CC BY
9
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
УДК 537.534.74, 537.533.74
К ВОПРОСУ О ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ВОЗБУЖДЕНИЯХ ионов ПРИ ТОРМОЖЕНИИ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ И ГАЗАХ
В. В. Балашов, А. А. Соколик, А. В. Стысин
сниияф)
E-mail: balvse@annal9.npi.msu.su
Методом связанных кинетических уравнений выполнено моделирование эксперимента по прохождению пучка многозарядных ионов через сплошную мишень и мишень, разделенную на отстоящие друг от друга слои. Сделано заключение относительно роли возбужденных состояний ионов в наблюдаемом эффекте.
Вопрос об особенностях торможения в твердых телах и газах ионов, несущих с собой какое-то число связанных электронов, привлекает большое внимание экспериментаторов и теоретиков со времени работ классиков теории торможения [1,2]. Из общих соображений следует (и большой ряд экспериментов, выполненных в прошлые годы, в основном с легкими ионами, подтверждает это), что образование возбужденных состояний ионов в процессе их прохождения через мишень приводит к расхождению между количествами энергии, теряемой ионом при прохождении слоя одной и той же весовой толщины в твердом теле и в газе. Недавние эксперименты, выполненные большой группой исследователей на синхротроне йЭ! (Дармштадт, Германия) [3], показали, что ускоренная ионизация возбужденных
ионов по сравнению с тем, как идет тот же процесс с ионами в основном состоянии, способствует усилению их торможения в твердотельных мишенях. Вопрос особенно интересен применительно к пред-равновесному (относительно распределения зарядовых фракций ионного пучка) режиму прохождения, исследование которого проводится с использованием тонких пленок.
Некоторое время тому назад П. Моклер (ОЭ1, Дармштадт) обратил внимание [4] на возможность моделирования эффекта промежуточных возбуждений ионов в эксперименте, где пучок многозарядных ионов направляется на две последовательно расположенные тонкие мишени, разнесенные друг относительно друга на некоторое расстояние. Если это расстояние достаточно велико по сравнению со
08+->С; Е0=10МэВ z = 5.0 мкг/см2
Д, КЭВ Д, КЭВ
Рис. 1. Спектр энергетических потерь ^(Д) для ионов 16 О, покидающих мишень в указанных зарядовых состояниях:
(а) одна пленка; (б) две пленки той же суммарной толщины
22Ne10+->C; Ео=2 МэВ/н z = 7.8 мкг/см2
Д, кэВ Д, кэВ
Рис. 2. Аналогично рис. 1 для ионов 22 Ne
средней длиной спонтанного высвечивания возбуждений, созданных в первой мишени, ионы входят во вторую, находясь в основном состоянии. Это создает подобие прохождения пучка ионов через газ. Соединение обеих мишеней в единую мишень суммарной толщины возвращает к обычной ситуацию прохождения через твердое тело.
К настоящему времени накоплено достаточно экспериментальных данных и результатов расчетов для того, чтобы количественно оценить масштаб эффекта при сравнении результатов возможных измерений по изложенной выше схеме в двух вариантах эксперимента с двумя пленками в типичных для современного уровня условиях, относящихся к параметрам ионного пучка и свойств мишеней. В проводимых нами теоретических расчетах используется метод связанных кинетических уравнений [5], уже нашедший свое применение в анализе новейших экспериментов по прохождению ионов через тонкие пленки [6]. Мы моделируем эксперимент с двумя пленками для ионов 16 О с энергией 10 МэВ и ионов 22 Ме с энергией 44 МэВ при прохождении через тонкие углеродные пленки.
На рис. 1 показаны рассчитанные спектры энергетических потерь ионов 16 О, падающих на мишень в зарядовом состоянии 08+. Полная толщина углеродной мишени составляет 5 мкг/см2. Необходимые для расчетов данные о скоростях переходов между различными конфигурациями ионов взяты из [7], а тормозные способности и параметры стрегглинга вычисляем так же, как это сделано в работе [6]. На рис. 2 показаны аналогичные спектры для ионов 22 Ме. Необходимые данные взятые из [8, 9].
Наши вычисления показывают, что измерения по схеме двух пленок в условиях, где сорт и энергия ионов, а также толщина мишеней были бы близки к тем, в которых выполнены характерные эксперименты последнего времени по прохождению многозарядных ионов через тонкие пленки, хорошо соответствуют задаче выявить механизм влияния промежуточных возбуждений ионов на различие их торможения в твердом теле и газах до достижения зарядового равновесия между фракциями проходящего пучка.
Авторы благодарны проф. П. Моклеру за обсуждение.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 04-02-16742).
Литература
1. Bohr N. // Phylos. Mag. 1913. 25. P. 10.
2. Bethe H. // Ann. of Phys. (Leipzig). 1930. 5. P. 325.
3. Ogawa H., Portillo M., Fettouhi A., Gessel H. // Int. Conf. ICACS-2004 (Genova, Italy). Book of Abstracts. P. 33.
4. Mokier P.H. // Частное сообщение.
5. Балашов В.В., Бибиков A.B., Бодренко И.В. // ЖЭТФ. 1999. 111. Р. 2226.
6. Balashov V.V. // Nucl.Instrum. Methods Phys. Res. 2003. B205. P. 813.
7. Rosner В., Datz S., Wu W. // Phys. Rev. 1998. A57. P. 2737.
8. Blazeisic A., Bohlen H.G., von Oertzen W. // Phys. Rev. A61. P. 032901.
9. Blazeisic A., Bohlen H.G., von Oertzen W. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 2002. B190. P. 64.
Поступила в редакцию 24.12.04
