РОЗДІЛ 2
МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ ЕЛЕКТРОН - ІОННИХ ЗІТКНЕНЬ
2.1. Методи досліджень
Елементарні процеси, що відбуваються при зіткненні електронів з іонами, до 60-х років досліджувалися в умовах плазми. Цей метод базується на спектральному аналізі випромінювання, що спостерігається із одиниці об'єму плазми. Труднощі такого методу полягають в обчисленні інтенсивності випромінювання, оскільки для цього необхідно знати величину об'єму плазми, із якого випромінювання спостерігається. Тим не менш, плазмові вимірювання придатні для визначення констант швидкостей збудження. Але при цьому умови, що мають місце у плазмі, моделюються. Тому зрозуміло, що одержані результати суттєво залежать від умов, які передбачено у даній моделі, а також від швидкості конкуруючих процесів. Проблематичним є також калібрування абсолютної чутливості детектора випромінювання.
Вище перелічені фактори призводять до того, що одержані результати мають значну невизначеність. Внаслідок цього значна кількість фізично важливої інформації усереднюється, або втрачається (наприклад, структура на енергетичній залежності перерізу, температурна залежність різних параметрів тощо). Тому досліди такого типу застосовуються переважно для вивчення самої плазми, а не для отримання перерізів збудження. Тим не менш цим методом було проведено виміри констант різних елементарних процесів, завдяки яким було проведено першу перевірку теорії збудження багатозарядних іонів. Прикладне значення цих результатів полягає у тому, що вони окреслили коло проблем, пов'язаних з багатозарядними іонами, і відіграли важливу роль при встановленні порядку величини швидкості процесів в установках, які призначені для вивчення термоядерного синтезу.
Перший більш надійний експеримент був виконаний у 1961 році Долдером та іншими (103( з іонізації іонів гелію електронним ударом. Для цього вони використали методику двох модульованих пучків з контрольованою енергією, що перетинаються у чітко визначеному об'ємі зіткнення. Велику заслугу у розробці методу модульованих пучків, що перетинаються, має Харісон (104(, який запропонував використовувати цей метод для вивчення інших непружних процесів (дисоціації, збудження та рекомбінації).
При виборі умов конкретного експерименту необхідно мати на увазі, що кожний досліджуваний процес відбувається при різних енергіях. Тому й кожний експеримент, який спрямований на дослідження того, чи іншого процесу, характеризується конкретною областю робочих енергій. Після визначення необхідної області енергій потрібно звернути особливу увагу на вибір кута перетину пучків, оскільки в залежності від цього параметру створюється та чи інша геометрія області перетину пучків. Для реалізації цього є декілька варіантів. Пучки можуть перетинатися під прямим кутом (? = 90?), або вони можуть бути суміщені (? = 0?), а також можуть перетинатися під гострим або тупим кутами. Відносні переваги і недоліки кожної з чотирьох геометрій перетину зводяться до наступних.
Пучки, що перетинаються під прямим кутом (? = 90?) - це класичний метод, який використовується з початку 70-х років і має такі характерні особливості:
- проста геометрія області перетину пучків;
- для збільшення корисного сигналу можна використовувати відносно великі струми;
- конструкція апаратури відносно проста, просторове перекриття пучків легко контролюється.
Тому експерименти за участю пучків, що перетинаються під прямим кутом, відносно легко реалізувати. До недоліків можна віднести те, що об'єм перетину пучків малий, тому й одержаний корисний сигнал слабкий і його доводиться детектувати на сильному фоні від супроводжуючих процесів (зіткнення частинок пучків з частинками залишкового газу) та на фоні детектора випромінювання.
Більш сучасним є метод суміщених пучків (? = 0?). Він широко застосовується починаючи з 80-х років, в основному, для дослідження елементарних процесів з участю багатозарядних іонів. Метод забезпечує доступність самих низьких енергій (як правило ? 0.1 еВ) при хорошій роздільній здатності. Пучки взаємодіють протягом довгого проміжку і, як наслідок, є більша можливість одержання інтенсивного корисного сигналу. Вимірювання цим методом вимагає більш складної прискорювальної апаратури, а також складніших способів контролю за просторовим перекриттям пучків, ніж у випадку пучків, що перетинаються під прямим кутом. Недоліком методу є те, що важко однозначно визначити область перекриття пучків при їх зіткненні, оскільки неможливо чітко розрізнити проміжки простору, в яких пучки суміщені і в яких вони відокремлені. Крім того, важко фокусувати випромінювання з видовженої області зіткнення. Тому цей метод менш зручний для проведення абсолютних вимірів.
У методі пучків, що перетинаються під косим кутом (? ? 10?), реалізовано відносно просту геометрію перетину пучків. Цей метод характеризується підвищеною енергетичною роздільністю, можливістю досягнення низьких енергій та відокремлення конкуруючих процесів. У порівнянні з методом суміщених пучків можна більш легко реалізувати та контролювати просторове перекриття пучків. Вперше такий метод був запропонований Махадеваном у 1969 році для дослідження іонізації електронним ударом (105(.
Крім того використовується метод пучків, що перетинаються під косим кутом (? ? 160?), який характеризується відносно простою геометрією області зіткнення та доступністю більш високих енергій.
У наших експериментах електронний та іонний пучки перетиналися під прямим кутом (? = 90?), а детектування випромінювання із області зіткнення відбувалося у напрямку, перпендикулярному до площини їх перетину. Така геометрія області перетину пучків є найбільш оптимальною для дослідження процесів, що відбуваються при зіткненні повільних електронів з однозарядними іонами.
2.2. Метод пучків, що перетинаються
2.2.1. Основні вимоги до досліджень
Починаючи з 70-х років для експериментального дослідження непружних процесів при взаємодії повільних електронів з іонами (у тому числі й багатозарядними) широко застосовується метод пучків, що п
- Київ+380960830922