Потери энергии и энергетический страгглинг при столкновениях быстрых заряжённых частиц с атомами
Старший преподаватель, канд. физ.-мат. наук
Северный (Арктический) федеральный университет имени , Архангельск, Россия
E–mail: *****@***ru
Потери энергии быстрыми заряженными частицами при столкновениях с атомами рассмотрены на основе приближения эйконала. Показано [1], что непертурбативный вклад в эффективное торможение от области промежуточных (сравнимых с характерными размерами электронных оболочек мишени) параметров удара может оказаться значительным, по сравнению с оболочечными поправками к формуле Бете-Блоха, рассчитываемыми в первом порядке теории возмущений. Предложена формула [2] для оценок непертурбативного вклада от области промежуточных параметров удара. Продемонстрировано при каких упрощающих предположениях формула Бете-Блоха может быть получена в приближении эйконала. Показано, что учет непертурбативных эффектов при больших значениях заряда налетающей частицы приводит к значительным (до 50\%) поправкам к формуле Бете-Блоха. Проведен анализ области применимости формулы Бете-Блоха при изменении параметров столкновения (заряда снаряда, относительной скорости столкновения). В качестве примеров рассчитаны потери энергии быстрых высокозарядных ионов на атомах неона, аргона, крипона и ксенона, проведено сравнение с экспериментальными данными. Показано, что учет непертурбативных оболочечных поправок приводит к заметному улучшению согласия с экспериментом по сравнению с расчетами по формуле Бете-Блоха со стандартными поправками в общепринятой области ее применения.
Среднеквадратичные флуктуации (страгглинг) [3] потерь энергии быстрыми заряженными частицами при столкновениях с атомами рассмотрены на основе приближения эйконала [1,2]. Результат представлен в виде формулы Фано с непертурбативной поправкой. Указано, что известная непертурбативная формула Титейка (выведенная [4] на основе подхода Блоха и переходящая в формулу Фано [5] при применимости теории возмущений) получается лишь в результате определенных пренебрежений в эйкональных расчетах. Показано, что учет непертурбативных эффектов при больших зарядах снаряда может приводить к значительным (до десяти раз) [6] изменениям флуктуаций по сравнению с результатами Титейка, Фано и Бора. Найдены аналитические аппроксимации поправок к формулам Фано и Титейка. В качестве примера рассчитаны флуктуации потерь энергии быстрых высокозарядных ионов на атомах водорода, меди и серебра, в последних двух случаях проведено сравнение с экспериментальными данными. Отмечено заметно лучшее согласие результатов наших расчётов с экспериментами, по сравнению с расчетами по формулам Бора, Фано и Титейка.
Литература
[1] , , // ЖЭТФ, том 139, стр. 868, 2011.
[2] , // Письма в ЖЭТФ, том 94, стр. 3, 2011.
[3] Sigmund P. K., Dan. Vidensk. Selsk. Mat. Fys. Medd,. V 52, 557, 2006.
[4] Titeica S. Bul. Soc. Romanaie Phys. V 38, 81, 1939.
[5] Fano U. Ann. Rev. Nucl. Sci. V 13, 1, 1963.
[6] , // Письма в ЖЭТФ, том 95, стр. 131, 2012.
