Торможение и потери энергии при столкновениях тяжёлых структурных ионов с молекулами

• Автор: Макаров, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Архангельск
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Обзор методов расчёта

1.1 Поправка Блоха. Потери энергии при столкновениях

1.1.1 Поправка Блоха в методе транспортного сечения

1.1.2 Поправка Блоха в методе Ходырева

1.2 Рассеяние на двух центрах

1.3 Эйкональное приближение

1.4 Торможение быстрых тяжелых высокозарядных структурных ионов при столкновениях со сложными атомами

1.4.1 Общая часть

1.4.2 Расчет эффективного торможения

2 Сечения ионизации при столкновениях с двухатомными молекулами
2.1 Расчёт сечений в методе нейтральных атомов
2.1.1 Расчёты в дипольном подходе
2.1.2 Расчёты в точном подходе
2.1.3 Сравнение дипольного и точого расчётов. Выбор корректных исходных данных в дипольном подходе
2.1.4 Расчёт многократной ионизации
2.2 Расчёт сечений в методе Томаса-Ферми
2.2.1 Расчёт в точном подходе. Сравнение модели Томаса
Ферми, с моделью нейтральных атомов
2.3 Обсуждение результатов

2.4 Релятивистское обобщение

3 Потери энергии при столкновении релятивистских струк-трурных тяжёлых ионов с молекулами
3.1 Потери энергии на молекулярных мишеях в методе нейтральных атомов
3.2 Потери энергии в методе Томаса-Ферми для двухатомных молекул
3.3 Условия применимости подхода. Сравнение моделей нейтрального атома и Томаса - Ферми для двухатомных молекул
4 Формула Бёте-Блоха в малоугловом эйкональном приближении
4.1 Метод расчёта. Поправка Блоха
4.2 Формула Бёте-Блоха
Заключение Приложение I Приложение II Литература

Введение
Актуальность темы исследования. Часто экспериментальные исследования неупругих процессов, сопровождающих столкновения быстрых высокозарядных ионов с различного рода мишенями, проводятся на молекулярных мишенях. В подобных случаях, в отличие от столкновений с атомарными мишенями, в процессы потерь энергии вносят вклад эффекты ориентации молекулы-мишени относительно направления движения снаряда. Для учета влияния на процессы потерь энергии ориентационных молекулярных эффектов развито в первом порядке теории возмущений обобщение теории Бете. Теория возмущений применима, если выполнено неравенство Z|v <С 1, где Z — заряд иона, V — относительная скорость столкновения, здесь и везде ниже используются атомные единицы. При использовании же ионов высоких зарядов 1 теория возмущений неприменима, поскольку даже при ?; 1 часто оказывается, что Z/v
многих экспериментах используются частично ободранные — структурные ионы высоких зарядов и энергий, состоящие из ядра заряда Z и некоторого количества Ар связанных электронов, так что “видимый” заряд иона равен Zp = Z — Ар. Строго говоря, столкновения таких ионов с атомами и молекулами следует рассматривать как столкновение двух сложных систем, при котором происходит одновременное возбуждение электронных оболочек обеих сталкивающихся систем. Сравнительно недавно были проведены измерения сечений многократной ионизации (потеря до 15 электронов) быстрых ионов урана £/
достигает 50 % и более, см., например, [53]). Аналогичный вывод справедлив и для процессов ионизационных потерь энергии. Действительно, эффективное торможение можно оценить как произведение энергии ионизации на сечение ионизации. На двукратную ионизацию приходится примерно в два раза большая энергия, чем на однократную, и если сечение двукратной ионизации в два раза меньше, чем сечение однократной ионизации, то произведение энергии на соответствующее сечение не меняется, аналогично и для ионизации более высокой кратности. Другими словами, вклад многоэлектронных переходов в эффективное торможение оказывается сравнимым по порядку величины с вкладом одноэлектронных возбуждений и ионизации. Ясно, что такие процессы не описываются в рамках теории возмущений. Квантовомеханическое описание подобных непертур-бативных эффектов, сопровождающих столкновения быстрых высокозарядных структурных ионов со сложными нейтральными атомами, было развито в работах [54-56] на основе применимых при и > 1 и тесно связанных между собой приближений внезапных возмущений и эйконала, не требующих малости Я/и по сравнению с единицей.
1.4.1 Общая часть
Пусть в результате столкновения снаряда и мишени электроны атома-мишени переходят из состояния Будем считать, что снаряд и мишень движутся траекториям с относительным параметром удара Ь, тогда
(1.59)