ЛитМир - Электронная Библиотека
Содержание  
A
A

2 N. О. Lassen. On the total charges and the ionizing power of fission fragments. Dissertation. Copenhagen, 1952. В диссертации дан обзор результатов этих исследований.

2 N. О. Lassen. Dan. Math.-Fys. Medd., 1949, 25, № 11; Phys. Rev., 1949, 75, 1762.

Изменение заряда ионов в зависимости от плотности проходимого вещества позволяет сделать некоторые выводы о механизме процессов столкновения, определяющих равновесное значение заряда. Зависимость среднего заряда быстро движущихся тяжёлых ионов от давления газа, через который они проходят, определённо свидетельствует о том, что в балансе между процессами потери и захвата электронов мы не можем ограничиваться рассмотрением только захвата электрона ионом в основное состояние и удаления электрона из этого основного состояния — как это делалось в предыдущем обсуждении. Необходимо учитывать также процессы, в которых принимают участие и возбуждённые состояния, время жизни которых сравнимо с промежутком времени между двумя последовательными соударениями иона с атомами газа. Далее, существенное различие между средним зарядом ионов в газах и твердых веществах указывает на существование каких-то процессов, приводящих к установлению возбуждённых состояний иона за время, существенно меньшее, чем время радиационных переходов.

В настоящей работе предпринята попытка дать подробное объяснение явлений, связанных с прохождением многозарядных ионов через вещество, на основе простых соображений. С этой целью мы рассмотрим сначала (§2) некоторые общие характеристики баланса процессов захвата и потери электронов. При этом специально будут рассмотрены флуктуации заряда ионов, вылетающих из твердого тела в газ, а также процесс постепенного установления среднего значения этого заряда. В § 3 мы обсудим на основе упрощённого статистического описания строения атомов с многими электронами некоторые непосредственные заключения, которые можно сделать из измерений среднего заряда ионов, а также изучения торможения иона и производимой им ионизации. В § 4 рассмотрены основные особенности процессов захвата и потери электронов тяжёлыми ионами при столкновениях с атомами и сделана попытка произвести приближённые оценки сечений таких процессов; при этом обращается внимание на их зависимость от скорости и заряда иона и от атомного номера поглощающего вещества. На основе этих оценок в § 5 производится сравнение с экспериментальными данными, относящимися к заряду ионов деления в газе при низких давлениях. Наконец, в § 6 рассматривается эффект остаточного возбуждения ионов в связи с наблюдаемым изменением среднего заряда ионов в зависимости от давления газа и аномально высоким значением этого заряда в твердых телах.

Публикация этой работы по разным причинам несколько раз откладывалась; она частично была доложена на различных конференциях, созывавшихся в прошедшие годы. Нам бы хотелось выразить признательность д-ру Н. О. Лассену за исключительно полезные дискуссии, которые проводились по мере проведения его экспериментальных исследований и нашего теоретического рассмотрения. Мы признательны также д-ру Дж. Беллу, который до публикации любезно сообщил нам результаты своих интересных работ по изучению механизма захвата и потери электронов.

§ 2. Общая характеристика баланса потери и захвата электронов тяжёлыми ионами

Проблема захвата и потери электронов тяжёлыми ионами имеет существенные отличия от аналогичной проблемы для быстрых α-частиц и протонов. Для этих частиц отношение сечения захвата электрона голым ядром к сечению потери электрона, связанного с ним, мало, поэтому ядро несёт на себе электрон лишь в течение отдельных небольших промежутков времени, которые в сумме составляют небольшую часть всего пути. В случае же тяжёлых ионов, подобных осколкам деления, ядро на всём своем пути несёт большое число электронов, которое вследствие непрерывной потери и захвата электронов флуктуирует около среднего значения, определяемого скоростью и зарядом ядра иона, а также свойствами среды.

Рассмотрим для простоты прохождение пучка ионов через газовую среду такой низкой плотности, что ионы за время между столкновениями практически полностью переходят в основное состояние. Поскольку дело касается соударений, пучок при этом будет полностью описан, если задаться числом ионов 𝑁(τ) несущих τ электронов. Не учитывая процессы, в которых захватывается или теряется более одного электрона, а также полагая, что ион движется с постоянной скоростью, мы находим для скорости изменения 𝑁(τ)

𝑑𝑁(τ)

𝑑𝑥

=

ρ{

𝑁(τ-1)

σ

𝑐

(τ-1)

+

+

𝑁(τ+1)

σ

𝑙

(τ+1)

-

𝑁(τ)

[

σ

𝑐

(τ)

+

σ

𝑙

(τ)

]},

(2.1)

где ρ — число атомов газа в единице объёма, σ𝑐(τ) — сечение захвата электрона ионом, несущим до столкновения τ электронов, а σ𝑙(τ) — сечение потери электрона таким ионом. Для скорости изменения среднего числа электронов τ=τ(𝑥), связанных с ионом, из формулы (2.1) путём простого суммирования получаем

𝑑τ

𝑑𝑥

=

𝑑

𝑑𝑥

τ𝑁(τ)

𝑁

=

ρ

𝑁

𝑁(τ)

[

σ

𝑐

(τ)

-

σ

𝑙

(τ)

],

(2.2)

где 𝑁 — полное число ионов в пучке.

В пучке тяжёлых ионов, каждый из которых несёт на себе много электронов, распределение по τ имеет протяженность в несколько единиц в обе стороны от среднего значения. Поэтому, строго говоря, для применения этой формулы необходимы сведения о зависимости сечения от числа электронов в ионе. Однако суммирование в (2.2) легко может быть выполнено, если принять во внимание, что за время, в течение которого скорость иона может считаться постоянной, сечения σ𝑐(τ) и медленно и линейно меняются с σ𝑙(τ). Мы можем при этом записать

σ

𝑐

(τ)

=

Ω

[1+α

𝑐

(τ-ω)],

σ

𝑙

(τ)

=

Ω

[1+α

𝑙

(τ-ω)],

(2.3)

где α𝑐 и α𝑙 — константы, малые по сравнению с единицей, а ω — значение τ, при котором сечение захвата и потери электрона равны одной и той же величине Ω. Подставляя выражения (2.3) в (2.2), при этом получаем

𝑑τ

𝑑𝑥

=

Ω

𝑐

𝑙

)

(

τ

-ω)

(2.4)

и, интегрируя, находим для среднего значения τ(𝑥) числа электронов в точке 𝑥

τ

(𝑥)

=

ω+{[

τ

(𝑥

0

)-ω]

exp[

Ω

𝑐

𝑙

)

(𝑥-𝑥

0

)

]},

(2.5)

если в точке 𝑥0 пучок характеризовался заданным значением τ(𝑥0)

Подобным же образом получаем из (2.1) и (2.3) для среднего квадратичного отклонения числа электронов в точке 𝑥

Δ

τ²(𝑥)

=

1

α𝑐𝑙

Δ

τ²(𝑥

0

)

-

1

α𝑐𝑙

138
{"b":"569102","o":1}