателя до давления 0.01+10 Па, измеряемого с помочью индивидуально отградуированного манометрического преобразователя. Расстояние между цент-рои газовой мишеии п плоскость» регистрации составляло Ь- 9.48 и, з погрешность з определена: аффективной толдкш г мявеки - 5+7^-

т Э.С« т

1 - циклотрон У-120; 2,5 - влектрсиапшти; 3 - перезаряготовая шшень; 4 - колдхм*руз~ея цель Щ1; 6 - коялиыирукчея 5112; 7 - газовая камера столкновений; 8 - пареная мизень; 9 - магнит-гай дефлектор; 10 - детектора для измерения зарядового состава пучка; 11 - детекторы для нзаерегая ПУР частиц: 12...17 - влектрп-ческае дефлектора Д1-Д6

Для изучения рассеяния частиц на атомах щелочных металлов пред-назнач'сна паровая мишень, толщин i которой определялась по известной зависимости'давления насыщенных паров металла от температуры.

Обычно по ряду технических причин вксперименталыюе изучение угловых распределений (т.е. функций вида dH(e,f)/d&, где &,f -полярный и азимутальный углы рассеяния) частиц с зарядом 1, рассеянных в том или ином процессе (шш последовательности процессов) взаимодействия Ш), осуаествляется на основе измерения плотности потока (или др. аналогичной функции) dj(x,y,t) втих частиц через плоскость .(I,у) поперечного сечения пучка. В общем случае плотность потока j не может быть сведена к функции углового распределения какой-либо заменой переменных х,у на углы б,р, поскольку является сверткой . углового распределения и аппаратной функции установи! (выраженных через х,у), т.е. определяется не только рассеянием ь шпвени, но к условиями коллимации пучка xi расстоянием L. Лишь при I—ю функция Jj сводится к угловому распределений. Учитывая оказанное, будем называть распределение функции ^ в координатах как рто тогда делается, пространственво-'л^овыц распределением (ПУР), хотя втог термин не вполне удачен. .

Для измерения ID? (измерялась функция 3i(x)=3l(x,y=<l)) нами был разработан метод, закдзязицийся в периодическом дискретной смещении пучка относительно нелодмшюго регистратора, представлявшего собой в данных вкслеримэетах полупроводниковый детектор с узкой горизонтальной щелью размерами (О.1+2)х0.01 ыма, что обеспечивает угловое разрешение установка 5-Ю~£ рад. Отклоняющее воздействие ка пучок осуществляется в поле дефлекторов S3 еле Д5. Метод характеризуется уереднекнем колебаний интенсивности исходного пучка для кездой точки измеряемого профиля в -результате многократно го быстрого сканирования во .всем диапазоне, углов отхлонегсгя и отсутствием мониторирования полного потока-первичного пучка кспсв. Проверка этой методик;:, в так® часть експеримангот по соределелг» ГОР частиц были выполнены с помощьв ионзторирук^его детектора (р:с.1). Измерение зарядового'состава пучка {т.е. долей i'j <t) частиц с зарядом i в пучке)., чаегиц водорода Н*,Н°,Н" проводилось с помогав блока детектирования, которой находятся внутри установка одновременно с детекторами для измерения ПУР. Бди: детектирования состоит из трех лолухфоводкпкоша детекторов кп:в ДКПс-350, ' собранных не

поворотном штоке (рис.1). Поворотом стока блок детекторов выводится из-под пучка, ссвсбог-дая путь на детектора для измерения ПУР. Гак»» образом. определение зарядовых н' пространственно-угловых рзспределетгЯ частиц моиэт быть осуществлено в едняорззовом эксперименте при сохранении неизменными всех еспутстзуэднх источников случайных и систематически погрешностей.

Используя методику измерения ЮТ частиц (применялась мотодпкэ, осиов&нн&я нэ отклонения пучка), позяо одновременно определять кы: ПУУ, та!? и зарядовые распределения частиц, регистрируя сразу все зарядовые фракции пучка. Часть измерений зарядовых распределен^ Сила выполнена с псмсщвзо обеих методик л показала'их идентичность.

Значения измеренных сечений, з^фзктивпосгей Ф™'* нейтрализации 2оиоз К", достигаемых при тодхшах ыизеней г""5', и величины 5 случайных погрешностей, отвечажси одному стандартному отклонении, содержатся з табл.1. Для однсй л той жа мгзевз найдешые сечения удсзлетзоряю? неравенству л следует единой функцио-

нальней зависимости з результата чего 3™** для данной шзеш

не зависит от 2. Для всех мнаеней г.51.

В настоящей работе. как и обычно, угловые измерения по .ряду •

гехначвсках причин выполнялись з депточясЗ геометрии пучка частиц.

Для извлечения из измереаназ ЮТ инфориацаи о яа^фаренцзальних

сечетглях п хзрекгеркых углах Э (отвечащих максимуму

1 /з

фушазя з1г:Э-()а(Э)УйО) рассеяния частиц был разработан специальный математический метод [3]. Применение метода позволило' получить соотношение, сзязызеюцзе исхеше углы с соответствующая!

углами для измеренных ПУР (изучался дзаь процесс (10)):

&'1?* * 0.85-9<л . (7)

где погрешность з_определекии сзязукдего ксэффэдиента равна ±108. Значения углов приведены в табл. 2 и в пределах погрешности

бкспвриавнта не зависят о? типа и толпины (при г < уХтах) ызаеня я изменяются по закону Е"1уа. Сравлагие с результатами борновага вычислений данной работа дал Не- и Н -ыиаеней показывает (рис.2), сто утлы примерно в 1.8*2 раза меньше углов, полученных

теоретически. Основная причина указанного расхсзденкя заключается, ю-видамсму, в тем, что используемая модель расчета дифференциальна сечений потери электронов'является двухчастичным приближением.

. . "зблздг 1

Энслермакмлъкуз значена» сачэяиЗ a0i'aia*°ii (в ед. 10"1S cu2) и эс$еитнаное?еа ЕсЯ'грзлиззцяа ноноз 5Г, ий&гвдякзася при тслянах jccjeiieí: troa" <в ед.Ю12 см"2). Индекс <ci указывает па величина, вычисленные по лзшренши наш сечениям.

Мишень л, «эВ 30i в- ÎO <?-t í Atoa X Фо

1.67 8.62 29.7 1.20 0.543 63.2

5.0 4.61 10.9 0.190 0.526° 136a

Kô 6.9 ' 2.63 7.82 0.135 0.557 170

10.4 1.62 4.96 0.0620 0.57óc 332°

1Д.9 1.22 3.88 0.0643 0.553 437

1.67 117 319 19.2 0.518 4.95

5.0 60.4 125 4.62 0.495a 11.0°

Al* 6.9 44.4 106 3.77 0.517 12.9

10.4 30.8 80.1 1.93 0.519 16.6

14.9 25.2 61.2 1.67 0.532 го.9

'"'•3.07'" 135" ' 328 22.5 0.511....... 4.60

5.0 66.5 165 8.19 0.524е 8.99е

Kr 6.9 68.5 157 6.70 0.511 а.62

10.4 49.9 124 4.05 0.531е 12.1°

14.9 43.8 ice 3.37 0.517 12.2

i?0""J~ 4Ü3 33.9 0.504 2.98

Xô 5.0 105 229 12.0 0.500е 6.10°

6.9 96.4 225 7.64 0.519 6.76

10.4 74.4 185 8.09 0.527е 8.04 е

14.9 65.1 160 5.67 0.509 8.79

1.67 11.8 42.7 1.24 0.582 40.8

К2 5.0 4.70 15.3 0.237 0.581 117

6.9 3.63 11.4 0.409 0.592 125

10.4 2. за 8.18 0.172 0.576 231

14.9 1.71 5.37 0.159 0.580- 346

■1.67 10ô пг~ 0.518 5.80

5.0 44.0 110 4.01 0.528 13.4

О, 6.9 32.7 ' 86.9 2.62 0.528 18.5

10.4 22.3 59.S 1.32 , 0.525 22.1

14.9 16.7 47.5 2.63 0,534 31.4

"1.67' 1Ï1..... —Bi .. 17.4 ■"7)7528 4778

cos 5.0 58.2 145 4.56 0.530 10.0

6.9 42.7 110 . 3.22 0.535 13.5

10.4 27.5 77.3 •2.06 0.531 .19.9

14.9 21.7 .61.0 1.58 0.547 25.2

1.67" - — - Ö.$4SJ _

С H 5.0 32.a' 89.3 2.05 0.544 15.1

6.9 - - 0.550 22.0

10.« - — - 0.548 32.0

14.9 - - 0.545 71.7

ô, g 1 .7 9 __ 1 12

к 5.14 167 307 13.8 0.525 3.20

г. ж 1 10 14 35 1 15

Таблица 2

Хврияерше углу (в ед. 10*6 род). Под значениями углов

приводятся в круг лиг скобках величину 0о( t), соответствующие -тол-гошам мишеней t, <гря которых проводились измерения данных ПУР

Е. ¡ Мишень

МбВ | Не АГ Кг Хе °г С°а

0.6 20.6 - _ - _ _ 21.5

0.71 - _ _ _ _ 22.1 -

1.15 i 13.$ (0.176) - - - - 14.2 (0.212) и.а (0.178)

1.67 i 1274 (0.111) 12.4 (0.155) 11.0 (0.114) 12.3 (0.104) 12.1 (0.160) 12.2 (0.134) 12.1 (0.121)

5.13 - - - - - - 7.74 (0.127)

7 ¿.28 (0.072) á.Cto lojiliij - O.Ó1' (0.207) 6.17 10.1571 6.64 (0.154) 6.28 (0.155)

. й 5-Ü3 10-4 »(0.063) (0.250) S.Cá' (0.158) А.ЯГ (0.12Л) (0.222) 5. Св (0.136)

* I - - - (0.129) 4.52 (0.110)

Рисч 2. Характерные углы б^®1, в^5 в звшеяутста о? Е

Точки: 1 - углы б'1"', восстановленные (из ПУ?) для (Ю-мншеш. Кривые: 2 - углы для Не dk 3 - углы для Н2 [3];

4 - углы в^Ц» для К& СИ; 5 - углы íjJJ1 для Не [Ц.

Во второй главе изложены методика is-результаты измерения абсолютных значения сечений образования К-атоыов в и 2pjya состояниях при нейтрализации конов Н" с внергиеЗ Е=1.15, 5.0, 6.9 и 10.4 МвВ в газовых мишенях Нй,Аг,КгДе,Кп,02,С02.

Методика измерения сечений a-o(2s;2p) основана на регистрации возникающего в ходе столкновений (5) Х^-излучекия Н-атсУов непосредственно в газовой камере столкновений (КС). Определение сечений Cjq(2s) ведется по увеличений интенсивности 1 -излучения ври наложении на область взаимодействия "пучок-газ" постоянного електри-ческого поля, которое приводи к резкому сокращению времени жизни Н-атомов в метастайилыюм 2s4 -состоянии. Экспериментальная установка в части, связанней с регистрацией L -излучения и измерением ток&_конов I-Г, схематически изображена на рис.З-

Основаая отличительная особенность нашей методики' состоит в использовании тракта однофотонной регистрации L -излучения, поскольку пр: дост:иав^от4 в nacsix вкспериыенталышх условиях токе' ионов Н" на входе в КС (с 10"15 A) i: олтпмкзации прочих параметров поток L -jssHTOB на чувствительную область дегектирукцего устройства находится на уровне 100 кзант/е. Излучение, 'появлявшееся в ргпулъ-тате'взедаодейсТЕИЯ частиц пучка с гйзоы ш^лек:, детектировалось с помощью фотоэлектронного уызсактеля (опытный'' екзеклляр, аналогом которого является С-ЗУ-142) с комбинированной коробч^то-^алозноа дшюдной системой и £отокагодсм из CsJ. СвУ установлен перпездпку-лярко оси пучка и направленно вектора Т напряженности влектрнчес-кого поля разрузаказго конденсатора на расстоянии 400 изд от входного огьерстая КС. Электрической поле, 'разруаавдее мегастабильлог 2а -ссгтоянае Н-атоыоа,-. создавалось подачей напряжения на пяае-скны кспдкгсатора, установленного симметрично вдоль оси пучка.

В работе пслученг соотношения, поззозшетие вычислять сечения ' c-0(2s:2j) по чцелу Еопедг22 В-КС голой К" ж числу зарегистрированных при гтам L -квзкгоз. Цгадзка измерения и расчета сечеппй в - * ■

a-o(2s) а учетом квантовых биений интен-

сивности к полят^еагтг: L гте-газ бсогодй, находящихся в

«

електр^ческом псл-з.

.V^srrio' утвередать, что в уел^рнях л^я^ого йксперпмегта вффез»

квантогпх биений не проявляется сколько-нибудь заметным образом

при регистрации L -излучения, а число ре га стркру екш. L -гоавтоа ft в

?1 18

определяется помимо прочхп условий дипь оффективнкш временами зсизни 2з- и 2р-состояний атомов водорода в электрическом поле.

Наложение электрического поля с на'прягл'энностыо 1- на возбузден-1шй атом приводит к его поляризации, поляризации и анизотропному распределении генерируемого атсыом излучения. Интенсивность излучения под углом в к вектору ? пропорциональна коэффициенту А(9:?) анизотропии: Л(&)~а(Э) -д. где 3 - среднее значение интенсивности. В связи с огам для корректного расчета сечений о^о(2з) были проведены измерения коэффициента поляризации ?(Р) возникающего и -излучения для угла 0=90°. Найдено, что коэффициент поляризации

Я ' .

для значения напряженности поля Р*=600 3/см, которое использовалось наш в измерениях сечений а^о(2з) при расположении разрушающего конденсатора внутри КС, составляет Р=-0.бЗ, а вто дает для коеффи-

циента анизотропии значение А(90°)=0.82ё.

«

Принимая во внимание сравнительно небольшое отклонение коэффициента А(90°) от единицы, соизмеримое по оценкам с относительном увеличением интенсивности регистрируемого излучения за счет кае-кадннх переходов и излучения ыипени и направленное на компенсации этого увеличения, в расчетах сечений о-а(2в) использовалось значен киа А=1, так как каких-либо поправок на роль каскадных переходов пли излучения мизека не вводилось.

Значения измеренных сечений (Т-о(2з;2р) приведены в табл.3. Средняя статистическая погрешность измерения <?-о(2з;2р) равна ±353. тогда как абсолютные значения сечений 0^о(2з;2р) даются с результирухцей погрегксстьо.~7С%.

. Соотношения а-о(2з или 2р)/7-0 как фуйкшз энергии конов К* остаются приблизительно' постоянными для * всех типов мааена и составляют ¡7?0(2р)/с-0=4+7.3 в о-^(2<з)/с-о~Э+19'6. В случае мяиенз из молекулярного водорода эти соотношения резко возрастает, что, вероятнее всего, обусловлено.регистрацией дополнительного излучения от частиц «ипенз.

Рис.3. С^еигз экспериментальной устаксЕка длн рггнстргцгв Ь -Ейя^чипш' бнсмграгг стгшоз водорода: 1 - пучок частиц; 2 - пласгшш разрушакзего конденсатора; 3 - ФЭУ;

■ 4 - елшпниевая £ольга; 5 - охранный електрод; б - цилиндр Седзадея; 7 - кнгегрирукжй токаивыерителышй щжбор; 8 - блоки свинцовой зацигы; 9 - алюмашевый екран

Табдкцг 3

С0ЧВ1Ш О0р23ОЗЗНН2 I:ТС!ЛОЗ ЕЗДОрСДЭ В 2р- К 2е-СОС?ОЖ2ЛХ ие£тр8лкЗЕциа воноз К" в газпг (в ед.10"1в см2). В каэдоЗ клеточке таблиц« верхнее терло - сечение о^0(2р), виггее - а-о(2в)

Е. ЫаВ Гез

Не Хг Хе- °2

1-15 ■ 2.72 4.36 ' ¿1.0 44.8 •Й.Й 53.4 42.4 .30-4 10.3 21.0 44.0 77.1

5.0 0.666 1.72 8.2Ь 22.8 15.6 31.0 ¿3.4 42.4 9.80 5.62 6.54 14.3 9.84 22,в

6.9 й.ЗЬв 0.7 44 4.94 10.4 8.0Ь 19.3 15.7 27.2 ¿>.44 4.70 3.32 | 4.40 8.<?9 1 10.5 { 3.Ю 6.20 I 6.8*

10.4 0.512 3.70 9.30 5.20 12.6 У.У4 ! >.•><!■ 1*.2 !

В третьей главе описана методика проведения измерений, особенности экспериментальной установки и результаты измерения полных

сечения ff рассеяния

е энергией

частиц водорода 1Г, Н , Н* &Ю.71: 1.15 и 1.ь7 НвВ в Не, Аг, Кг, Хе, Н2, 02, СО.,.

Когда процессы (1^) или (;П) резко подавлены хотя Си в одном из направлений изменения заряда относительна столкновений (И)-типа и/или при достаточно малом значении г, для определения о в ггрин-шше достаточно провести при некотором значении т единственное измерение числа частиц'с зарядом 1, выделив из ша те, которые проали шиень,"не зшетиЕ"_ ее, и соответствуют доле ф|0)(1).

Такая возможность реализуется в измерениях ПУР частиц с данным зарядом. В саком деле, если сфоршровать ионный пучок, угловая расходимость которого иного менызе характерных углов рассеяния для процессов (11)-типа, то после прохождения шгаепи картина ПУР будет представлять собой узкий пик из кепровзаимодейотвовавсих частиц, стояний на троком "пьедестале", частиц, рассеянных в шше:ш. По мере увеличения толщины мпд;енн доля частиц с перьона-

чачыам углсящм распределением монотонно уменьшается, обеспечивая адекватный роет пьедестала- Показано, что з этом случае сечете рассеяния частиц без кзманс-ння заряда будет определяться формулой

■ 1 з!о>(0)

- i.Tl -J_____

11

где 3{0>(0)._ J{0,(t)

Jj (t)

высоты пиков (распределений) аппаратной функцки установка над. пьедесталом при . t-j и после прохождения некоторой i-СЕзеш! толщиной t. При этом ivji и параметры а тих двух распределений далгзн оставаться неизменными, а высоты ликов должны быть приведены к одному значении о'цего числа частиц с зарядом i в ккздои из них, т.е. iJjit) = !Jj(0).

Схема ехелеримекгальясй установки изозрскена на рке.1. Функциональные узлы и элементы установка остались теш? Ее, что и при измерении ПУР частиц водорода в процессах потери электронов. Рассчитанные по фордае (8) на ослозе измеренных ПУР значения сечений рассеяния быстрых частиц водорода собраны в тзйл.4;

"п л^тн ??лячш?н эксттеряментальнсЯ погрешности S. соответствуйте одному стандартному' отклонению.

С учетси Бксперииенталышх спибок найденные сечения подчиняются сладуизш закснс&гервостяы:

i

1. Лра фиксированней анергия пэдакдах частиц ,>CTîr><7oo ,аля всех исследованию: газов-шгеней,

2. При любом i сечения а(( для каадого значения Е возрастают по мере увеличения атомного номера, одноатемных газов и атомных номеров частиц, входящих в состав молекулярных миаеней.

■ 3. Для одной и той eq цишена сеченая ст при всех 1 монотонно убывают с ростом анергии столкновения.

Полученные сечения ( близки по величине соответствующим сечениям потери олектропа: , о1>о , _ c00<s0i • Ьыесте с

те«, как показывают наам расчета, характерные угли

соизмерима по величине с углами а ei°s>>eiî-2'*

Влияние процессов рассеяния частиц без изменения заряда в иише-ки толщиной t на форсированна пучка час тага с зарядом i в процессе (ji) не отражается достаточно ясно функцией j (x;t), т.к. обычно требуется определить оптимальную толцину topt ыиаени, при которой поток частиц через ту или иную область M некоторого поперечного сечения лучка будет максимальным. Пусть для круглого или ленточного пучка область M задана интерзалом [О.х] изменения переменной s (для ленточного пучка ось з перпендикулярна ленте пучка). Введем . функцию Qj, предстазляг-дцу» собой доли -ï^ частиц с зарядои 1, транспортируемых через область М, отнесенную к длине х задавшего интервала:

Qi(2:t) = • . (9)

гдэ функция 7fj определяется соотношением

V (z,t) « Jx-3 U;t)-âx.[ rs-J.dïtbds] (10)

с v о '

для аксиально евзметричного. пучка чаейщ (з етом случае х под

знаком интеграла - текущая радиус в поперечном сечении пучка); для ленточного пучка сомнсаатсль х в годантегральнвх выражениях (10) следует опустить. Значение величины s в равенство (9) мозет бать произвольна«} и устанавливается исходя из условий и требований ков-з:р0"л;1л. исследований процессов формирования или технических. прнне-нений пучков частиц. Однако, в ебцеы случае,;в качестве s должна выступать полукирпна распределения3s(t—Ю) ка половине вцеоаы, величина стандартного отклсаг>нмя (корень квадратный из дисперсии) этого распределения либо полукирнна области распределения пучка,

в которой сосредоточено, калрпшр, 50," потока частиц. Занесла», что иногда целесообразно рваематргго&ть лйгъ дмп Q^ (t}=£( ■t¡i.

Выражение (9) позволяет взлета величину top" для произвольных частиц и действу:процессов, т.к. входяпме в него функции Ф,(t), W^xítJiO,' а футасцнл (?.;t), по крайней' нерэ формально, монотонно стречатся к пули при t —»» для всех 2, что обусловливает наличие максимууз у фушэди Q((x;t) по п?реме:шоЗ t при фиксированной х. Легко показать, ■ что для процесса (10) нейтрализации ионов Н" положение паксхыуыа Q"a*(tept) функции (9) для либых х будет удовлетворять услевк» topt<t"""'. Величину О*"* исзшо назвать проетранствегаю-угдсвоЗ е-И^ктишоотья (ПУЭ) процесса (ji) в данных геометрических уелекгя* форяаровашя исходного пучка частиц.

Чтобы яраьг-шгтрфоаать влгаззе процэссоз (Tí), (00) на формирование пучка атсчов водорода вря я&трм&зеуяа исков К" в газовых мииеиях, :íi pie.i вокзэапг еуспегжеэталыше звглегиоети долей í>„(t), . t) и прсизвздеття Q„(t)~í от телташ t

О О О. f> ООО,

СО -ыиаек:! при - 10.4 В отч-- постоянного для дакноЗ кгергин 3 предела пнгегриро^ЕНия х в Сярчуле (10) бралось среднее (по геем :: их тсстг-пкч) гпачекг^ паяугэззза на полугк-соте намеренных рзспрэдгсккЗ, поскольку &?з характеристика слабо зависит С7 тедгянн (в ;:сследйя^:исы дзетазезэ t) л сорта у±?енл. Бесконечно пр-едьл-.г кигагпароазшд во втором интеграле формулы (10)

были зьиокс-кы величине" х , которая соответствует полуширине ПУ? на .уровне 0.1 от его высоты и которая рзссчитквздаеъ как среднее значение» аналогично (необходимость такс" замены

пределов кнтеграровакял про.~Г::тсвгна' тгм, что с-кжсрвдентадъкке НУ? йсоледовзлясь в таалаэозе дгг • , 5' ?«тадака измерений ве позволял;» лайтя велгчтгчу указанного интеграла другим способом) -

Поведение 5<уЕвдга ??0 я 0 , ззроялласгр'^о^йияев jtío.4, является об-днн для всех изучавгжея птяяч^й пчерпст генов К",

С ростом t ВбЛНЭЛ t*" ДОЛЯ 'tv. ПОТ'С'П , CTCVCTí ОбЛ^-ГЬ

поперечного сечеткя пучка, зяд.г-ппуп уггс-.ис:? , су^вег'г.Тб'

падввт' (оЯкчно se 10+15!?), что сЗуагмлспэ ттту5И»?""т

СИ)-, (ООЬг^сееяпяя. В рэрулътЬг) гргстрзпетрр^о-угловяя эффективность o^-(f^) F?.*íTrar?rrr*-T гегл*? ГГ '{для зтг 'и гесиеття-чеекза уедоей яг-сэр^нтэдго г"*сп?рзнея?л) э ерэдзеу црявяязательпо s 1.5 роза шг г, лооттттпетс.*: tjt^í таг^ях t""1, тготорш не

10+меньше г"""1. Найденные значения О*** к отношения гор4-/г""> для шпеней Н3, Оа, СО,, и Е=1.67-» ;5 МеВ помещены в табл.5 в приводятся с погрешностью 7Й и 10£ соответственно.

Пространственно-угловая е>ффект1шность нейтрализации конов Н" в Н -мишени систематически припаивает более высокие значения, нежели в других исследованных нами ыишенях. В случае молекулярных шшеней Н2, 0г и С0а, для которые в отличие от других мииеней проведены измерения ПУР атомов Нв вблизи , величина па

10+15Й больие О—(02,С02). что превышает итоговую погрешность относительных измерений, оцениваемую в 105.

Таким образом, по результата« и в условиях выполненных измерений миаень ез молекулярного водорода является наилучшей из числа 1!ос ов шжш: .

ЕТЛс1ег.еу, г.и.

« 10 I. 10й от

Рне.4. Зависимость фуюцщЗ Ф , ЕГ, с от тодвган СО -кнгевв

оос г

для иоеов К" с мзергвеа Е=Ю.4 Ыэв

Пукктгрзая прямая - асимптота функция пр» г —»0. Стрелочки указывают на ыекаагалыше значения функция Ф0 г С0. досгггаезйо при толщинах г"* и соответственно.

л24

Таблица 4

2::спарк«ептэльше сеченая рзссеякия состриг частгщ водорода в газах баз изменения заряда (в ед.Ю"'0 см2)

Таблица 3

Зясперлыентэльша значения ЮТ 0™°* и отеозашш +ор*/гп,аи для рсцессп нейтрализации ::сксз Н" с энергией £=¡1.15-15 1!эВ з газах

Величины гор'/ьяах приводятся з круглых скобкаг под соствет-таунакм значением Значения для хсоторцг не указаны

еличины отновзний ■ получены по формуле

„и*"*)-Я ^—»0), где годзина шпени й, как правило, отвечала егсму' однократных столкновений. •

. ■ Мишень

МэВ Не А1* ЙГ Ге йа °2 СОа

1.15 0.356 0.314 0.317

1.67 ' 0.335 0.318 0.329 0.305. 0.331 (0.843) 0.326 0.232 (0.839)

5.15 о о го^о ^ го

7.00 0.293 (0.769)

10.40 0.390 0.354 0.395' (0.991) 0.333 (0.390) 0.343 (0.877)

15.00 0.339 0.352 (0.918)

Вторая, таэрз-дгашга:» -ъг&гъ дасоертадя посзаденз расчету диф-Серекцигльных к подшг оеченгй рассеяния ч&сг^ц водорода s процессах (1),(2),(4-о) на атохарешд к молекулярных шашшх, разработке соответствуют« моделей и подходов. Расчеты выполнена в. замкнутом двухчастичном борцовском приближении. Все полные сзчения'вычисля-•лнсь пря«:лл интегрированием дайерекцззапькых сгчекиЯ рассеяния.

Излагаются базовая теория, раэрсботапккз апсорси (с использованием кодэяьиах па-генцяаяав) прябялааяая для расчета дифференциальных сачекий рассеяния честиц па тоседых атомарных мгпсеиях, а' тьг^е - на двухатасгнх молекулах и молекулах с бсльпиы електрдас-r:;:;,i дипольша: мсмен-гсм. В расчетах сечений рассеяния учитывались "даюмачвскае" е$фг/.тк хяахиззойехгхя чзсг-гд, проявляиэшся при понагонни скорости соударения. до значений, 'сраагвшых со'скоростями орбитальных сдект^сноз ста."сша1сщ:гся чэетуц, «.связанные с двоением влектропов по орбита«' к взаимной поляризацией влектрокнах оболочек частиц. •

В четверге" глпге дано пзлсгекие .основных концепций современной " теории рассеяния Кете и построегегаго с ее помоцью земкнутого варианта борновского приближения (базовая теория). Показано, как трансформируется базовая теория при расширении диапазона скоростей столкновений'до релятявасгских значегцй.

. Серьезное ькысшо удзлеко snöopy полковой функция иона К"; в расчетах использовалась Еслнозая функции Чзндрзсвкара. Проведены вычисления ееч&няй к гаргктерзнх углов для всех изучавших теоретически процессов расссязпя честкц водорода но Н- к Нэ-мизенях.

Точные (в етислэ списания-мазена и выполнения критериев Бора

справедливости борноаского приближения) значения найденных сечений

и углов изучаемых процессов для Н- и Не-мипоаей собраны в табл. 6-9

(использовалось обозначение о" = а', a характер-< оо оо > ■ оо оо

ный угод определялся для суммц дифференциальных сечений

процессов (ОО)-еоударешя, в которых атом, водорода оказывался в конечных состояниях nl=te, 2s п.гр^).

■ Характерные углы и сечения изменяются в зависимости от .анергии налэтахщиз частиц при Е>1 1'эВ следаицку образом (здесь и далаз величины, отмеченные индексом с, относятся к процессу (70)+(11))г

е* efQCn «Е-1/3; e,iTi « " а,, о «Г1; е-- re-,e

J/2* 1/2 ' 1/8 ' Z 00 * 11

(см. также рис.2).

Сечошгя рзсеепнял частиц водорода в Н-ижееяя с отршзса электронов п без изиенешш заряда (в ед.Ю"18 сия )

■ £. [НвВ ffoc gll.i 00 О«2" 00 д( 2Р) 00

0.1 ! 389 71.7 57.2 3.47 11.1 82.3 320

0.15 278 49.4 38.1 2.42 8.82 68.5 237

! 0.2 215 37.7. 28.6 1.85 7.22 ■ 59.8 191

I 0.3 148 25.6 19.1 1.25 5.25 48.9 139

I 0.4 113 19.4 14.3 0.940 4.11 41.8 111

! 0.6 76.5 13.0 9.53 0.629 2.86 33.1 79.8

I 0.71 65.0 11.0 6.05 0.532 2.45 29.а 69.6

! 0.8 57.8 .9.81 7.15 0.472 2.19 27.7 63.04

1 46.5 7.87 5.72 0.378 1.77 23.9 52.40

1.15 40.5 6.85 4.97 0.329 1.55 21.8 46.64

1.67 ! 28.0 4.74 3.42 0.227 1.08 16.9 34. оа

Î 2 23.5 3.96 2.86 0.189 0.910 14.9 29.25

! 3 15.7 2.64 1.91 0.126 0.612 11.1 20.69

9.43 ■ 1.59 1.14 0.0756 0.369 7.53 13.31 I

I 6.9 6.84 1.15 0.829 0.0548 0.263 5.86 10.05

j 10.4 Í 4.54 0.765 0.550 0.0364 0.179 4.23 7.02

! 14.9 3.17 0.534 0.384 0.0254 0.125 3.17 5.11

; 20 2.36 0.286 0.0189 0.033 2.4Й 3-94 !

габлща 7

(углу приводятся в ед. Ю~6 рад)

gagt'Wrti.'jr. .«HLUA Е, ЫэВ 1' a¡coj 1 /s öt/s

0.1 1 124.3 285 .а 41.43 '66.75 !

0.15 92.04 169.4 30.33 44.75 î

0.2 76.03 , 133.6 24.H 33.06 j

0.3 59.26 102.0 17.33 22.52

0.4 50.17 85.9 13.61 16.92

0.6 40.05 . '68.4-. 9.59 11.30

0.71 36.57 62.4 8.26 9.55

I 0.8 ! 34.30 58.6 7.43 8.48

I 1 30.47 52.1 ó.07 6.79

1.15 28.32 43.3 5.35 5.91

1.67 23.33 39.8 3.78 4.07

I 2 21.26 36.3 3.19 3.40

i • ■> 17.23 29.5 2.17 2.27

13.34 22.8 1.33 1.36

6.9 11.34 19.4 0.966 0.986

, 10.4 9.23 15.8 0.646 0.654

14.9 • 7.70 13.2 0.452 0.457 {

1 20 "в-*?

Полные сечения раесеяншг частиц водорода в гелик с отрывок электронов н без изменения заряде (в ед.Ю"18 см2)

! Е, I ЫвВ °оо 00 асг.) □ 0 0(2р) 00

I 0.1 I 304 105 97.9 2.48 4.05 91-8 222 I

I 0.15 250 71.9 65.7 2.04 4.23 61.7 168 |

0.2 I 202 54.8 49.1 1.68 4.00 47.0 136

0.3 ! 147 37.4 32.9 1.21 3.39 33.1 99.7

0.4 115 28.4 24.6 0.935 2.87 26.2 79.8 1

I 0.6 80.5 19.3 16.5 0.639 2.17 19.5 58.0 р

0.71 68.9 16.4 14.0 0.543 1.90 17.4 .50.6 В

0.8 61.8 14.6 12.4 0.484 1.73 16.0 46.0 8

1 50.5 11.8 9.89 0.389 1.44 13.8 38.4 0

1 1.15 44.0 10.2 8.-57 0.339 1.28 12.5 34.3 1

| 1.67 30.7 7.04 5.89 0.2~5 0.916 9.72 25.2 |

; —- С 26.0 5.91 4.94 0.196 0.775 8.60 21.6

! з 17.4 3.94 3.28 0.131 0.531 6.51 15.4

I з 10.7 2.39 1.99 0.079 0.325 4.54 9.91 |

I 6.9 7.67 1.72 1.43 0.057 0.238 3.58 7.50 6

10.4 5.Ю 1.15 0.946 0.038 0.159 2.63 5.25 |

Lxw 3.60 0.786 0.648 0.027 0.112 1.99 3.83 1

Тейгэда 9

зрзктеркиэ угла расс&кккя часгдц водорода в гелю: (в ед. Ю'£ рад)

МэЗ

в"

283 177 131 89.9 70.7 - 52.2 46.7 42.9

37.1 .,34.0

27.2

19»б 14.9 12.6 10.2 8.47

е<оо> е{11> 1

490 41.9 172 |

400 ' 47.0 115 I

345 • 41.6 .85.9 |

285 32.5 57.4 I

245- 26.6 43.0 |

200 19.6 28.7 - I

185 17.2 24.2 !

176 15.7 21.5 |

. 156 ' 13.1 17.2 1

~147 ■ 11.7 14.9 !

122 8.51 10.3 1

111 7.31 8.66 р

91.0 " 5.10 5.75

71.0 3.20 3.50

€0.0 2.39 2.54 |

49.3 1.53 1.65 1

41.0 1.1^ ■1 . 1*^

Найденные сечения (для Н-н:плени - с учетом пранкла одватязяос-ти) хорошо согласуются с експериыептальшша данныин кз табл.1 в 4»

В пятой глава построена модель расчета дифференциальных сечений ассеяния атомарных частиц А на двухатомных молекулах ВС: на ооно-е общей формулы теории возмущений для дифференциального сечения, ыведенной в первом борновском приближении без учета релятивиот-ких поправок, найдено Еыраяение для амплитуды рассеяния при спользовании потенциальной энергии взаимодействия, частиц А и ВС, эятой в кулоновскси виде. Полученное выражение записывается через опм-фзктор чзстицы А и через вновь введенный форм-фактор частицы (ш С) в молекуле ВС, что соответствует формализму теории стол-новений Бете. Проведены вычисления сечений и характерных углов ассеяния частиц водородз Н", Я°(1з), Н* с энергией &Ю.Н20 Мв8 а Н,-мшени в столкновениях (1),(2),(4-6).

Показано, что плоская волна, которая описывает налетающую астицу, рассеиваясь на произвольной двухатомной молекуле, создает ложную интерференционную картину. Аргумент (где q - волновой эктор, отвечающий переданному в столкновении импульсу; а р -эктор мегьядерного расстояния молекулы ВС) под знаком тригономет-лческих функций а полученном выражении для амплитуды рассеяния эдобен аргументу в задаче об интерференции электромагнитных волн, г двух когерентных источников. Вектор р играет роль расстояния гаду источниками, а волновое число д=2яЛ, где 'Х - длина волны, лглктуда интерференции определяется величинами форм-факторов.

Найденное в слитой симметричных молекул (ВС=В2) соотношение для 5ффереициальнсго сечега?я рассеяния било просуммировано по всем эзмоазшм конечным состояния« молекулы 32 я затем усреднено по управлениям вектора р в пространстве.

В настоящей диссертации проведены расчеты характерных углов и ыпшх сечений рассеяния частиц водорода энергией Е=0.1-20 МэВ на 5-молекулах. Для описания Н -мияени использовались форм-факторы 1нга, Вейнбаума и Стюзрта. Результаты расчетов могут бить предъявлены зсдаптотическими вкракениями (с параметрами из табл.10):

у __ V____>

„Е д(00> _ А<»11- оШ). 11 .

I 5 1 /2 - ~ГЛ • * 2" ' = Т ! (11)

^ -, О О—- ~

а а = -У , а~~ = -ЗА , а = о •— . (12) г' ао £ * и В ' 31 И 2 к '

:ззанные параметры имеют такие численные значения, что при под-•ансвкэ в (11), (12) дают величины углов в мкрад, а сечений - з иницзг 10"18 см2, если Е измеряется в ?.!зВ.

Таблица ю

Значения парзиэтров, входящие в еекуптстческла формула (11), (12) для характерных утлоз н сечшсй процессов (7о)+(71), (00). (ТТ), (11), шчислешше для На~1пшенп с поиоцьо форы-факхороа •Ванга, БейкСэуиз и Стюарта. .Величина а дана в ед.Ю'6 ЫеВ. Индекс <ар1 у ковф5ициентов к-^, полученных форм-фактора ВейнСауш, указывает на то. что етн коэффициенты аппроксимируют зависимости ', е$/з> а не отражает их асимптотическое

поведение, которое в области Е=5-20 ЫаЗ не достигается.

Про- Параметр Форм-<^актор

тса Ванга Вейнбаума Стюарта

<10)4 + (11) к. и 28,76 157.0 28.80 152.0 30.01 77.60

(00) ^00 °00 о00(1е) °оо{2а) °со<2Р> 46.5 21.93 13.55 -1.306 7.12 46.6 21.46 13.35 1.262 6.84 52.3 13.77 10.24 0.608 2.92

т °П ю 7.64 90.2 0.76 6.63*р 83.6 0.72 7.64 35.16 0.75

(и) ■ • а 7.72 36.03 5906 7.56*'* 39-82 11360 " 7.72 " 13.48 2663

Показано, что дифференциальные сечения рассеяния частиц (по величине и форме) зависят от ориентации вектора р в . пространстве. Конкретные вычисления выполнена для К -молекул, сшсквавашхся форм-фактором Ванга, и двух стационарна* ориентации вектора р: вектор р параллелен волновому вектору к падьхх^и частиц и перпендикулярен ему. 'Даффертшалыш® сечения рассеяния ¿=йо/&$ в первш и во'втором случае (обозначая ц* через 3 н а такзг соответ-ствукане .функции С (8) =.1(6) -МпЭ сравниваются о д^Фэрелцаалишмп сечениями а фуккщша С , уередййаяаи по ориентации вектора р в пространстве. Будем зд&сь обозначат» характераша угла через 6и, приписцвая и друпза кспояьау&йд! величиной те шы инае введении« вше цифровые индексы в зависимости от ориентации вектора р.

1ля всех изучавшихся процессов рассеяния частиц водорода е гаер-

•"леЯ Е=0.1*20 ИвВ характерные углы . в в 1.05*1.4 pasa меньие

£

гглов в Однако в области углов функция G„(6) для процесса »0 _ 2

) в 1.2+2.0 раза шге функций С^ я Близкие или шзало-ичны& выводы справедякви п для процессов СИ), (00), (11).

Палше сечегшя с , ff2 для процессов (Т0)+(11), (11) и всех «ачешсй внергил Е частиц слабо отличаются от сечения од, хотя (ринципаально такое отличие шеется (как правило, око менее 10$). [ля процесса (00) указанные сечения разлетаются на более чем в .35 раза, а для процесса (11) - не Солее чем в 1.5 раза. Из результатов вычислений следует, что

1. Интерференционная струстура дифференциального еечеккл рассея-кя часта* lio прснэводыкз двухатсмпгх молекулах задается лзшь елгагаоЯ скалярного произведения q-p а не завт-сл? (явным образеи) ? скорости столкновения, пасс взглшодепстоукзи: частиц и кета ассмагрзпэемого процесса згакисдейстау:.

2. Расчеты, вшоляешшо для Н2-?-:г'лгл с кепальзег.-акием форм-акторэ Стгзрта, дает сечегая с^. Cj-, 3oq, , которое наглучвял бразсы (и ерзнпатпш с ссчеяялл: для форм-фз!:?оров Б?л;га и ВгЯнба-.'ft) согласуются с еуг^стзуисзки ькспс'рмлеягальнзаги тгерешчес-

результатам. ,. a яйрбкгерзк& утгн бСедрдатдаг верную шзерге-тчеокую гзкйеиуость.

3. 3 плане фэрацрованлл пуигг* атсясв водорода (в годе нейтра-«эмзм яенев • Н* э газогкх изгезях) с мзкеякальяо eosmchbcJ! ücrncsTiu потока г не'кгтерйй яа:гв;?д сзяаяпсЕ еейамг "слерэ'П'огэ ?чения ггг-гна, п&ходязегся лз гппчятедънеч расотсягагя от истеки, гродменяш претч/удеегаом доле» сблсдоть в которой

(КРорн р молекул нйярпвлени пех-леяд^тг/лярче» вектору к

В»е?эя гл»н0 посвящена рвзрз(5откг лртбджряяя дгптеяьного момеи-! (П.ЧМ) к проведения расчетов ссчстзй процессов (1,2,4-6) для лелей та атомов -лнертшге гяэов, пмютонж кетоляов и молекул лочно-гялоиднше соединения. ПДЦ строится па фупдпчрчте первого ибжтеейия Fojraa в фодо&тзые теория рассеяния Бете. Концепция построения ЩМ звклтрртоя в следупцец. сиечеля "biíbo-топ дорыли для диффвревциагшт сечений расоеяштя частиц на тешдаале Tcsiaca-í&ejwa и дзгатолвпои потенциале. Зятем погтегшпает-, что совместное использование полученных формул п расчетах

дифференциальных сечений рассеяния частиц водорода в изучаемы, процессах на простейшей шшеки из атомарного водорода, для котора существуют "точные" теоретические и (экспериментальные данные приводит к разумным результатам. Это позволяет предаолозить, что ] первом приближении любой атом мишени можно считать бесструктурно; частицей, создащей вокруг себя электрическое поле, которое н; малых расстояниях от ядра атома описывается потенциалом Томаса-Ферда, а на болыглх - дапольным потенциалом. Далее, среднее значение квадрата эффективного дипольного момента атома выражаете!

через сушу средних значений квадратов, расстояний от ядра <г2,;

й 1

отдельных атомных электронов, находящихся в состояниях с квантовыми числам и,1. Благодаря втому задача о рассеянии частиц т аффективное дкполыюм потенциале атома преобразуется 1: задаче с рассеянии на отдельных алектронзх атома,- казгдай из которых представлен в задаче единственный параметром <г2,>. И наконец, г

Я ]

расчет включаются динамические эффекты для атома юшеиег:

- для каздого атомного олектрока вводится поправка к величине <г2,>, связанная с учетом соотношения мезду средней скоростью V ,

Г> 1 Л 1

орбитального двикенкя електрона и скоростью V столкновения:

- вводится поправка на величину вычисляемых еечекий рассеяния, учитнваюдая обсув подяраз&цаы едектрониой оболочки етсма кетеш в поле падаэдей'часткщг; наводимый вследствие пеляризащш ьлеетри-ческий дкполышЯ момент атома равен по величине ер. В ДШ ьто интерпретируется как увеличение аффективного расстояния взаимодействия стаиккващкхся частиц на величину р.

В релятивистском варнавте разработанного приближения дклсльного ыоыекта выстелены характерные углы'и полные сечекня рассеяния частиц водорода в процессе ПО)+Пч> атомах инертакх газов Не, Ке, Ar.Zr.Xe к щелочных металлов 1Д,1<а»л,?,Ь, в гак^а ка молекулах иелочзо-гагекданх еоэдиаешД В расчетах, ^о-

мяпутпх поазьдшои, поправка на ьд^ктровез ■ молекулы • йс

вгокьязсь, а крк'иведйкгс поправка яа подйрязыиа цредаолйгалось, что еушз обэбценякх елл ое^клвягсреБ ¿а ма возик-л24 коиечшдг состояния«). иотщухи 50, Екчиследас коуорзй кеаСдод;.-^ прг шпале формулы для р, равна сул-^о агс-ьаи^: вамеров ДйЬДггескаг

елемзнтов В 2 С, ьхоДй^й: ь ее сост^х.. Ааьлйзхже рзечегы хагоз--нада для процесса (СО) расбеякия агссисс водорода К°( па всех

перечисленных вниз атомарных шшепях (но без внесения поправки на поляризацию атсма-митени в поле нзлегавдей электрически нейтральной частицы). Расчеты проведены для кирокого набора-значений анергии падающих частиц из диапазона'Е--0.03+10000 МэВ. Для иллюстрации на рис.5 представлены результаты, полученные для сечений о£ потер! электронов ионами Н" в Ке, Аг и Хо, в сравнении с им е ведали с л екслерименталъными данными настоящей диссертации и других работ.

Полученные результаты позволяют сделать следующие вывода: 1. Характерные углы ®' при Е<100 МэЗ не зависят от типа

шатена а изменяются по одному и тону закону Е"1У3. Вычисленные углы в 2 раза больше характерных углов из табл.2, восстановленных по экспериментальным ПУ? атомов водорода, полученным в ленточной геометрии пучкз частиц для процесса (То).

Cress section, J0"la cm2

0.01; 0.1 1 10 100 1000 - €, MeV

Рпс.5. Сачеютх потеря эяакгрозев попал! Н" з процесса (70)+(И) вззздод§2стопл с иязешаш аз Яо, Аг, Хо Сплошные кривые - результаты расчета сечений з ЦЦМ. Точки - экспериментальные даййыа.

2. В области вяергии оч несколько: сотен кэВ до в 100 КаВ, определяемой такие тзгпш процесса и вддса: ишзени, сечения а£ и соо изменяются по закону, близкому ГШ^Е*", где Г(Е) - является {в полном логарифдическсы шсатаЗе) касательной прямая к tos или иноЗ функций С(Е) в точка наибольшего павиана последаейг 0сл<1 и п различно для разша процессов. С увежчешеы атегцпого нсыэра химических алементов, вдодяцих в оостсз атешржк iusi &олекуляршх шшенеЯ, показатедв степени а скетеметачеока уменьшается. îîjst Е>100 МэВ зависимость сечений обоих процессов от вкергии с реетш Е постепенно ослабевает а при роллтивиетскш скоростям соударения (когда V—»с) da/dE—>0, однако ссютнозеная ыеэду сечениявд рассояния частиц водорода в однсы и тем гэ процессе взаимодействия, но в разлнчша иишешгя, содразшотся.

Кривы.-», сшшавде поведение сечеюЯ <?£(Е), ыгагслешшз в ПОЛ для шэеяеа из атемез кяергниь газов с Z&18, пересекает соответ-ствувеие оксперииентельше кривые при Е=10+20 -МэВ и убывают с ростом Е всегда несколько быстрее ехппе^кменталышх.

3. Сечения о£ взаимодействуя ионов К" со щелочно-галонднкш молекулами оказались нпга сечешй ос расоояния на атомах соответствую-ш целочннд металлов. Причина в тем, что оффекпшннй деяольшй ыоиент атомов всегда мае постоянного (среднего по времена) ддподымго пошита соотезтстйужэдх молекул, величина которого (без какого-либо учете вклада хшутреших оболочек атешоз тд скула) и закладывалась в расчет.

Рассмотрена форл&яьнйя задача о роесекни^ ионов К" в процессе (Î0H(Î1) из диполе ü, которкЗ строго ориентирован либо вдаль вектора 1:А, либо в косогором перпендикулярном вектору К направлеюси Вцчисление сучений рассеяния ка диполе, поло^енае которого зафиксировало вдоль лхбого иного направления s пространстве, сводится к сформулированной ваге задаче. Расчета, характерна углов и полных сечений рассеяния вкпеянязааъ в ШШ без учета длньшчесюа г<1Фек-тов, но с введением релйтгшастскж "попровок.

При пэрзлледызеи расположений векторов к^ и & доф$ер©вциально'е сечение рассеяния чагтзд .Jfp4(j"(§)/dQ будет аксиально сшзл1йтрпчв:-£у к колаколообрззнки, Вели вектор a перпещ^уллрии КА, то дифференциальное сечение J_l=â!7i(£,£)/cl0 з угловнх коордштаи 6,'?, где f - угол ыезду векторол й в плоскостью рассеяния частицы, будет

иметь гантеяеобразнсе распределение

jx(e,P) = . (13)

и которой угловые переменные разделяются. Таким образом, величина характерного угла рассеяния не зависит от р.

В то?j случае, когда вектор а. лекит в плоскости,перпендикулярной <А, и с равной вероятностью принимает любое направление в этой тлоскости, дифферетщиальное сечение, обозначаемое Kait ^(б), полу-1ается усреднением (13) по переменной ?

ЛА(в) = J.JA(6,0) , (14)

го есть приобретает аксиально симметричную, крзтерообрэзную фор/у. Ьлшзе сечения рассеять для обоих случаев, приводядах к дифференциальным сечениям (13), (14), очевидно, равны.

Выбор конкретной мивет влияет только . на абсолютную величину ¡ечений с?", <7Х и в малой степени на величину соотношения а11/а1 :ечений, взятых для одной и той а» »ливени.

Практически во всен диапазоне виергаи Е=-0.03*40 1'вВ ионов Н" и процесса (10)+(11) характерные углы д^у.,=32.5-Е~1/2 (где, по-грегззсму, Е измеряется в ИаВ, a S - з ыкрад) и совпадают с анало-■ичныин углгт/и для гаотичеа": ориентированных в пространстве ¡клольных игле кул, а а области Ез'О МеЗ «1.17-Е"1, то есть

к с ростом Е сто различие увеличивается.

Для. еече!--£й процесса (lO)-f(ll) имеем приближенное соотношение jj/a^si.85*iO'3-E"0,7n, то есть и с роете« Е различие мезду

Т10!И сечениями такке возрастает.

Анализируя пути вксгзримгигального обнаружения и практического

еподьзованкя эффекта изменения дифференциального сечения рзссея-

;:д частиц, возникающего' гг.;;. изменении ориентации лектора дилоль-

ого момента "частицы ютени в пространстве, замета,!, что данный

55ект при Е<1 ЫоЗ будет существенно затуигЕываться за счет появ-

экая дополнительного дикслькох'о мсчекга кккеня, наведенного в

оде ка летящего иска. ' Обнаружение о го го oij-екта наиболее л^эстым

Срезом монет Сыть осуществлено по увеличении • сечения tJ£ стриза

дейтронов от ионов It" при переходе к шщега:, з которой век.-оры

пгального мсмента частиц перпендикуляр!«! вектору 1; -. Выполнение и л

i неравенство делает, no-r^-wowy, ноцеле сообрззныы кедоль-

1ванне «ипекей с ориентацией вектора <1 вдоль оси пучка ионов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1, В настоящей работе для, атомарных (Не.Аг.КгДе.К) и молекулярш (Б2,02,С02,С2Н2) шшеней выполнены систематические измерения:

- зарядовых распределений частиц водорода, 'формирующихся в процес сак потери электронов иснами Н* и. атомами Н°(1к) с энерпк Е = 1.67, 5, 6.9, 10.4, 14.9 ЫеВ, и, кок следствие, - измерено* •сечений с-о, а^ , ао; и еф^екгиьностей нейтрализации ионов Н~;

- сечений образования атомов водорода в 2в- и 2р-состояниях в ход потери электрона ионами Н" с анергией Е=1.15, 5, 6.9, 10.4 МэБ учетом результатов экспериментального изучения поляризации и клан товых биений интенсивности I -излучения быстры?, атомов водорода

а л

возникающего при попадании атомов Н (2в) в електрическое поле; ^сечений рассеяния ионов Н*,' Н" и атомов Н°(1з) с энергае: Е=0.71, 1.15 и 1.67-ЫэВ без изменения заряда;

- пространственно-угловых распределений атомов водорода для про цесса отрыва электрона от конов Н" с. Е=0.6+15 МэВ в режиме одно кратких и многократных столкновений, что позволило восстановит; значения характерных углов для соответствувдего дифференциально« сечения рассеяния, оценить 'пространственно-угловую &ф£ективност1 ГГ/Э процесса нейтрализации ионов Н" и то влияние, которое оказцва-зот на величину ПУЭ столкновения (11)-и (00)-типа.

2. Указанные екепериментальнне. исследования стали возыозяшя благодаря созданию в ШЭ&Я уникального измерительного комплекс* (с угловым разревеккеи 5 мкрзд) и теоретическому сбсскогакпк автором новых, шеюшг самостоятельное' научное значение, методов:

- определения зарядового состава пучка частиц, базирующегося на методике измерения щюстранствекнс--угл662гз распределений ПУ? частиц с помесью електрпческих дефлекторов}

- восстановления Ди'ферет^гальних сечений рас сеяния частиц из г-огопержгктальных дзкнш о ЯУР ленточных пучков частиц;

- опрс-делолй:л еечекгй <г ' рассеяния частиц по измеренная ШТ.

7. Нл замкнутого заркснта двухчастичного борнозского прибда-п:с:г?г: (бег введения т^асп-хяСо допслнителышх упроз^с^а. предаоло-еоздгаш сяедукадас- теоретические модели:

- '»ст.рээтета ди'фер^.гциальннх сечений рассеяния атомов и азш-нпх пспзв произвольных двухатомных молекулах;

Л36

■ иодель расчета диф$ёренциальных сечений рассеяния атомов и атом-ых ионов на дипольном потенциале' и потенциале Томаса-Ферми. На основе моделей рассеяния частиц на дипольном" потенциале и отенциэле Томаса-Ферми разрзботано приближение дипольного момента позволяющее проводить вычисления для атомов любых химических лементов), в котором приближенным образом учитываются движение лектропов в частице ыишени и поляризация ее электронной оболочки поле налетающего иона.

. В интервале анергии падзюцих частиц Е=0.03+10000 МэВ для шше-еЯ из молекул щелочно-галоидных соединений, атомов инертных газов щелочных металлов проведены расчеты дифференциальных и полных ечений, а также, характерных углов рассеяния частиц водорода • в роцессах (Т0)+(11},(00). Аналогичные расчеты выполнены в области =0.1+20 МаВ для Н -мишени и процессов (Т0)+(Т1),'(00),(ТТ),(11). . В работе обнаружены следующие эффекты:

- установленный в борновокоы приближении без каких-либо допол-;!тельных предположений эффект возникновения интерференционной груктуры в функциональной зависшости дифференциального сечения 1{в)/&0 от 0 при рассеянии произвольных налетающих атомов или-гомных ионов на произвольной двухатомной молекуле и связанную с сим эффектом зависимость величины и форты дифференциального сече-1Я рассеяния как функции угла в от• положения меасьядерной оси >лекулы мишени относительно вектора скорости падающих частиц (для гектронов, нейтронов или др. элементарных частиц и при выполнении жоторых ограничивающих условий еффект рассматривается в литера-гре; для водородоподобных налетающих частиц а М3~тшет эффект и теоретически установлен Мейерхофом с сотр.);

- еффект резкого (на 2-Э' порядка и более) уменьшения характер-га углов и полных сечений рассеяния атомов и. атомных конов на ютицах "'мишени,, поле которых описывается полем стационарного 1актрического диполя, при изменении угла <* между вектором диполя вектором скорости налетающих чаеткц с а=я/2 на ог=0 (в диссерта-и оф$ект обоснован в борновском приближении без введения допол-:тельных упрощающих предположений);

- превышение сечений с-о(2з) над сечениями <Г-о(2р), наблюдающе-я для всех йсследс^авшихся мишеней в интервале Е=1+11 МэВ;

- существенное влияние процессов рассеяния без изменения заряда

на формирование узконаправлекных пучков частиц;

- слабая зависимость характерных углов рассеяние частиц водорода в процессах (10), (00) от вида мишени при одинаковом функциональном поведении отих углов в асимптотической области значения анергии столкновения в^®1 « Е"0-в.

6. Н -юшень является Солее предпочтительной, чем другие изучавшиеся атомарные и молекулярные мгаешц если выбор мисени осуществлять из условия формирования пучка атомов водорода (при нейтрализации ионов Н") с максимальной долей потока атомов через некотарук центральную зону поперечного сечения пучка.

7. Результаты проведенных. исследований позволяют предположить, чтс соотношения ыезду сечениями (например,'С| /а , с-о/соо и др.) будут с определенной закономерностью (но мало но величине) иаме-няться в пределах некоторой группы ыивеней одного типа (с теми или иньш отличительными для данной группы признаками) и скачкообразно - при переходе от одной группы швеней к другой. Примером служит скачкообразное изменение отношения ПРИ переходе от газовых мишеней к плазменным. Того з:е можно ожидать при переходе к аморфным или монокристадлическим тонкопленочным мишеням.

В плане создания более совершенных нейтрализаторов ионов Н", а также конверторов ионов Н" в протоны, рядом , эксплуатационных, а возможно, и Сиаг,:;о-техлкчос кил преимуществ могли бы обладать тонкопленочные и,в частности, ыонокриеталличеекке' мишени. В работе была предпринята попытка обнаружения атомов водорода, образующихся из ионов К" с внергией 10.3 ЫоВ при каналированш в монокристалле кремния толяшной 0.91 мил вдоль оси < 111 >, в плоскостям (НО), (112) и при движении частиц в неориентированном направлении Найдено, что доля а'томов водорода после прохождения пленки не зависит от типа исходных ионов (К* или Н"), кристаллографического направления и во всякой случае не превышает 10"4 от всего потока частиц, что является пределом чувствительности установки. Исходя из величин сечений, измеренных и вычисленных.в настоящей диссертации дам газообразных иксеней. легко сделать оценку -толщины пленочных мишеней, никз которой велика вероятность получения Н-атомов из ионов Н" с энергией а 10 МеВ в количестве, превыаанкем уровень Ф0-Ю'4; сна должна быть, по крайней мере, меньше 0.1 мкм.

Оснознсо сокергкз» даесорсаша спуолпкозаяо в сладуык ргботэх

1. Радченко В.И. Рассеяние ионов и атомов водорода с энергией :<1 НэЬ в газах бе- изменения заряда // КЭТФ. 1993. Т. 103, еш.1.

40-49.

2. Радченко В.И. Рассепше быстрых частиц водорода в газообрзз-ии средах // 2ЭТФ. 1994. Т. 105, еш.4. С.834-852.

3- Радчекко В.И., Ведьманоа Г.Д. Рассеягие ионов л атомов водорода в газах // ¿ЭГФ. 1995. Т.107, вып.1. С.3-19.

4. Радченко В.И., Еедь'мансв Г.Д. ' Образование атомов водорода в 2в- а 2р-состояниях при нейтрализации ионов Н" в газах // КЗГФ. 1995. Т. 107, вш.4. С. 1204-1220.

5. Радченко Б.И. Изучетсэ рассеяния частиц при использовании ггучков ленточного типа // НТО. 1992. Г.62, вш.4. С. 132-138.

6. Радченко В.И. Определение сачешй рассеяния частиц без изме-аения заряда по изизрешки простравствекно-углсЕШ распределениям N 2ТФ. 1993. Г.бЗ, вып.З. С.200-203-

7. Ведьмаков Г.Д., Лззарзв Ю.Г., Радченко В.И. Рассеяние попов гелия с 6Keprr.eS Е=4.5 МэВ п гззах с изменением к без изменения заряда // 1993. Г.63, зкп.4. С.28-33.

8. Радченко В.11. Определение дифференцкалыаа сечепий рассеяния частиц а экспериментах па пучках ленточного типа // КТО. 1994. Г.64, вьл.5. С. 110-115.

9. Измерение утловкх распределений ионов с спершей в несколько иегаэлектрокзсльт, рассеянных на ыалиэ углн / Г.Д.Ведьманов, ЗЛ1.Козлов, В.Н.Кудрявцсз," 2-Г.Лззарев, В.1!.Радченко /I ПТЭ. 1999. Я2. С.47-50.

10. Радченко 3.11., Кудрявцев В.Н. Натекатель гислорода на основе твердого електролита // ПТЭ. 1991. N4. С.208-209.

11. Исследование манометрического преобразователя ШИ-10-2 для абсолвтних измерений давления / С.Т.Барагкин, Г.Д.Ведьманов, Л.ЕЗ.Ггдеяьсин, В.И.Радченко; Урал, политегл. пз-т. Свердловск, 1932. 13' с. Деп. в ВИНИТИ 28.12.82, К6408-62 Деп.

12. Радченко В.И. Рассеяние частиц без изменения заряда / Урзя. толптехн. иа-т. Свердловск, 1939. 12 с. Дел. в ВИНИТИ 06.05-23. 33524-В88.

13. Мзлоугловое сесеекняе быстрых исков К к Не в тонка газсых миаенях / Г.Л.Ведьманов, Ю.Г.Дазаоев. В.И.Радченко, К.о.Хохлов Jj Тезисы совещания "Шклот&ош и its. пиименение". Екатекшбуог. 1995. С.19.

14. Угловые распределения протонов с анергией 10 МэБ пгы некоторых режимах каналаровашя в тонких монокристаллах кремния / Г.Д.Ведьманов, Ю.Г.Лазарев. Л.И.Ккколайчук. В.И.Радченко, Н.А.Хкк-няк // Известия РАН. Сер. Сиз. 1995. Т.59. N'10. С. 141-146.

Подписано в печать IB.C-i.Oo .Sonua? 60x84 I/Id

Бумага тапограпская Плоская-почать 7сл.я. л. 2,32 Тч.-изд.д. 2,22 Tcjai 70 -Заказ 134 Бесплатно

Ро.цаи5!ондо-аздательскп2. отдел 7TU 620CG2, Екатеринбург, Itona, IS Ротадрзят УГТУ. 62СС02, Екатеринбург, Мара, 19