Способ определения сечений ионизации положительных ионов релятивистскими электронами

(19) 4 С 01 Т 1/34 ЕНИЯ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ МИЫЫьа ядерных рельштеи Кга196 1,СЕЧЕНИЙВ РЕЛЯ -(5 ИО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 3471033/18-2116.07.82.07.07.86,Бюл. У 25Объединенный институтедованийИ.В.Кузнецов, Э.А.ПеД.Ширков621,384 (088.8)Эо 1 сег К,Т.,Нагг 1 зоп М,Р.ешапп Р.С. Ргос.Ко. Бос,367, 1961,аг 1 зоп Т.А.,Нип М.Езе М,О Роуз,меч 151, 4ЭТФ, 80, вып,3, 916, 198(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯИЗАЦИИ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ИОНО(21) (22) (46) (71) иссл (72) и Г, (53) (56)Троп А 264 ТИВИСТСКИМИ ЭЛЕКТРОНАМИ, включающий формирование электронно-ионногопучка в магнитном поле, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения энергетической областиопределения сечений, повьппенияинформативности и упрощения методаизмерения, формируют электронно-ионный пучок в виде кольца, измеряютток вторичных электронов и тормозное излучение ионизирующих электронов на ионах, определяют полное сечение ионизации, а затем путем сравнения временной зависимости полногосечения с расчетными значениями прямой и Оже-ионизации находят парциальные сечения этих процессов.068855 5 10 5 20 25 30 35 40 45 50 1 1Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к коллективным методам ускорения ионов, иможет быть использовано при изучении ионизационных процессов вэлектронно-ионных пучках,Известен способ измерения сечения последовательной ионизации положительных ионовэлектронным ударом, заключающийся в том, что ионизацию производят в пересекающихсяионном и электронном пучках, а сече"ние ионизации определяют путем измерения выхода. ионов более высокойзарядности,Недостатками способа являютсянизкая чувствительность и невысокаядостижимая зарядность исследуемыхионов.Известен способ измерения распределения числа ионов по зарядностям,заключающийся в том, что в нейтральных атомах исследуемого элемента производят ионизацию (рентгеновским излучением 1 определенной внутренней оболочки атома, а затем измеряют спектр зарядностей ионов,образуемых в результате Оже-переходов.Однако метод применим только дляисследования нейтральных атомов инизкозарядных ионов.Наиболее близким к изобретениюявляется способ измерения сеченийионизации положительных ионов электронным ударом в ионной ловушке, заключающийся в том, что в начальныймомент времени вводят низкозарядныеионы в сформированный в магнитномполе электронный пучок, затем вразличные моменты от начала процессаионизации ионы извлекают из электронно-ионного пучка и измеряют спектрызарядностей образовавшихся много-.зарядных ионов, Сечение последовательной ионизации определяют по выходам многозарядных ионов и по сопоставлению измеренной эволюцииопектра зарядностей ионов с вычисленной судят о вкладе разных ионизационных процессов,2ческий диапазон бомбардирующих электронов (около 300 кэВ).Цель изобретения - расширение энергетической области определения сечений, повышение информативности и упрощение метода измерения.Цель достигается тем, что согласно способу определения сечений ионизации положительных ионов релятивистскими электронами, включающему формирование электронно-ионного пучка в магнитном поле, формируют электрон-но-ионный пучок в виде кольца, измеряют ток вторичных электронов и тормозное излучение ионизирующих электронов на ионах, определяют полное сечение ионизации, а .затем путем сравнения временной зависимости полного сечения с расчетными значениями прямой и Оже-ионизации находят парциальные сечения этих процессов,Формируют в магнитном поле сгусток (кольцевой пучок) электронов, После поступления в электронное кольцо нейтральных атомов происходитобразование ионов электронным ударом.Образующиеся в процессе ионизации многозарядные ионы удерживаютсясобственным электрическим полемэлектронного кольца, а освобождающиеся при этом вторичные электроны выталкиваются собственным полемсгустка и регистрируются детекторомэлектронов, Выход вторичных электронов непосредственно отражаетвклад различных механизмов иониэации в процесс образования ионов и содержит информацио о величине сечений этих процессов, Расчетным путемпоказано, что в ионизации положительных ионов электронным ударомрелятивистскими электронами домини -рующими являются два механизма - прямая ионизация с удалением электронов из атома или иона в континууМ ивозбуждение или ионизация внутреннихатомных оболочек с последующим испусканием Оже-электронов, т.е.Ожеионизация, причем зависимости сечений этих ионизационных процессов отзарядности ионов сильно различаются,55 К недостаткам известного способа относятся разрушение электронно- ионного пучка при анализе, необходимость проведения многократных . измерений с целью получения полной картины эволюции спектра зарядностей ионов и ограниченный энергетиТаким образом, сечение иониэации положительных ионов электронным ударом можно определить путем измерения тока вторичных электронов и сопоставлением зависимости тока вторичных электронов от времени с расчет 1068855ными сечениями указанных ионизацион". ных процессов.Техническую реализацию способа рассмотрим на примере коллективного ускорителя тяжелых ионов электронными кольцами.В вакуумной камере с давлением около 1 Оторр электроны с энергией 20 МэВ в магнитном поле около 2 Тл формируются в кольцо с радиусом приблизительно 3,5 см и полуразмером сечения приблизительно 0,2 см.В кольце около 1 О электронов.1В начальный момент в кольцо впрысикиваются 210 атомов криптона и начинается процесс накопления положительных ионов. Освобождающиеся в процессе иониэации вторичные электроны выталкиваются из кольца с энергией около 50 кэВ и движутся вдоль магнитных силовых линий к детектору, За время накопления ионов освою бождается приблизительно 510 вторичных электронов, В качестве простейшего устройства для измерения тока вторичных электронов можно использовать кольцевой токоприемник, расположенный в вакуумной камере на расстоянии около 1 О см от кольца и соединенный с осциллографом с запоминающей трубкой.Если, например, принять эффективность регистрации электронов равной приблизительно 107, то при числей ионов криптона в кольце около 10 регистрируемый ток будет изменяться в пределах 100-0,1 кА.Ток вторичных электронов определяется плотностью тока электронного кольца ) е, числом исследуемых ионов, полным сечением ионизации и эффективностью регистрации электронов.В процессе накопления ионов в каждый момент времени в кольце будет .присутствовать некоторый набор ионов со средней зарядностью Е . Однако дисперсия по заряду максимальна для тяжелых ионов и составляет Ь 2 /А/А 4 0,07, где А - массовое число иона. В рассматриваемом примере с криптоном ь Я1,5 единиц заряда.Низкая плотность нейтральных атомов остаточного газа позволяет пренебречь ион-атомными столкновениями и этот процесс не увеличивает дисперсию ионов по заряду. Таким образом, ток вторичныхэлектронов равен Г 1) где и - число ионов в кольце;б(Е) =б(Е)б, - полное сечение иони зации, равное суммесечений прямой иОже-ионизации.Произведение 1 .я определяетсяв дополнительных, проводимых одно- О временно измерениях по тормозномуизлучению электронов кольца на ионах.Ошибка в измерении )еможет составлять приблизительно 1 ОХ.Эффективность регистрации вто ричных электронов рассчитываетсяили определяется экспериментальнодля конкретного регистрирующего уст"ройства с точностью приблизительно до 10 Х.20 На чертеже приведены вычисленныевыходы вторичных электронов в зависимости от времени и достижимой кэтому моменту средней зарядностиионов криптона,25 По оси ординат отложен ток вторичных электронов в микроамперах, апо оси абсцисс - время удержанияионов в электронном кольце в миллисекундах и вычисленные средние зарядности ионов криптона, достигаемыеими в соответствующие моменты времени.Зависмость 1 отображает полныйрегистрируемый ток вторичных электронов при условии, что б(2) == б 1(2)6 Д), зависимость 2 - частьполного тока, обусловленная прямойионизацией, зависимость 3 - долютока за счет эффекта Оже-ионизациизависимость 4 - фон, обусловленный 40 накоплением в кольце ионов остаточного газа (в основном азот) в вакуумной камере.Фоновый ток можно снизить, добиваясь более глубокого вакуума 45 или учесть путем измерения в дополнительных опытах.Таким образом, путем измерениятока вторичных электронов и тормозного излучения электронов на ионах 50 в соответствии с выражением Д) находится экспериментальное значениеполного сечения ионизации положительных ионов электронным ударом взависимости от заряда иона.55 . На основе измеренной зависимостиполного сечения ионизации от заряда иона можно найти парциальные сечения (долю, прямой и Оже-ионизации.1068855 Продолжение таблицы 16 28 Редактор Л.Письман Техред Л.Олейник Корректор Г.Решетник Заказ 3724/1 Тираж 728Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5