Экспериментальные исследования кулоновского торможения ионов в холодном и ионизованном веществе

• Автор: Голубев, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 288 с. : ил.

1 Кулоновское торможение ионов в веществе

1.1 Теория кулоновского торможения

1.2 Процессы ионизации и рекомбинации при торможении быстрых ионов

1.3 Обзор экспериментальных данных по торможению ионов в веществе

1.3.1 Экспериментальные мишени

1.3.2 Экспериментальные данные по измерению зарядового распределения

1.3.3 Экспериментальные данные по торможению ионов в ионизованном веществе

1.4 Выводы и постановка задачи

2 Экспериментальные исследования кулоновского торможения ионов в холодном веществе

2.1 Обзор экспериментальных методов измерения тормозной способности твёрдого вещества и пробега ионов
2.2 Метод "толстой мишени"для измерения полного пробега и профиля энерговыделения пучка ионов в твердотельной
мишени
2.2.1 Калориметр
2.3 Результаты экспериментальных измерений в твердотельных мишенях нормальной плотности

2.3.1 Тестирование метода "толстой мишени"на пучках протонов
2.3.2 Измерение пробега ионов на циклотроне У — 400М
2.3.3 Измерение пробегов тяжелых ионов на тяжелоионном синхротроне SIS-18, GSI, Дармштадт
2.3.4 Исследование энерговыделения пучка ионов урана
с энергией до 950 МэВ/а.е.м. в твердом веществе
2.4 Результаты экспериментальных измерений в пенных углеродных мишенях
2.4.1 Экспериментальная установка
2.4.2 Результаты экспериментов
2.5 Обсуждение экспериментальных результатов
3 Экспериментальное измерение кулоновского логарифма свободных электронов в водородной плазме
3.1 Описание эксперимента
3.1.1 Ускоритель
3.1.2 Плазменная мишень
3.1.3 Диагностика плазменной мишени
3.2 Диагностика энергетических потерь протонов
3.3 Экспериментальные результаты
3.4 Обсуждение результатов и выводы
4 Диагностика плотности свободных электронов плазмы на основе измерения энергетических потерь протонов
4.1 Методы диагностики плотности свободных электронов в плазме
4.1.1 Лазерные методы диагностики плотности свободных электронов в плазме
4.1.2 Методы, основанные на регистрации излучения плазмы
4.2 Методика определения плотности свободных электронов
на основе измерения энергетических потерь протонов в плазме

4.3 Плазменная мишень на основе КРИС
4.3.1 Измерение давления в плазме капиллярного разряда с пространственным и временным разрешением
4.3.2 Пирометрические измерения температуры плазмы КРИС
4.4 Экспериментальное измерение потерь энергии протонов в плазме КРИС
4.4.1 Измерение тормозных потерь протонов с энергией 3 МэВ в плазме КРИС на начальной части линейного ускорителя ИСТРА
4.5 Определение плотности свободных электронов в плазме КРИС
5 Экспериментальные измерения энергетических потерь и зарядового распределения ионов при взаимодействии с плазмой
5.1 Экспериментальная установка
5.1.1 Ускоритель UNILAC
5.1.2 Диагностика энергетических потерь ионов
5.1.3 Диагностика зарядового распределения пучка ионов
5.2 Экспериментальные результаты
5.2.1 Энергетические потери ионов
5.2.2 Зарядовые распределения пучка тяжёлых ионов
5.3 Торможение ионов с разной исходной величиной заряда
5.4 Обсуждение результатов
6 Экспериментальное исследование взаимодействия протонов с неидеальной плазмой
6.1 Плазменная мишень на основе взрывного генератора
6.2 Экспериментальная установка и результаты измерений
7 Экспериментальное исследование предпрогрева мишени вторичными частицами
7.1 Экспериментальная установка, результаты измерений
7.2 Обсуждение экспериментальных результатов
щие предварительного расчета.
Обобщающее описание процессов, вовлечённых в зарядовый обмен и полуэмпирические формулы, предсказывающие величину равновесного зарядового распределения, представлены в обзоре Виттковера и Бетца (ИЗ).
Наиболее точно описывают равновесное зарядовое распределение пучка ионов после прохождения холодных мишеней полуэмпирические формулы [114], выведенные Бетцем на основе анализа существующих экспериментальных данных.
1 - ехр ( -0.555 (. £-0
2/я
0.5875
(1.16)
где К0 - ядерный заряд иона пучка.
Ширина зарядового распределения, относительно этого среднего значения, описывается как
ДКЕ«0.27/^ . (1.17)
Как видно из соотношения, равновесное зарядовое состояние иона зависит по существу только от величины атомного заряда и скорости налетающего иона. Степень ионизации и концентрация газа мишени не входят в данное соотношение.
Экспериментально показано [81], что энергетические потери тяжёлых ионов в газовых мишенях меньше, чем в твердотельных, при одинаковом значении линейной плотности п/ж, и эта разница достигает 20 % в зависимости от типа иона. Такое отличие может быть объяснено различными равновесными зарядами ионов в твердом веществе и в газе, которое было экспериментально получено в ранних работах [27,74]. Согласно теории Бора-Линдхарда [43], высокая частота столкновений в твердом теле приводит к увеличению скорость ионизации тормозящего иона за счет дополнительной ионизации возбужденных состояний. Так, в эксперименте [115] проводилось измерение сечения ионизации и электронного захвата для ионов углерода с энергией 36 МэВ в твердотельных углеродных и газовых углеводородных мишенях. Было получено, что в твердотельных мишеиях сечение электронного захвата на 20 % меньше