WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

ней тяжелых ионов вообще неизвестны. Вместе с тем В качестве потенциала взаимодействия V (r) в (13) исдля ряда приложений необходимо иметь количественные пользуется кулоновский потенциал вида V (r) =-Z/r, оценки полных сечений перезарядки, не прибегая к численным расчетам уровней энергии и радиальных вол- где Z — эффективный заряд (27) образующегося иона X(q-1)+. Программа позволяет выполнить нормировку новых функций. Указанная цель может быть достигнута с помощью предложенного метода многоканальной нор- на произвольное число каналов, однако для практичемировки и использования водородоподобных волновых ских расчетов, как правило, достаточно учета j < функций для захватываемого электрона. конечных состояний с главными квантовыми числами n.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 24 В.П. Шевелько формулам (9)–(15), (17), (26), (27) с экспериментальными данными и расчетами другими методами приведено на рис. 1–10. На рис. 1–3 приведены вероятности (точнее, величины W()) перезарядки протонов и -частиц на атомах водорода и лития. В случае перезарядки на атомах водорода H(1s) (рис. 1, 2) вычисленные методом многоканальной нормировки вероятности захвата электрона находятся в хорошем согласии с расчетами, выполненными методом сильной связи молекулярных состояний и классическим подходом.

Перераспределение вероятностей захвата электронов из различных оболочек мишени в случае столкновений альфа-частиц с атмами Li приведено на рис. 3 для скоро стей v = 0.8, 1.3 и 2.0 a.e. (1 a.e. 2.2 · 108 cm/s). При = скорости v = 0.8 a.e. преимущественно захватывается Рис. 1. Вычисленные вероятности W () захвата протоном внешний 2s-электрон, при v = 1.3 a.e. вероятности 1s-электрона атома водорода H+ + H(1s) H + H+ во захвата 2s- и 1s-электронов примерно равны, а при сковсе конечные состояния образующегося атома H как функростях v > 2.0 a.e. в основном происходит захват только ции прицельного параметра при относительной скорости внутренних 1s-электронов. Полное сечение перезарядки v = 1 a.e. Пунктир — классический расчет [15], штриховая в реакции He2+ + Li(1s22s), вычисленное по формулам кривая — метод сильной связи молекулярных состояний [16], (9)–(15), (17), (26), (27), хорошо согласуется с экссплошная — метод многоканальной нормировки (настоящая работа).

Рис. 2. То же, что на рис. 1, для столкновений He2+ + H(1s) He+ + H+.

Возможен расчет как полных, так и парциальных (по главному квантовому числу n) вероятностей и сечений, т. е. величин, усредненных по орбитальным l и магнитным m квантовым числам начального и конечного состояний.

В программе CAPTURE ненормированные вероятности одноэлектронной перезарядки W01 в (26) умножаются на фактор 0.295N, где N — число эквивалентных электронов в оболочке мишени, из которой происходит захват, а численный коэффициент 0.295 обеспечивает правильную асимптотику сечения при больших энерРис. 3. Перераспределение вероятностей захвата внешнего 2sгиях [1].

и внутреннего 1s-электронов атома Li(1s22s) при столкновении Сравнение результатов расчета вероятностей и сече- с ионами He2+. Сплошные кривые — захват 2s-электрона, ний перезарядки с помощью программы CAPTURE по точки — захват 1s-электрона, настоящая работа.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. Перезарядка при столкновении тяжелых малозарядных ионов во все состояния образующихся ионов Bi0+ и U3+ соответственно при относительной скорости v = 1 a.e.

На рисунках приведены величины W (), сответствующие подынтегральному выражению в (15) и имеющиe максимум при прицельных параметрах 2.2a0 и 3.8a0, где a0 — боровский радиус. Сами же величины нормированных вероятностей перезарядки W () const при 0 соответственно W( = 0) = 0.87 и 0.для ионов Bi1+ и U4+ и экспоненциально убывают при согласно асимптотическому поведению функций Макдональда (21).

Полные сечения перезарядки однозарядных и четырехзарядных ионов приведены на рис. 5 и 6, а численные значения сечений — в таблице как функции относительной энергии E [keV/u] 25v2 [a.e.], где v — относительная = скорость в атомных единицах. В таблице приведены также значения дефектов резонанса для рассматриваемых реакций перезарядки. Из рис. 5 и 6 видно, что, несмоРис. 4. Вероятности захвата W () внешнего электротря на кулоновский характер взаимодействия сталкивана в столкновениях Bi+ + Bi+(6p2) Bi0+ + Bi2+ и ющихся ионов, сечения перезарядки довольно велики и U4+ +U4+(5 f ) U3+ +U5+ во все конечные состояния обра достигают максимума при энергиях E 10-30 keV/u, = зующихся ионов Bi0+ иU3+ соответственно при относительной т. е. при относительной скорости v 1 a.e.; при этом для скорости v = 1 a.e. Сплошная кривая — для столкновений = ионов висмута, пунктир — для столкновений ионов урана, столкновений X1+ + X1+ X0+ + X2+ максимальные настоящая работа.

сечения m 0.5-3.0 · 10-15 cm2, а для столкновений X4+ + X4+ X3+ + X5+ максимальные значения m 5-8 · 10-16 cm2 соответственно. При энергиях E < 10 keV/u сечения перезарядки резко убывают с ростом дефекта резонанса и существенно зависят от структуры электронных оболочек сталкивающихся ионов.

Рис. 5. Сечения перезарядки тяжелых однозарядных ионов (2) как функции относительной энергии сталкивающихся ионов E, keV/u. 1 —Ba1+ + Ba1+, 2 —U1+ + U1+, 3 —Bi1+ + Bi1+, 4 —Xe1+ + Xe1+, 5 —Cs1+ + Cs1+, настоящая работа.

периментальными данными [17,18] и расчетами других Рис. 6. Сечения перезарядки тяжелых четырехзарядных авторов.

ионов (3) как функции относительной энергии E, keV/u. 1 — На рис. 4 приведены вероятности захвата внешнего U4+ +U0+, 2 —Bi4+ +Bi4+, 3 —Xe4+ +Xe4+, 4 —Pb4+ +Pb4+, электрона при столкновениях Bi1+ + Bi1+ и U4+ + U4+ 5 —U4+ + U4+, настоящая работа.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 26 В.П. Шевелько Вычисленные сечения перезарядки (cm2) при ион-ионных столкновениях (2), (3) как функции относительной энергии E Сталкивающиеся ионы E, keV/u Xe+ + Xe+ Cs+ + Cs+ Ba+ + Ba+ Bi+ + Bi+ U+ + U+ Xe4+ + Xe4+ Pb4+ + Pb4+ Bi4+ + Bi4+ U4+ + U4+ = 11.6 = 19.3 = 4.79 = 9.40 = 5.44 = 13.0 = 26.5 = 12.1 = 19.0.1 3.7-19 6.4-22 3.5-18 2.1-18 2.7-18 8.7-18 4.8-19 1.1-17 1.2-0.2 4.6-18 1.0-20 3.5-17 1.3-17 2.7-17 3.7-17 4.2-18 4.4-17 5.1-0.4 3.4-17 1.5-19 1.9-16 8.0-17 1.5-16 1.1-16 2.1-17 1.3-16 1.2-0.8 1.4-16 2.0-18 6.2-16 2.9-16 5.0-16 2.5-16 6.9-17 2.8-16 5.3-1.0 2.0-16 4.3-18 8.3-16 4.0-16 6.8-16 3.1-16 9.6-17 3.4-16 7.8-2.0 5.0-16 3.6-17 1.6-15 8.8-16 1.4-15 5.1-16 2.2-16 5.3-16 2.0-4.0 9.0-16 1.6-16 2.4-15 1.5-15 2.1-15 6.7-16 4.3-16 6.8-16 3.9-8.0 1.3-15 4.3-16 2.7-15 1.9-15 2.6-15 7.4-16 6.3-16 7.3-16 5.8-10 1.4-15 5.4-16 2.7-15 2.0-15 2.6-15 7.5-16 6.9-16 7.6-16 6.2-20 1.5-15 8.1-16 2.1-15 1.9-15 2.2-15 7.5-16 8.0-16 7.3-16 7.3-40 1.2-15 7.8-16 1.1-15 1.4-15 1.3-15 6.9-16 8.0-16 6.8-16 6.9-80 7.4-16 4.3-16 2.5-16 6.7-16 4.2-16 5.7-16 6.1-16 5.9-16 6.1-Примечание. — дефект резонанса в eV, 3.7-19 означает 3.7 · 10-19.

Сечения перезарядки четырехзарядных ионов (рис. 6) U4+ + U0+ U3+ + U1+, т. е. для ион-ионных и ионвычислены для более широкого диапазона энергий. В от- атомных столкновений практически совпадают (кривые личие от рис. 5, где при расчете сечений учитывался и 5), несмотря на то что мишени имеют разное число только захват внешнего электрона мишени, сечения на электронов. Факт равенства сечений перезарядки в ионрис. 6 вычислены с учетом всех внутренних электронов ионных и ион-атомных столкновениях при больших энермишени, которые дают основной вклад при больших гиях имеет большое значение для понимания процесса энергиях столкновния. Для сравнения приведено так- и следует из теории перезарядки на многоэлектронных же сечение перезарядки на нейтральных атомах урана системах [1,13].

(рис. 6, кривая 1). Как ожидалось, при малых энергиях Более детальное сравнение вычисленных сечений песечение велико ( 1.1 · 10-14 cm2) и почти не зависит от резарядки тяжелых ионов с имеющимися эксперименэнергии столкновения. Это значение хорошо согласуется тальными и теоретическими данными приведено на с принятой оценкой сечения перезарядки многозарядных ионов на нейтральных атомах при малых энергиях столкновения [1] q const = 10-15cm2, (IA/Ry)3/E/q1/2 < 10 keV/u, (29) где IA — потенциал ионизации нейтрального атомамишени; для столкновений U4+ + U0+ U3+ + U1+ оценка (29) дает значение 1.4 · 10-14 cm2.

В рамках предложенного метода сечения перезарядки сильно зависят от дефекта резонанса реакции. При относительно малых энергиях столкновения E < 20 keV/u сечения резко убывают с увеличением (рис. 5, 6):

сечение перезарядки минимально для реакций с максимальным значением (реакции Cs1++Cs1+, Pb4++Pb4+, U4+ + U4+, = 19.3, 26.5 и 19.0 eV соответственно), а сечения реакций с одинаковыми дефектами резонанса примерно равны (кривые 1 и 2 на рис. 5 или кривые и 5 на рис. 6). При больших значениях энергий столкновения сечения перезарядки от практически не зависят и определяются главным образом строением электронных оболочек атома мишени. При энергиях Рис. 7. Сечения перезарядки при столкновениях Xe1+ + Xe1+ E > 1 MeV/u, где преимущественную роль играет закак функции относительной энергии сталкивающихся ионов хват электронов внутренних оболочек мишени, сечения E, keV. Кружки — эксперимент [3], сплошная кривая — наперезарядки для реакций U4+ + U4+ U3+ + U5+ и стоящая работа.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. Перезарядка при столкновении тяжелых малозарядных ионов экспериментом и расчетами, выполненными методом молекулярных орбиталей (рис. 9) и классическим методом (рис. 10). Следует отметить, что в отличие от Рис. 8. Сечения перезарядки при столкновениях Cs1+ + Cs1+ как функции относительной энергии сталкивающихся ионов E, keV/u. Кружки — эксперимент [19], звездочки — эксперимент из работы [3]. 1 — настоящая работа, 2 — расчет методом атомных орбиталей [20].

Рис. 9. Сечения перезарядки при столкновениях Ba1+ + Ba1+ как функции относительной энергии сталкивающихся ионов E, keV/u. Кружки — метод классических траекторий [21], рис. 7–10. На рис. 7, 8 вычисленные сечения для столкносплошная кривая — настоящая работа.

вений Xe1++Xe1+ иCs1++Cs1+ сравниваются с экспериментальными данными из работы [3]. Следует отметить большие величины сечений ион-ионной перезарядки и их квазипостоянный характер при малых энергиях, зарегистрированный в группе проф. Э. Сальцборна в университете в г. Гиссен (ФРГ) для столкновений Cs1+ + Cs1+ (звездочки на рис. 8) и измеренных недавно сечений перезарядки для столкновений Xe4++Xe4+ иBi4++Bi4+.

Такое поведение сечений ион-ионной перезарядки пока не нашло своей физической интерпретации; возможно, оно может быть объяснено наличием в пучке ионов в возбужденных метастабильных состояниях. Оценки сечения перезарядки ионов цезия на возбужденных ионах цезия при энергии E = 0.25 keV/u Cs1+ +[Cs1+(5p56s)] Cs0+ + Cs2+ ( = 7.8eV) дают значение 3.8 · 10-18 cm2, что на несколько порядков больше, чем сечение перезарядки на ионах цезия в основном состоянии при той же энергии (рис. 8) Cs1+ + Cs1+(5p6) Cs0+ + Cs2+ ( = 19.3eV).

Однако этот вопрос требует специального дополнительного исследования и здесь не рассматривается.

Рис. 10. Сечения перезарядки при столкновениях Bi1+ + Bi1+ Сечения перезарядки Ba1+ +Ba1+ и Bi1+ +Bi1+ привекак функции относительной энергии сталкивающихся ионов дены на рис. 9, 10. При энергиях E > 1 keV/u результаты E, keV/u. Кружки — эксперимент [22], сплошная кривая — настоящих расчетов удовлетворительно согласуются с настоящая работа.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 28 В.П. Шевелько работы [21] настоящий метод не позволяет выполнять Список литературы расчеты сечений перезарядки для определенных значе[1] Пресняков Л.П., Шевелько В.П., Янев Р.К. // Элеменний спина атома мишени или образующегося иона, а тарные процессы с участием многозарядных ионов. М.:

только усредненные по всем квантовым числам (кроме Атомиздат, 1986.

главного) сечения.

[2] The HIDIF-Study // Ed. I. Hofmann, G. Plass. Report GSI-98В целом сравнение результатов расчетов полных се06. Darmstadt: GSI, 1998.

чений перезарядки тяжелых малозарядных ионов, вы[3] Melchert F. // Atomic Physics with Heavy Ions / Ed. H. Beyer, полненных методом нормировки вероятностей в предV.P. Shevelko. Berlin: Springer, 1999. P. 323.

ставлении параметра удара, с экспериментальными дан- [4] Гомбаш П. Статистическая теория атома. М.: ИЛ, 1951.

[5] Olson R.E. // Phys. Rev. 1981. Vol. A24. P. 1726.

ными и другими расчетами показало, что предложенный [6] Shevelko V.P. // J. Phys. B. 1980. Vol. 13. P. L319.

метод дает удовлетворительное описание (с точностью [7] Шевелько В.П. // Краткие сообщения по физике. 1981. Т. 5.

до фактора 2–3) сечений в области E > 1-10 keV/u.

С. 36.

Более полные выводы сделать достаточно трудно из-за [8] Shevelko V.P. // Fizika (Zagreb). 1981. Vol. 13. P. 185.

ограниченности данных по сечениям рассматриваемых [9] Brinkman H.C., Kramers H.A. // Proc. Acad. Sci. Amst. 1930.

систем. Тем не менее предложенный метод показывает, Vol. 33. P. 973.

что сечения перезарядки в ион-ионных столкновениях [10] Пресняков Л.П. // Тр. ФИАН. 1980. Т. 119. С. 52.

могут быть довольно велики из-за наличия большого [11] Бейгман И.Л., Вайнштейн Л.А., Собельман И.И. // числа электронов в сталкивающихся системах и отно- ЖЭТФ. 1969. Т. 57. С. 1703.

[12] May R.M. // Phys. Rev. 1964. Vol. 136A. P. 669.

сительно малых величин дефектов резонанса. Новые [13] Виноградов А.В., Шевелько В.П. // ЖЭТФ. 1970. Т. 59.

экспериментальные данные и более детальные расчеты С. 593.

сечений перезарядки и обдирки позволят получить более [14] Вайнштейн Л.П., Собельман И.И., Юков Е.А. // Сечения полную информацию о столкновительных характеристивозбуждения атомов и ионов электронами. М.: Наука, ках многоэлектронных малозарядных ионов.

1973.

[15] Errea L.F., Harel C., Illescas C. // J. Phys. B. 1998. Vol. 31.

P. 3199.

Заключение [16] Illescas C., Rabadan I., Ritra A. // Phys. Rev. A. 1998. Vol. 57.

P. 1809.

Методом многоканальной нормировки в представле- [17] Murray G.A., Stone J., Mayo M., Morgan T.J. // Phys. Rev.

1982. Vol. A 25. P. 1805.

нии параметра удара выполнены первые предваритель[18] Kadota K., Dijkkamp D., van der Woude R.L. // J. Phys. B.

ные расчеты сечений перезарядки, возникающей при 1982. Vol. 15. P. 3275.

столкновениях тяжелых малозарядных ионов. Вычислен[19] Peart B., Forrest R.A., Dolder K.T. // J. Phys. B. 1981. Vol. 14.

ные сечения качественно согласуются с имеющимиP. L383.

ся немногочисленными экспериментальными данными [20] Ermolaev A.M., Noble C.J., Bransden B.H. // J. Phys. B.

и расчетами других авторов в области относительных 1982. Vol. 15. P. 457.

энергий столкновения E > 1-10 keV/u. При меньших [21] Sramek S.J., Macek J.H., Gallup G.A. // Phys. Rev. A. 1980.

энергиях предложенный метод нормировки не может Vol. 22. P. 1467.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.