Теория атомных столкновений - Мотт Н.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 21
Гав Энергия протона (в эв) Сечение (в единицах 2 *%> Газокинети-ческое
сечение (энсперим.) (в единица! 2 """)
Гелий ... 90 3,7 2,6
800 2,0
Аргон. . . 73 16,4 7,3 •
650 10,7
22*
349 гл. ill: столкновения между тяжелыми частицами
§ 4 и 5); можно показать, что предельное значение функции/(0),
характеризующей угловое распределение, при угле рассеяния,
равном нулю, приближенно равняется обычно, за исклю-
чением случая очень медленных ионов (<0,1 в), эта величина значительно
превышает Q. Отсюда можно сделать заключение, что при увеличении угла
рассеяния интенсивность рассеяния убывает столь быстро, что в упомянутых
опытах могла быть наблюдена только небольшая доля общего числа упругих
столкновений.
Столкновения, при которых электрон захватывается ионом, являются обычно
неупругими, так как взаимная кинетическая энергия сталкивающихся частиц в
результате столкновения изменяется. В частном случае точного резонанса,
имеющего, например, место при захвате атомных электронов гелия
положительными ионами гелия, столкновения являются упругими в том смысле,
что относительная кинетическая энергия частиц остается неизмененной. В
случае точного резонанса не совсем правильно приписывать акту передачи
заряда определенное сечение, так как при этом невозможно установить
экспериментально, является ли ион, движущийся в некотором определенном
направлении, одним из ионов падающего пучка, испытавшим рассеяние, или же
он представляет собой атом, потерявший электрон при столкновении, Опытные
исследования свидетельствуют о наличии большого числа положительных
ионов, движущихся почти перпендикулярно к падающему пучку. Как известно
из опытов, в которых падающие ионы можно отличить от атомов, потерявших
электроны, в этих направлениях в действительности рассеивается лишь очень
небольшое число ионов; можно поэтому считать, что все ионы,, движущиеся
под углами, превышающими 45° с направлением падения, представляют собой
атомы, потерявшие по электрону, тогда как все остальные ионы являются
ионами падающего пучка, испытавшими рассеяние. Поскольку поглощение ионов
Не+ в гелии, наблюдаемое на опыте, отвечает в основном большим углам
отклонения, на основании нашего предположения можно считать, что оно
обусловлено главным образом передачей заряда. Для вычисления сечения,
соответствующего поглощению, мы можем воспользоваться формулами для
предельного значения вероятности неупругого столкновения при точном
резонансе, приведенными в гл. VIII, § 6. Вычисления производятся в этом
случае точно таким же образом, как и в случае упругого сечения, уже
рассмотренном нами выше; для поглощения, обусловленного передачей заряда,
сечение1 оказывается при этом одного Порядка величины с газокинетическим
оедением, что находится в полном согласии с опытами Кальмана и Розена
[30]. В более точной теории, учитывающей также и тождественность ядер
(см. гл. V), изменяется лишь
s 3. МЕДЛЕННЫЕ СТОЛКНОВЕНИЯ МЕЖДУ ТЯЖЕЛЫМИ ЧАСТИЦАМИ 341
форма углового распределения рассеянных ионов при промежуточных значениях
углов рассеяния, а именно: возникают максимумы и минимумы, обусловленные
интерференцией рассеянных волц двух типов. Поскольку сечение очень слабо
зависит от значений этих углов, указанный эффект будет играть
существенную роль только в случае очень точных измерений угловых
распределений.
Фиг. 56, Теоретические кривые сечения возбуждения (Is)2 Зр-уровня лития
а-частицами.
J-кривая, вычисленная по методу возмущенных стационарных состояний, //-
вычисленная в приближении Борна; верхняя кривая дает сечение возбуждения
электронами в приближении Борна.
В том случае, когда захват электрона связан с изменением кинетической
энергии, теория рассматриваемого процесса оказывается совершенно
аналогичной теории процессов возбуждения и ионизации, вызываемых ионами.
Поскольку скорость ионов мала по сравнению с орбитальными скоростями
атомных электронов, а резонанс между исходным и конечным состояниями
является точным лишь в очень редких случаях, мы, не можем ограничиться
рассмотрением взаимодействия этих двух состояний, и единственным
удовлетворительным методом решения задачи оказывается метод возмущенных
стационарных состояний, изложенный в гл. VIII, § 7.
Этот метод был использован для вычисления сечения возбуждения 2гР
состояния гелия протонами и сечения захвата электронов протонами [31]. Он
был также применен Фреймом [32] для вычисления сечения возбуждения (Is)2
3/)2/>-состояния лития медленными а-частицаци. Фиг. 56 иллюстрирует
полученные при этом результаты. Для сравнения на фигуре приведена также
соответствующая кривая для электронов. Очевидное различие
342 Гл. XII. СТОЛКНОВЕНИЯ МЕЖДУ ТЯЖЕЛЫМИ ЧАСТИЦАМИ
втюведении электрона и а-частицы подтверждается также экспериментальными
данными как в случае возбуждения, так и в случае ионизации.
Теоретическая кривая зависимости сечения от скорости весьма сходна с
соответствующими кривыми для передачи возбуждения (см. фиг. 55). В обоих
