Потери энергии при столкновениях релятивистских структурных тяжёлых ионов

• Автор: Сидоров, Дмитрий Борисович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Архангельск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

1 Методы расчета эффективного торможения голых ионов

1.1 Потери энергии при нерелятивистских столкновениях

1.2 Поправка Блоха

1.3 Релятивистское обобщение поправки Блоха и поправка Мотта

1.4 Релятивистская теория торможения ядра конечных размеров

1.5 Приближения эйконала и его модификации

1.6 Приближение внезапных возмущений

2 Расчёты эффективного торможения структурного иона по теории возмущений

2.1 Теория торможения в первом борновском приближении

2.2 Приближение Бёте

2.3 Адиабатическое приближение равновесного состояния электронов

2.4 Эффективное торможение с учетом процессов захвата и потерь электронов
2.4.1 Нижний предел интегрирования по ц
2.5 Потеря энергии гелиеподобных и водородоподобных частиц:
теория Бёте
2.5.1 Расчет потерь энергии при торможении

2.6 Потеря энергии быстрых снарядов с числом электронов п
2.6.1 Постановка задачи
2.6.2 Описание связанных электронов
2.6.3 Формула торможения
2.6.4 Эффективный заряд
2.7 Результаты
3 Непергурбативная теория торможения. Результаты и расчеты
3.1 Эффективное торможение релятивистских структурных ионов при столкновениях со сложными атомами
3.1.1 Общая часть
3.1.2 Расчет эффективного торможения
3.2 Результаты и расчеты
3.2.1 Движение в среде
Заключение
Литература

Актуальность темы исследования. Частично ободранные ионы высоких зарядов и энергий используются во многих экспериментах, проводимых на ускорителях тяжёлых ионов. Такие ионы состоят из ядра и некоторого количества связанных электронов, частично компенсирующих заряд ядра и образующих электронную «шубу» иона. Известно, что неупругие процессы, сопровождающие столкновения релятивистских ионов достаточно больших зарядов с атомами не могут быть описаны [1, 2] в рамках теории возмущений даже при сколь угодно больших энергиях столкновения. Строго говоря, столкновения таких структурных ионов с атомами следует рассматривать как столкновения двух сложных систем, при которых происходит одновременное возбуждение электронных оболочек обеих сталкивающихся систем. Везде ниже мы будем называть движущийся структурный ион снарядом, а покоящийся атом — мишенью. В настоящее время активизировался интерес к процессам многократных возбуждений электронных оболочек снаряда при столкновениях тяжелых ионов с нейтральными атомами. Например, в работах [3],[4] проведены измерения сечений многократной ионизации (потеря до 15 электронов) быстрых ионов урана при столкновениях с многоэлектронными нейтральными атомами. Измерения показали, что при увеличении степени ионизации на единицу соответствующее сечение убывало менее чем в два раза, и была отмечена необходимость рассчитывать подобные процессы непертурбативными (не предполагающи-

Введено обозначение
2ш,
1^Пп0{я) = ^2 ^Мпп0{я) шппо ) (2.11)
2ттт,
2Ргпто{я) = ^ 2 Ь^^ттоС?)! штто' (2-12)
Пределы интегрирования по q в выражении (2.10) определяются из кинематических характеристик столкновительного процесса. Минимальный переданный импульс считается из условия перпендикулярности начальной и конечной скоростей. Максимальный переданный импульс — из закона сохранения энергии и импульса. Таким образом для тяжелых ионов получим:
__ шпПо + штто ^ _ 2тоег> Гп л
Чтлп 5 Чшах ■ 1^.10^
у п
Выражение (2.10) — первое борновское приближение, применяемое для потери энергии ионов с электронной структурой. Первое слагаемое в правой части выражения (2.10), включающее выражение хРпПо{д), сразу дает нам эффективное торможение иона снаряда, модифицированное электронной структурой мишени. Аналогично, второе слагаемое, содержащие 2Ртт0{ч) дает выражение для потерь энергии в мишени, инициированных электронной структурой снаряда.
2.2 Приближение Бёте
Для получения приближенной формулы эффективного торможения, включающей энергию возбуждения снаряда и мишени, необходимо использовать правило суммирования Бёте для снаряда и мишени [60]:
(2Л4>