WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

подоболочек атомов цезия (сплошные кривые) в полное сечеВ общем случае закон убывания сечения перезарядки ние перезарядки (кривая с кружками). Расчет по программе с ростом плотности мишени может быть другим. CAPTURE, настоящая работа.

Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. Влияние плотности мишени на сечения перезарядки быстрых ионов на атомах ем [17] и настоящими расчетами, где параметр ncut варьировался от ncut = 15 до 8 с ростом энергии от 4.до 11.5 MeV/u соответственно.

Полные сечения перезарядки часто сравниваются с полуэмирической формулой Шлахтера [18], которая имеет вид 1.tot(E)=1.1·10-8 cm2q0.5/ZT u-4.8 1-exp(-0.037u2.2) 1 - exp(-2.44 · 10-5u2.6), 1.u = E[keV/u]/(q0.7ZT ), u 10, q 3, (18) где q — заряд налетающего иона, ZT — заряд ядра атома Рис. 5. Вычислительные относительные сечения перемишени.

зарядки водородоподобного германия на атомах неона При больших энергиях u 10 сечение перезарядGe31+ + Ne Ge30+(n) +Ne+ при энергии 5.5 MeV/u: — ки (18) имеет асимптотику расчет методом Монте-Карло [16], • — расчет по программе CAPTURE, настоящая работа.

4.tot(E) 1.1 · 10-8 cm2q3.9ZT E-4.8[keV/u], u 10.

Формула Шлахтера (18) имеет точность порядка фактора 2-3 аналогично полуэмпирическим формулам Лотца для ионизации атомов и ионов электронным ударом и весьма удобна для оценок сечений перезарядки в области средних и больших энергий. При малых энергиях u < 1 формула (18) неприменима. Расчеты сечений перезарядки по формуле Шлахтера также приведены на рис. 6.

На рис. 7–10 приведены полные сечения перезарядки быстрых ядер никеля на молекулах SiONi28+ + SiO2 Ni27+ +[SiO2]+, (19) вычисленные в настоящей работе при энергиях E > 100 keV/u и различных плотностях молекул SiOРис. 6. Полные сечения перезарядки водородоподобного от газообразного состояния до твердого тела. Сечения германия на атомах неона Ge31+ + Ne Ge30+(n) +Ne+ как перезарядки ионов на молекулах вычислялись в виде функции энергии ионов Ge31+. • — эксперимент [17]. Расчет:

суммы сечений перезарядки на составляющих молекулу — метод Монте-Карло [16], пунктир — эйкональное приближение [17], штриховая кривая — полуэмпирическая формула Шлахтера [18], сплошная кривая — расчет по программе CAPTURE, настоящая работа.

На рис. 5 приведено распределение сечений перезарядки по главному квантовому числу n в реакции перезарядки H-подобных ионов германия на атомах неона Ge31+ + Ne Ge30+(n) +Ne+ (17) при энергии E=5.5 MeV/u. Согласно расчету методом Монте-Карло [16] и настоящим расчетам, перезарядка происходит в возбужденные состояния с n = 2-5, а сечение перезарядки в основное состояние n0 = на 3 порядка меньше.

Рис. 7. Сечения перезарядки голых ядер никеля на молекулах Полные сечения перезарядки реакции (17) приведены SiO2, Ne28+ + SiO2 Ni27+ +[SiO2]+ как функции энергии на рис. 6 в области энергий E = 3-12 MeV/u, где эксионов при нулевой плотности мишени T 0. K, L и M — периментальные данные [17] сравниваются с расчетами вклад соответствующих оболочек SiO2, K + L + M —полное методом Монте-Карло [16], эйкональным приближени- сечение перезарядки. Расчет, настоящая работа.

3 Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. 36 О. Розмей, И.Ю. Толстихина, В.П. Шевелько атомах, что при больших энергиях является хорошим приближением.

Подобного рода эксперименты по изучению механизмов торможения тяжелых ионов в веществе методами рентгеновской спектроскопии проводятся в настоящее время в интституте ГСИ на ускорителе UNILAC (Дармштадт, ФРГ) [4]. В качестве мишеней используются аэрогели SiO2 с плотностью, изменяющейся в широком диапазоне величин от 0.04 g/cm3 (T = 1.2 · 1021 cm-3) до плотности кварца 2.23 g/cm3 (T = 6.7 · 1022 cm-3), с целью изучения эффектов плотности на энергетические потери налетающих ионов.

В настоящей работе расчеты сечений перезарядки проводились по формулам (12), (14), (15) с учетом влияния плотности мишени. На рис. 7 приведены полные сечения перезарядки для реакции (19) в случае Рис. 8. То же, что на рис. 7, но при плотности мишени низкой плотности мишени (T 0), вычисленные с T = 5 · 1022 cm-3. Расчет, настоящая работа.

параметром обрезания ncut = и с учетом захвата электронов из всех оболочек SiO2. Видно, что при энергиях E = 100 keV/u-1 MeV/u происходит захват электронов в основном из L- и M-оболочек SiO2 на уровни n = 1-5 водородоподобных ионов Ni27+, а при энергиях E > 10 MeV/u в процессе участвуют только K-электроны мишени.

С ростом плотности мишени картина процесса существенно меняется. При больших плотностях SiO2, T = 5.0 · 1022 cm-3 (рис. 8), перезарядка во всей области энергий происходит с захватом только K-электронов мишени и полное сечение убывает более чем на порядок.

На рис. 9 приведено сравнение вычисленных полных сечений перезарядки Ni28+ + SiO2 для случая низкой плотности молекул SiO2 (T 0, кривая 1) и большой плотности T = 5 · 1022 cm-3. При энергиях столкновения E = 100-1000 keV/u учет эффектов плотности приРис. 9. Зависимость полных сечений перезарядки водит к уменьшению сечения перезарядки более чем на Ni28+ + SiO2 Ni27+ +[SiO2]+ от энергии ионов при нулевой порядок. С ростом энергии столкновения E > 10 MeV/u плотности мишени (1) и при плотности T = 5 · 1022 cm-3 (2).

оба сечения примерно одинаковы, так как в обоих случаях происходит захват только K-электронов мишени преимущественно на уровень n 4 в ионе Ni27+.

В целом следует отметить, что в случае сложных мишеней распределение по n образующихся ионов сильно зависит от структуры мишени, так как при больших энергиях столкновения захват внутренних электронов мишени является доминирующим процессом по сравнению с перезарядкой из внешних оболочек. Захват электронов внутренних оболочек сильно усложняет расчеты даже в случае низкой плотности и приводит к тому, что распределение сечений по n может принимать необычный (немонотонный) вид. Это демонстрируется на рис. 10, где приведено распределение сечений перезарядки (19) по квантовым числам n при энергии E = 200 keV/u и нулевой плотности. Захват K-электронов приводит к образованию низколежащих Рис. 10. Распределение сечений перезарядки состояний Ni27+(n) с главными квантовыми числами Ni28+ + SiO2 Ni27+(n) +[SiO2]+ от главного квантового n = 3-5, а перезарядка на внешних L- и M-оболочках числа водородоподобных ионов Ni27+(n) при энергии SiO2 связана с образованием ионов никеля в высоковозE = 200 keV/u и нулевой плотности мишени.

бужденных состояниях с n > 5.

Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. Влияние плотности мишени на сечения перезарядки быстрых ионов на атомах n=Таблица 2. Относительные сечения перезарядки n/ n для реакции U90+ + A U89+(n) +A+, A = N2, Ar, Kr и Xe при энергии n=столкновения E = 162 MeV/u N2 Ar Kr Xe n экспери- теория настоящая экспери- теория настоящая экспери- теория настоящая экспери- теория настоящая мент работа мент работа мент работа мент работа 3 0.634 0.602 0.556 0.644 0.525 0.471 0.619 0.533 0.501 0.620 0.541 0.4 0.253 0.263 0.328 0.240 0.299 0.322 0.257 0.296 0.309 0.256 0.292 0.5 0.113 0.135 0.116 0.116 0.176 0.207 0.124 0.171 0.190 0.124 0.167 0.n=П р и м е ч а н и е. Сумма приведенных сечений n нормирована на единицу, т. е. n = 3 + 4 + 5 = 1.

n=Как отмечалось ранее, экспериментальные данные по го эффекта плотности на сечения перезарядки и интенселективным сечениям перезарядки nl и nl j много- сивности спектральных линий излучения образующихся зарядных ионов на атомах весьма немногочисленны. ионов.

В табл. 2 для сравнения приведены относительные сечения перезарядки n в состояния с n = 3, 4 и Заключение для реакции U90+ + A U89+(n) +A+, A = N2, Ar, Kr и Xe при большой энергии столкновения E = 162 MeV/u Исследовано влияние эффекта плотности мишени на (v = 80.5 a.u.). Экспериментальные данные для селек+ сечения перезарядки быстрых ионов Xq на атомах и мотивных сечений перезарядки в состояния 3l j, 4l j и 5l j лекулах. Показано, что с ростом плотности мишени полполучены в работе [10] по рентгеновским спектрам ные сечения перезарядки убывают, что связано с ионизаизлучения Li-подобных ионов урана методом, описан+ цией образующихся возбужденных ионов [X(q-1) ] атоным выше. Все экспериментальные сечения имеют ярко мами мишени. Косвенное влияние эффектов плотности выраженный максимум для образования конечного иона мишени подтверждается экспериментальными данными в p-состоянии, т. е. c орбитальным квантовым числом и расчетами по определению среднего заряда ионных l = 1. Программа CAPTURE, которая использовалась в пучков за плазменной мишенью. Прямые измерения настоящей работе, позволяет вычислять только сечения, селективных и полных сечений перезарядки, а также суммарные по квантовым числам l и j, поэтому в табл. интенсивностей линий излучения образующихся ионов приведено сравнение только сечений n. Видно, что все как функции плотности мишени позволят проверить приведенные данные довольно хорошо согласуются друг достоверность рассматриваемого эффекта.

с другом. Сечения, полученные в настоящей работе, вычислены с учетом захвата электронов всех оболочек Авторы благодарны Т. Штулькеру и Х. Тавара за полезмишени и эффекта плотности.

ные замечания.

Следует отметить, что, как правило, сечения перезаРабота выполнена при поддержке РФФИ рядки положительных ионов на атомах измеряются при (гранты № 00-02-17825, № 01-02-16139) и ИНТАС низких плотностях мишени T 1012-1015 cm-3, ког(№ 99-1326/3).

да влияние эффекта плотности относительно невелико.

Однако в некоторых случаях учет указанного эффекта на сечения перезарядки приводит к лучшему описанию Список литературы экспериментальных данных, что косвенно подтверждает важность эффекта. Так, в работе [5] дано объяснение [1] Betz H.D. // Rev. Mod. Phys. 1972. Vol. 44. P. 465.

[2] Betz H.D. // Applied Atomic Collision Physics. Vol. 4.

экспериментально измеренного среднего (равновесного) Condensed Matter. London: Academic Press, 1983. P. 2.

заряда быстрых ионов урана Uq+ с зарядом q = 28-[3] Tawara H., Richard P., Safronova U.I., Stancil P.C. // Phys.

и энергией E = 3.6-11.5 MeV/u при взаимодействии Rev. 2001. Vol. A 64. P. 042712.

с плотной плазмой (T 5 · 1019 cm-3) полиэтилена [4] Rosmej O., Rosmej F., Wieser J., Geisel M., Brambrink E., (CH)n. Показано, что учет плотности плазмы, т. е. эфBlazevic A., Roth M., Niemann C., Dewald E., Hofфективное уменьшение сечений перезарядки, приводит fmann D.H.H., Golubev A., Turtikov V., Fertman A., Boriк лучшему согласию вычисленного равновесного заряда senko N., Shevelko V. // Nucl. Instrum. Meth. 2002. In Press.

ионов урана qtheor = 60 ± 2 с экспериментальным значе[5] Валь Х., Гизель М., Голубев А.А., Ротт М., Рудской И.В., нием qexp = 63 ± 1. Таким образом, измерения сечений Таушвиц А., Толстихина И.Ю., Туртиков В.И., Фертперезарядки ионов на атомах при больших плотностях ман А.Д., Хоффманн Д.Д., Шарков Б.Ю., Шевелько В.П. // мишени позволили бы проверить влияние рассмотренно- Краткие сообщения по физике. ФИАН, 2001. Т. 8. С. 28.

Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. 38 О. Розмей, И.Ю. Толстихина, В.П. Шевелько [6] Tugarinov S., von Hellermann M., Beigman I., Dokouka V., Khayrutdinov R., Krasilnikov A., Malaquias A., Tolstikhina I., Vainshtein L. // Proc. Conf. on Advanced Diagnostics for Magnetic and Inertial Fusion. Varenna (Italy), 2001.

[7] Bureyeva L., Lisitsa V., Sergeev V., Stamm V., Sudo S. // Proc.

3d US-Japan Plasma Polarization Spectroscopy Workshop / Ed. P. Beiersdorfer, T. Fujimoto. Report UCRL-ID-146907.

Livermore: University of California. 2001.

[8] Rymuza P., Sthlker Th., Geissel H., Koshuharov Ch., Mokler P.H., Moshammer R., Nickel F., Scheidenberger C., Stachura Z., Warczak A. // Acta Phys. Pol. 1996. Vol. 27.

P. 573.

[9] Sthlker Th., Bosch F., Dunford R.W., Kozhuharov Ch., Ludziewski T., Mokler P.H., Stachura Z., Swiat P., Warczak A. // Phys. Scr. 1999. Vol. T80. P. 379.

[10] Ma X., Sthlker Th., Bosch F., Brinzanescu O., Fritzsche S., Kozhuharov Ch., Ludziejewski T., Mokler P.H., Stachura Z., Warczak A. // Phys. Rev. 2001. Vol. A64. P. 012704.

[11] Пресняков Л.П., Шевелько В.П., Янев Р.К. Элементарные процессы с участием многозарядных ионов. М.: Атомиздат, 1986.

[12] Mann R., Folkmann F., Beyer H. // J. Phys. 1981. Vol. B 14.

P. 1161.

[13] Шевелько В.П. // ЖТФ. 2001. Т 71. С. 20.

[14] Shevelko V.P., Tolstikhina I.Yu., Sthlker Th. // Nucl. Instrum.

Meth. 2001. Vol. B 184. P. 295.

[15] Вайнштейн Л.П., Собельман И.И., Юков Е.А. // Сечения возбужденных атомов и ионов электронами. М.: Наука, 1973.

[16] Olson R.E. // Phys. Rev. 1981. Vol. A 24. P. 1726.

[17] Sthlker Th., Kozhuharov Ch., Mokler P.H., Olson R.E., Stachura Z., Warczak A. // J. Phys. 1992. Vol. B 25. P. 4527.

[18] Schlachter A.S., Stears J.W., Graham W.G., Berkner K.H., Pyle R.V., Tanis J.A. // Phys. Rev. 1983. Vol. A 27. P. 3372.

Журнал технической физики, 2003, том 73, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.