Излучение осциллирующих атомов кристаллической решетки, возбужденных каналированной частицей

• Автор: Соседова, Маргарита Александровна
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 101 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Элементы теории каналирования
1.1 Плоскостное каналирование

1.2 Аксиальное каналирование
2 Излучение атомной цепочки, возбужденной каналирован-ной частицей
2.1 Динамика атомов кристаллической решетки
2.2 Излучение возбужденных атомных цепочек
3 Спектр излучения атомной цепочки, возбужденной кана-лированной частицей
3.1 Спектрально-угловое распределение излучения атомной цепочки
ч 3.2 Интегральный спектр излучения цепочки
атомов
4 Когерентное излучение атомов и каналированной частицы
4.1 Трехмерная модель кристаллической решетки
4.2 Суперпозиция с полем каналированной
частицы
5 Излучение цепочки атомов при аксиальном каналировании
5.1 Спектрально-угловое распределение излучения
5.2 Интегральный спектр и угловое распределение излучения
5.3 Круговая поляризация излучения
Заключение

Введение
Ориентационные эффекты, среди которых наиболее известно каналирование ускоренных частиц, в настоящее время представляет собой хорошо развитое направление. Исследования в этой области интенсивно ведутся во многих лабораториях мира. В ходе этих исследований, теория взаимодействия заряженных частиц с веществом была существенно поправлена, также был подтвержден ряд фундаментальных положений физики твердого тела и смежных с ней областей. По проблемам, связанным с ориентационными эффектами, уже опубликовано большое число работ. Систематическое изложение теории каналирования можно найти, например в [1-3].
С помощью эффекта каналирования были разработаны новые методы изучения кристаллического строения твердых тел и некоторых свойств ядер вещества кристалла [4-6]. Используя уникальные свойства эффекта можно определять с высокой точностью координаты атомов примесей и собственных атомов, находящихся между узлами кристаллической решетки, изучать расположение радиационных дефектов, исследовать дефекты в поверхностных и приповерхностных слоях кристаллов и тонких пленках монокристаллов. Эти методы все более широко применяются в различных отраслях пауки и техники: микроэлектронике, физике твердого тела, полупроводниковой технике, ядерной физике и т. д. При ядерных реакциях и возбуждениях рентгеновского излучения используют эффект каналирования, а также изучают колебания атомов кристаллической решетки, влияние тепловых эффектов на излучение, распределение электронной плотности в пространстве между узлами решетки.
Движение заряженных частиц внутри кристалла вдоль каналов, образованных параллельными рядами атомов или плоскостей (каналирование заряженных частиц) было предсказано американскими физиками М. Т. Робинсоном и О. С. Оуэном в 1961 году [7] и экспериментально обнаруже-
но в 1963 - 1965 гг. Первой основополагающей работой, в которой всесторонне исследованы явления, происходящие при каналировании быстрых заряженных частиц считается статья Линдхарда |8]. Более детальное описание истории открытия и исследований теории каналирования приведено, например, в [9-11].
Подробное изложение классической и квантовой теории излучения релятивистских заряженных частиц при плоскостном каналировании можно найти в работах [3, 8, 12-18].
Эффект каналирования заключается в том что, пучок частиц, падающий на кристалл под достаточно малым углом к кристаллографической плоскости или к кристаллографической оси, проникает в кристалл значительно глубже, чем пучок, падающий под большим углом. Двигаясь параллельно кристаллографической плоскости, положительно заряженная частица отклоняется каждым атомом плоскости на небольшой угол, плавно изменяя направление своего движения. Результат выглядит так, как будто частица отталкивается от положительно заряженной плоскости. Продолжая свое движение, частица приближается к другой плоскости и отталкивается от нее. Таким образом, частица движется между двумя плоскостями до тех пор, пока но наткнется на атом примеси или дефект в кристаллической решетке. В результате такого столкновения частица выбивается из канала. Этот эффект называется деканалированием заряженной частицы. [19]. Колебания частицы между атомными плоскостями или атомными цепочками приводят к генерации электромагнитного излучения, которое имеет особые характеристики.
Чтобы наблюдать эффект каналирования необходимо уменьшить до некоторого критического значения угол ацт между направлением влета частицы в канал и направлением распространения по каналу. Чем меньше начальная скорость частицы и период кристалической решетки, чем больше электрический заряд частицы и атомного ядра, тем больше угол

(2.42) принимает вид:
Руі{Хі,І) = <

А^ехр —а
где а - коэффициент затухания. Постоянную составляющую дипольного момента рхі впредь будем игнорировать, поскольку поле излучения пропорционально второй производной по времени от дипольного момента.
2.2 Излучение возбужденных атомных цепочек
Итак, пара возбужденных атомов образует электрический диполь, изменяющийся по гармоническому закону с экспоненциально убывающей амплитудой. Изменяющийся диполь генерирует электромагнитное излучение. Исследуем поле этого излучения.
Электрическое поле излучения г-го дипольного момента определяется формулой [95]:
где единичный вектор п определяется равенством п = г/г, г - вектор, соединяющий диполь с точкой, для которой записан вектор Еі} г — |г|. Чтобы учесть в излучении эффект запаздывания, дипольный момент следует брать в предшествующий момент времени Ь'
Далее считаем, что расстояние от кристалла до наблюдателя много больше размеров кристалла. Тогда вектор п и расстояние г в формуле
(2.44) постоянны и не зависят от х. Зависимость от х следует учесть только в фазе электромагнитной волны, а именно в і!. Обозначим через Д вектор из начала координат в точку наблюдения, а через гр радиус-вектор дипольного момента (см. Рис. 2.2). Вектор г можно записать через векторы
(2.44)
і' = і -