Разработка методики и высокоточные измерения полных сечений ионизации атомов инертных газов (Ne, Ar, Kr, Xe) электронами с энергией 140 - 4000 эВ

• Автор: Сорокин, Андрей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 136 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Сечения ионизации атомов инертных газов электронным ударом
1.1.1. Общая характеристика процесса ионизации атома
1.1.2. Эксперименты с одним пучком, в которых измеряется полный
ток ионов; “кажущиеся” сечения
1.1.3. Эксперименты, в которых анализируется зарядовый спектр ионов;
парциальные и полные сечения
1.1.4. Анализ экспериментальных данных для атомов инертных газов
1.2. Краткая характеристика экспериментов по измерению полных сечений фотоионизации атомов инертных газов
1.3. Постановка задачи диссертационной работы
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛНЫХ СЕЧЕНИЙ
ИОНИЗАЦИИ АТОМОВ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ ЭЛЕКТРОНАМИ С ЭНЕРГИЕЙ 140 т 4000 ЭВ
2.1. Принцип работы и общее описание экспериментальной установки для измерения отношений полных сечений ионизации атомов инертных
газов электронами и фотонами
2.2. Характеристика источника синхротронного излучения
2.3. Работа отдельных элементов установки и анализ источников ошибок
2.3.1. Измерение тока электронов
2.3.2. Измерение числа фотонов
2.3.3. Измерение выхода ионов
2.3.4. Влияние рассеянного света и излучения в высших порядках
дифракции решётки монохроматора
2.4. Процедура измерений и погрешности результатов измерений
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Атом неона
3.1.1. Компиляция литературных данных по полным
сечениям фотоионизации атома неона
3.1.2. Результаты измерений отношений сечений и
полные сечения ионизации атома неона электронным ударом
3.2. Результаты измерений отношений сечений и полные сечения
ионизации атомов аргона, криптона и ксенона электронным ударом
3.3. Сравнение с экспериментальными данными других авторов
3.4. Сравнение с теорией
3.4.1. Краткий комментарий к теоретическим работам
3.4.2. О соотношении экспериментальных и теоретических сечений ионизации атомов неона, аргона, криптона и ксенона электронным ударом
3.4.3. Выводы
3.5. Фотоионизационный квантометр для синхротронного излучения как
абсолютный детектор в ВУФ и МР областях спектра
3.5.1. Современные методы фотометрии синхротронного
излучения в ВУФ и МР областях спектра
3.5.2. Некоторые свойства и возможные применения фотоионизационного
квантометра для синхротронного излучения
ПРИЛОЖЕНИЕ. ТАБЛИЦЫ ДАННЫХ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Настоящая диссертационная работа посвящена созданию новой экспериментальной методики определения с высокой точностью полных сечений ионизации атомов инертных газов электронным ударом. Работа носит метрологический характер и представляет собой новый этап в измерении фундаментальных физических констант.
Ионизация атомов электронным ударом является одним из фундаментальных процессов в атомной физике и интенсивно исследуется на протяжении 60 лет [1-4]. К настоящему времени атомы инертных газов, для которых сечения ионизации (полные, парциальные и “кажущиеся”) измерены в достаточно широком диапазоне энергий столкновений, являются наиболее исследуемыми объектами. С одной стороны это объясняется их относительно простыми физико-химическими свойствами по сравнению с другими атомами, что облегчает проведение экспериментов. С другой стороны интерес к атомам инертных газов обусловлен тем, что экспериментальные данные по сечениям ионизации этих атомов находят широкое практическое применение и существенны для развития теоретических методов расчёта.
С теоретической точки зрения интерес к атомам инертных газов вызван тем, что эти атомы представляют собой наиболее трудный пример многоэлектронной системы в том смысле, что в них отсутствуют факторы, упрощающие модельное рассмотрение взаимодействия (малое число “активных” электронов, наличие слабосвязанных электронов и т.п.). Кроме того, интерес к этим атомам обусловлен тем, что именно для них накоплена наиболее обширная экспериментальная база данных о сечениях ионизации, позволяющая проводить проверку различных теоретических моделей, разрабатываемых для комплексного описания процесса ионизации, в том числе и атомов, для которых экспериментальные данные отсутствуют.
В то же время ионизация многоэлектронных атомов является сложным процессом, в котором проявляются эффекты коллективного электронного взаимодействия. Сложность описания таких процессов, опирающегося на методы

где N - концентрация атомов газа, а ц и /2 - соответственно ионные токи, измеренный с двух последовательно расположенных электродов.
Не вдаваясь в детали каждого конкретного эксперимента, отметим, что при измерении полных сечений фотоионизации использование указанных выше методов позволяет полностью устранить проблемы, присущие экспериментам с электронным пучком, которые напомним были связаны с ионизацией газа вторичными электронами, с абсолютным измерением числа “частиц” (электронов или фотонов) в ионизующем пучке, числа образующихся ионов и эффективного размера области ионизационной камеры, из которой ионы собираются детектором. Более того, благодаря тому, что в обоих методах измерение полных сечений фотоионизации производится при давлениях газа в камере ~1 мм рт. ст., использование прецизионных 11-образных жидкостных манометров и емкостных манометров позволяет измерять концентрацию атомов газа с точностью лучше 1% [63,75], независимо от молекулярного веса газа. Все это в конечном итоге привело к тому, что к началу настоящей работы полные сечения фотоионизации атомов инертных газов (№, Аг, Кг, Хе) были измерены в различных спектральных точках в ВУФ и МР областях спектра с точностью 0.8 з- 3% [65-69, 74, 75].
1.3. Постановка задачи диссертационной работы.
Проведённый в предыдущих параграфах анализ показал, что к моменту, предшествующему началу настоящей работы, для всех атомов инертных газов (Хе, Аг, Кг, Хе) имелись данные по абсолютным полным сечениям ионизации этих атомов электронным ударом, полученные в широком диапазоне энергий столкновений разными экспериментальными группами с декларируемыми точностями измерений от 5 до 15%. В тоже время, вследствие больших расхождений между результатами этих групп, доходивших в ряде случаев до 30% и часто значительно превышавших комбинированные погрешности измерений, было достаточно трудно выделить какой-либо один более надёжный по отношению к другим набор экспериментальных данных. Такая ситуация, когда экспериментальные данные имеют невысокую точность и