Рассеяние электронов

Отклонение электронов от их первоначальных траекторий

Рассеивание электронов происходит, когда электроны смещаются со своей первоначальной траектории . Это происходит из-за электростатических сил во взаимодействии с материей или, ^{[2] [3]} если присутствует внешнее магнитное поле, электрон может быть отклонен силой Лоренца . ^{[4] [5]} Такое рассеяние обычно происходит с твердыми телами, такими как металлы, полупроводники и изоляторы; ^[6] и является ограничивающим фактором в интегральных схемах и транзисторах. ^[2]

Рассеяние электронов имеет множество применений, начиная от использования быстрых электронов в электронных микроскопах до очень высоких энергий для адронных систем, что позволяет измерять распределение зарядов для нуклонов и ядерную структуру . ^{[7] [8]} Рассеяние электронов позволило нам понять, что протоны и нейтроны состоят из более мелких элементарных субатомных частиц, называемых кварками . ^[2]

Электроны могут рассеиваться в твердом теле несколькими способами:

• Вовсе нет : рассеяния электронов не происходит, и луч проходит насквозь.
• Однократное рассеяние : когда электрон рассеивается только один раз.
• Множественное рассеяние : когда электрон(ы) рассеиваются несколько раз.
• Многократное рассеяние : когда электрон(ы) рассеиваются много раз.

Вероятность рассеяния электронов и степень рассеяния являются вероятностной функцией толщины образца и длины свободного пробега. ^[6]

История

Принцип электрона был впервые теоретически обоснован в период 1838–1851 гг. натурфилософом по имени Ричард Лэминг , который предположил существование субатомных единичных заряженных частиц; он также изобразил атом как «электросферу» из концентрических оболочек электрических частиц, окружающих материальное ядро. ^{[9] [примечание 3]}

Принято считать, что Дж. Дж. Томсон первым открыл электрон в 1897 году, хотя другими выдающимися участниками развития теории заряженных частиц являются Джордж Джонстон Стони (который ввел термин «электрон»), Эмиль Вихерт (который первым опубликовал свое независимое открытие электрона), Вальтер Кауфман , Питер Зееман и Хендрик Лоренц . ^[10]

Комптоновское рассеяние впервые наблюдалось в Университете Вашингтона в Сент-Луисе в 1923 году Артуром Комптоном , который получил Нобелевскую премию по физике 1927 года за это открытие; его аспирант YH Woo, который впоследствии подтвердил результаты, также заслуживает упоминания. Комптоновское рассеяние обычно упоминается в отношении взаимодействия, в котором участвуют электроны атома, однако ядерное комптоновское рассеяние существует. ^{[ необходима цитата ]}

Первый эксперимент по дифракции электронов был проведен в 1927 году Клинтоном Дэвиссоном и Лестером Джермером с использованием того, что впоследствии стало прототипом современной системы LEED . ^[11] Эксперимент продемонстрировал волнообразные свойства электронов, ^{[примечание 4]} тем самым подтвердив гипотезу де Бройля о том, что частицы материи имеют волнообразную природу. ^{[ требуется цитата ]} Однако после этого интерес к LEED снизился в пользу дифракции электронов высокой энергии.

до начала 1960-х годов, когда интерес к LEED возродился; в этот период следует упомянуть Х. Э. Фарнсворта, который продолжал разрабатывать методы LEED. ^[11]

История встречных пучков электронов высокой энергии начинается в 1956 году, когда К. О'Нил из Принстонского университета заинтересовался столкновениями электронов высокой энергии и выдвинул идею инжекции ускорителя(ей) в накопительное кольцо(я). Хотя идея столкновений пучков существовала примерно с 1920-х годов, немецкий патент на аппарат встречных пучков был получен Рольфом Видероэ только в 1953 году . ^[12]

Феномены

Электроны могут рассеиваться другими заряженными частицами посредством электростатических кулоновских сил. Кроме того, если присутствует магнитное поле, движущийся электрон будет отклоняться силой Лоренца. Чрезвычайно точное описание всего рассеяния электронов, включая квантовые и релятивистские аспекты, дается теорией квантовой электродинамики.

сила Лоренца

Путь электрона со скоростью v, движущегося в магнитном поле B. Где пунктирный круг обозначает магнитное поле, направленное из плоскости, а перечеркнутый круг обозначает магнитное поле, направленное в плоскость.

Сила Лоренца, названная в честь голландского физика Хендрика Лоренца , для заряженной частицы q определяется (в единицах СИ ) уравнением: ^[13]

${\displaystyle {\boldsymbol {F}}=q{\boldsymbol {E}}+q{\boldsymbol {v}}\times {\boldsymbol {B}}}$

где q E описывает электрическую силу, вызванную текущим электрическим полем E , действующим на q .
А q v × B описывает магнитную силу, вызванную текущим магнитным полем B , действующим на q, когда q движется со скоростью v . ^{[13] [14]}

Это также можно записать так:

${\displaystyle {\boldsymbol {F}}=q[-\nabla \phi -{\frac {d{\boldsymbol {A}}}{dt}}+\nabla ({\boldsymbol {A}}\cdot {\boldsymbol {v}})]}$

где - электрический потенциал , а - магнитный векторный потенциал . ^[15] ${\displaystyle \phi }$

Оливеру Хевисайду приписывают в 1885 и 1889 годах первый вывод правильного выражения для силы Лоренца q v × B. ^[16] Хендрик Лоренц вывел и усовершенствовал эту концепцию в 1892 году и дал ей свое имя, ^[17] включив силы , обусловленные электрическими полями.
Переписав это как уравнение движения для свободной частицы с зарядом q массой m , это становится: ^[13]

${\displaystyle m{\frac {d{\boldsymbol {v}}}{dt}}=q{\boldsymbol {E}}+q{\boldsymbol {v}}\times {\boldsymbol {B}}}$

или

${\displaystyle m{\frac {d\gamma {\boldsymbol {v}}}{dt}}=q{\boldsymbol {E}}+q{\boldsymbol {v}}\times {\boldsymbol {B}}}$

в релятивистском случае с использованием сокращения Лоренца , где γ равно: ^[18]

${\displaystyle \gamma (v)\equiv {\frac {1}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}}$

Это уравнение движения было впервые проверено в 1897 году в эксперименте Дж. Дж. Томсона по исследованию катодных лучей, который подтвердил, посредством изгиба лучей в магнитном поле, что эти лучи представляют собой поток заряженных частиц, теперь известных как электроны. ^{[10] [13]}

Вариации этой базовой формулы описывают магнитную силу, действующую на провод с током (иногда называемую силой Лапласа), электродвижущую силу в проволочном контуре, движущемся через магнитное поле (аспект закона индукции Фарадея), и силу, действующую на частицу, которая может двигаться со скоростью, близкой к скорости света (релятивистская форма силы Лоренца).

Электростатическая сила Кулона

Абсолютное значение силы F между двумя точечными зарядами q и Q связано с расстоянием r между точечными зарядами и простым произведением их зарядов. На схеме показано, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.

На изображении вектор F ₁ — это сила, испытываемая q ₁ , а вектор F ₂ — это сила, испытываемая q ₂ . Когда q ₁ q ₂ > 0, силы отталкивающие (как на изображении), а когда q ₁ q ₂ < 0, силы притягивающие (противоположно изображению). Величина сил всегда будет одинаковой. В этом случае: где вектор, — это векторное расстояние между зарядами и, (единичный вектор, указывающий от q ₂ к q ₁ ). Векторная форма уравнения выше вычисляет силу F _{1 ,} приложенную к q ₁ со стороны q ₂ . Если вместо этого использовать r ₂₁ , то можно найти воздействие на q _{2 . Его также можно вычислить с помощью} третьего закона Ньютона : F ₂ = − F ₁ . ${\displaystyle \mathbf {F} =k{\frac {q_{1}q_{2}}{|\mathbf {r} _{12}|^{2}}}\mathbf {\hat {r_{12}}} ={\frac {q_{1}q_{2}}{4\pi \epsilon _{0}|\mathbf {r_{12}} |^{2}}}\mathbf {\hat {r_{12}}} }$

${\displaystyle {\boldsymbol {r_{12}}}={\boldsymbol {r_{1}-r_{2}}}}$
${\displaystyle {\boldsymbol {{\hat {r}}_{12}}}={{\boldsymbol {r_{12}}}/|{\boldsymbol {r_{12}}}|}}$

Электростатическая кулоновская сила, также известная как кулоновское взаимодействие и электростатическая сила , названная в честь Шарля Огюстена де Кулона , опубликовавшего результат в 1785 году, описывает притяжение или отталкивание частиц из-за их электрического заряда. ^[19]

Закон Кулона гласит:

Величина электрической силы между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. ^{[20] [примечание 5]}

Величина электростатической силы пропорциональна скалярному кратному величины заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния (т.е. закон обратных квадратов ) и определяется по формуле:

${\displaystyle F={\frac {|q_{1}q_{2}|}{4\pi \epsilon _{0}r^{2}}}}$

или в векторной записи:

${\displaystyle {\boldsymbol {F}}={\frac {q_{1}q_{2}}{4\pi \epsilon _{0}|{\boldsymbol {r}}|^{2}}}{\boldsymbol {\hat {r}}}}$

где q ₁ , q ₂ — два точечных заряда;^ггде ε 0 — направление единичного вектора расстояния r между зарядами, а ε ₀ — диэлектрическая проницаемость свободного пространства, выраженная в единицах СИ как: ^[20]

${\displaystyle \epsilon _{0}\approx \mathrm {8.854\times 10^{-12}~C^{2}{\cdot }N^{-1}{\cdot }m^{-2}} }$

Направления сил, оказываемых двумя зарядами друг на друга, всегда идут вдоль прямой линии, соединяющей их (кратчайшее расстояние), и являются векторными силами бесконечного диапазона и подчиняются третьему закону Ньютона, будучи равными по величине и противоположно направленными. Кроме того, когда оба заряда q ₁ и q ₂ имеют одинаковый знак (либо оба положительные, либо оба отрицательные), силы между ними отталкивающие, если они имеют противоположный знак, то силы притягивающие. ^{[20] [21]} Эти силы подчиняются важному свойству, называемому принципом суперпозиции сил , который гласит, что если был введен третий заряд, то общая сила, действующая на этот заряд, является векторной суммой сил, которые были бы приложены другими зарядами по отдельности, это справедливо для любого числа зарядов. ^[20] Однако закон Кулона был сформулирован для зарядов в вакууме , если пространство между точечными зарядами содержит вещество, то диэлектрическая проницаемость вещества между зарядами должна быть учтена следующим образом:

${\displaystyle F={\frac {|q_{1}q_{2}|}{4\pi \varepsilon _{0}\varepsilon _{\text{r}}r^{2}}}}$

где ε _r — относительная диэлектрическая проницаемость пространства, через которое действует сила, и она безразмерна. ^[20]

Столкновения

Если две частицы взаимодействуют друг с другом в процессе рассеяния, то после взаимодействия возможны два результата: ^[22]

Эластичный

Упругое рассеяние происходит, когда столкновения между целевыми и падающими частицами имеют полное сохранение кинетической энергии. ^[23] Это подразумевает, что нет никакого разрушения частиц или потери энергии через вибрации, ^{[23] [24]} то есть, что внутренние состояния каждой из частиц остаются неизменными. ^[22] В связи с тем, что нет никакого разрушения, упругие столкновения можно моделировать как происходящие между точечными частицами, ^[24] принцип, который очень полезен для элементарной частицы, такой как электрон. ^[22]

Неэластичный

Неупругое рассеяние происходит, когда столкновения не сохраняют кинетическую энергию, ^{[23] [24]} и, таким образом, внутренние состояния одной или обеих частиц изменились. ^[22] Это происходит из-за того, что энергия преобразуется в колебания, которые можно интерпретировать как тепло, волны (звук) или колебания между составными частицами любой из сторон столкновения. ^[23] Частицы также могут разделяться, дополнительная энергия может быть преобразована в разрыв химических связей между компонентами. ^[23]

Более того, импульс сохраняется как при упругом, так и при неупругом рассеянии. ^[23] Другими результатами, помимо рассеяния, являются реакции, в которых структура взаимодействующих частиц изменяется, образуя две или более, как правило, сложных частиц, а также создание новых частиц, которые не являются составными элементарными частицами взаимодействующих частиц. ^{[22] [23]}

Другие типы рассеяния

Рассеяние электронов и молекул

Рассеяние электронов изолированными атомами и молекулами происходит в газовой фазе. Оно играет ключевую роль в физике и химии плазмы и важно для таких приложений, как физика полупроводников. Рассеяние электронов на молекулах/атомах обычно рассматривается с помощью квантовой механики. Ведущим подходом к вычислению сечений является использование метода R-матрицы .

Комптоновское рассеяние

Диаграмма Фейнмана для комптоновского рассеяния

Комптоновское рассеяние , названное так в честь Артура Комптона , который впервые наблюдал этот эффект в 1922 году и за который он получил Нобелевскую премию по физике в 1927 году; ^[25] представляет собой неупругое рассеяние фотона высокой энергии свободной заряженной частицей. ^{[26] [примечание 6]}

Это было продемонстрировано в 1923 году путем пропускания излучения заданной длины волны (в данном случае рентгеновских лучей) через фольгу (углеродную мишень), которая рассеивалась способом, несовместимым с классической теорией излучения. ^{[26] [примечание 7]} Комптон опубликовал статью в Physical Review, объясняющую это явление: Квантовая теория рассеяния рентгеновских лучей легкими элементами . ^[27] Эффект Комптона можно понимать как высокоэнергетические фотоны, рассеивающиеся неупруго на отдельных электронах, ^[26] когда входящий фотон отдает часть своей энергии электрону, тогда рассеянный фотон имеет более низкую энергию, более низкую частоту и большую длину волны в соответствии с соотношением Планка : ^[28]

${\displaystyle E=h\nu =hf}$

что дает энергию E фотона через частоту f или ν и постоянную Планка h (6,626 × 10 ⁻³⁴  Дж⋅с =4,136 × 10−15  эВ⋅с ). ^[29] Изменение длины волны при таком рассеянии зависит только от угла рассеяния для данной целевой частицы. ^{[28] [ 30]}

Это было важным открытием в 1920-х годах, когда корпускулярная (фотонная) природа света, предполагаемая фотоэлектрическим эффектом, все еще обсуждалась, эксперимент Комптона дал четкие и независимые доказательства корпускулярного поведения. ^{[25] [30]}

Формула, описывающая комптоновский сдвиг длины волны вследствие рассеяния, имеет вид:

${\displaystyle \lambda _{\text{f}}-\lambda _{\text{i}}={\frac {h}{m_{\text{e}}c}}(1-\cos \theta )}$

где λ _f — конечная длина волны фотона после рассеяния, λ _i — начальная длина волны фотона до рассеяния, h — постоянная Планка, m _e — масса покоя электрона, c — скорость света, а θ — угол рассеяния фотона. ^{[25] [30]}

Коэффициент (1 − cos  θ ) известен как длина волны Комптона , но на самом деле является константой пропорциональности для сдвига длины волны. ^[31] Столкновение приводит к увеличению длины волны фотона где-то между 0 (для угла рассеяния 0°) и удвоенной длиной волны Комптона (для угла рассеяния 180°). ^[32]

Рассеяние Томсона является классической упругой количественной интерпретацией процесса рассеяния, ^[26] и это можно увидеть, когда это происходит с фотонами с более низкой, средней энергией. Классическая теория электромагнитной волны, рассеянной заряженными частицами, не может объяснить сдвиги длины волны с низкой интенсивностью.

Обратное комптоновское рассеяние происходит, когда электрон движется и имеет достаточную кинетическую энергию по сравнению с фотоном. В этом случае чистая энергия может передаваться от электрона к фотону. Обратный комптоновский эффект наблюдается в астрофизике, когда фотон низкой энергии (например, реликтового излучения) отражается от электрона высокой энергии (релятивистского). Такие электроны образуются в сверхновых и активных ядрах галактик. ^[26]

Рассеяние Мёллера

Диаграмма Мёллера-рассеяния Фейнмана

Рассеивание Мотта

Бхабха рассеивание

Тормозное рассеяние

Глубокое неупругое рассеяние

Синхротронное излучение

Если заряженная частица, такая как электрон, ускоряется — это может быть ускорение по прямой линии или движение по криволинейной траектории — частица испускает электромагнитное излучение. В электронных накопительных кольцах и кольцевых ускорителях частиц, известных как синхротроны , электроны изгибаются по круговой траектории и обычно испускают рентгеновские лучи. Это радиально испускаемое ( ) электромагнитное излучение при ускорении заряженных частиц называется синхротронным излучением . ^[33] Оно производится в синхротронах с использованием изгибающих магнитов, ондуляторов и/или вигглеров . ^{[ требуется ссылка ]} ${\displaystyle {\boldsymbol {a}}\perp {\boldsymbol {v}}}$

Первое наблюдение было сделано в исследовательской лаборатории General Electric в Скенектади, штат Нью-Йорк, 24 апреля 1947 года в синхротроне, построенном группой Герба Поллака для проверки идеи принципа фазовой стабильности для ускорителей ВЧ. ^{[примечание 8]} Когда техника попросили осмотреть экранирование с помощью большого зеркала, чтобы проверить наличие искр в трубке, он увидел яркую дугу света, исходящую от электронного пучка. Считается, что Роберт Ленгмюр распознал это как синхротронное излучение или, как он его назвал, «излучение Швингера» в честь Джулиана Швингера . ^[34]

Классически мощность излучения P ускоренного электрона равна:

${\displaystyle P={\frac {2}{3}}{\frac {e^{2}}{4\pi \varepsilon _{0}c^{2}}}a^{2}}$

это следует из формулы Лармора ; где ε ₀ — диэлектрическая проницаемость вакуума , e — элементарный заряд , c — скорость света , a — ускорение. В пределах круговой орбиты, такой как накопительное кольцо, нерелятивистский случай — это просто центростремительное ускорение. Однако в накопительном кольце ускорение является в высшей степени релятивистским и может быть получено следующим образом:

${\displaystyle a_{\text{non-relativistic}}={\frac {v^{2}}{r}}\rightarrow a_{\text{relativistic}}={\frac {1}{m}}{\frac {dp}{d\tau }}={\frac {1}{m}}\gamma {\frac {d(\gamma mv)}{dt}}=\gamma ^{2}{\frac {dv}{dt}}=\gamma ^{2}{\frac {v^{2}}{r}}}$,

где v — круговая скорость, r — радиус кругового ускорителя, m — масса покоя заряженной частицы, p — импульс, τ — собственное время ( t / γ ), а γ — фактор Лоренца . Излучаемая мощность тогда становится:

${\displaystyle P={\frac {2}{3}}{\frac {e^{2}}{4\pi \varepsilon _{0}c^{2}}}\left({\frac {\gamma ^{2}v^{2}}{r}}\right)^{2}={\frac {2}{3}}{\frac {e^{2}}{4\pi \varepsilon _{0}c^{2}}}{\frac {\gamma ^{4}v^{4}}{r^{2}}}}$

Для высокорелятивистских частиц, скорость которых становится почти постоянной, фактор γ ⁴ становится доминирующей переменной при определении скорости потерь, что означает, что потери масштабируются как четвертая степень энергии частицы γmc ² ; а обратная зависимость потерь синхротронного излучения от радиуса свидетельствует в пользу строительства ускорителя как можно большего размера. ^[33]

Удобства

СЛАК

Аэрофотоснимок Стэнфордского центра линейного ускорителя с комплексом детекторов с правой (восточной) стороны.

Стэнфордский центр линейных ускорителей расположен недалеко от Стэнфордского университета , Калифорния. ^[35] Строительство линейного ускорителя длиной 3 километра (2 мили) началось в 1962 году и было завершено в 1967 году, а в 1968 году было обнаружено первое экспериментальное доказательство существования кварков, что привело к Нобелевской премии по физике 1990 года, которую разделили Ричард Тейлор из SLAC, Джером И. Фридман и Генри Кендалл из MIT. ^[36] Ускоритель имел мощность 20 ГэВ для ускорения электронов, и хотя он был похож на эксперимент Резерфорда по рассеянию, тот эксперимент работал с альфа-частицами всего с 7 МэВ. В случае SLAC падающей частицей был электрон, а мишенью — протон, и из-за короткой длины волны электрона (из-за его высокой энергии и импульса) он мог исследовать протон. ^[35] Стэнфордское позитронно-электронное асимметричное кольцо (SPEAR), добавленное к SLAC, сделало возможными дальнейшие подобные открытия, что привело к открытию в 1974 году частицы J/psi, которая состоит из пары очарованного кварка и антиочарованного кварка, и еще одной Нобелевской премии по физике в 1976 году. За этим последовало объявление Мартина Перла об открытии тау-лептона, за которое он разделил Нобелевскую премию по физике 1995 года. ^[36]

SLAC стремится стать ведущей ускорительной лабораторией, ^[37] чтобы заниматься стратегическими программами в области физики элементарных частиц, астрофизики элементарных частиц и космологии, а также приложениями для открытия новых лекарств для лечения, новых материалов для электроники и новых способов производства чистой энергии и очистки окружающей среды. ^[38] Под руководством Чи-Чан Као, пятого директора SLAC (по состоянию на ноябрь 2012 года), известный ученый-рентгенолог, который пришел в SLAC в 2010 году, чтобы работать в качестве заместителя директора лаборатории источника света синхротронного излучения Стэнфорда. ^[39]

БаБар

SSRL – Стэнфордский источник синхротронного излучения

Другие научные программы, реализуемые в SLAC, включают: ^[40]

• Расширенные исследования ускорителей
• ATLAS/Большой адронный коллайдер
• Теория элементарных частиц
• EXO – Обсерватория обогащенного ксенона
• FACET – Центр экспериментальных испытаний усовершенствованных ускорителей
• Космический гамма-телескоп Ферми
• Geant4
• KIPAC – Институт астрофизики и космологии им. Кавли
• LCLS - источник когерентного света линейного ускорителя
• LSST – Большой синоптический обзорный телескоп
• NLCTA – Тестовый ускоритель следующего линейного коллайдера
• Стэнфордский институт PULSE
• SIMES – Стэнфордский институт материаловедения и энергетики
• Центр изучения интерфейсов и катализа SUNCAT
• Super CDMS – сверхкриогенный поиск темной материи

Завод балок RIKEN RI

RIKEN был основан в 1917 году как частный исследовательский фонд в Токио и является крупнейшим в Японии всеобъемлющим исследовательским учреждением. Быстро увеличившись в размерах и сфере деятельности, сегодня он известен высококачественными исследованиями в самых разных научных дисциплинах и охватывает сеть исследовательских центров и институтов мирового класса по всей Японии. ^[41]

Фабрика пучков RIKEN RI , также известная как Центр RIKEN Nishina (для науки на основе ускорителей), представляет собой исследовательский центр на базе циклотрона, который начал работу в 2007 году; спустя 70 лет после первого в Японии циклотрона, созданного доктором Ёсио Нисиной , чьё имя носит этот центр. ^[42]

По состоянию на 2006 год, объект имеет комплекс ускорителей тяжелых ионов мирового класса. Он состоит из кольцевого циклотрона K540-MeV (RRC) и двух различных инжекторов: линейного ускорителя тяжелых ионов переменной частоты (RILAC) и циклотрона AVF K70-MeV (AVF). Он имеет сепаратор осколков снаряда (RIPS), который обеспечивает пучки RI (радиоактивных изотопов) менее 60 а.е.м., самые интенсивные в мире пучки RI с легкой атомной массой. ^[43]

Под надзором Центра Нишина, RI Beam Factory используется пользователями по всему миру, продвигая исследования в области ядерной, элементарной и адронной физики. Это продвижение исследований в области применения ускорителей является важной миссией Центра Нишина и реализует использование как отечественных, так и зарубежных ускорительных установок. ^[44]

СКРИПТ

В настоящее время на заводе по производству пучков RIKEN RI (RIBF) в Японии строится установка SCRIT (Self-Confining Radioactive isotope Ion Target) . Целью проекта является исследование короткоживущих ядер с помощью теста упругого рассеяния электронов распределения плотности заряда, при этом первоначальное тестирование проводится со стабильными ядрами. Первое рассеяние электронов на нестабильных изотопах Sn должно состояться в 2014 году. ^[45]

Исследование короткоживущих радиоактивных ядер (RI) с помощью электронного рассеяния никогда не проводилось из-за невозможности сделать эти ядра мишенью, ^[46] теперь с появлением новой самоограничивающейся техники RI на первой в мире установке, посвященной изучению структуры короткоживущих ядер с помощью электронного рассеяния, это исследование стало возможным. Принцип техники основан на явлении захвата ионов, которое наблюдается на установках с электронными накопителями, ^{[примечание 9]} , что оказывает неблагоприятное воздействие на производительность электронных накопителей. ^[45]

Новая идея, которая будет использоваться в SCRIT, заключается в использовании захвата ионов, чтобы позволить короткоживущим RI стать мишенью, как захваченные ионы на электронном пучке, для экспериментов по рассеянию. Эта идея была впервые проверена с использованием электронного накопительного кольца Киотского университета, KSR; это было сделано с использованием стабильного ядра ¹³³ Cs в качестве мишени в эксперименте с энергией электронного пучка 120 МэВ, типичным током накопленного пучка 75 мА и временем жизни пучка 100 секунд. Результаты этого исследования были благоприятными, упруго рассеянные электроны из захваченного Cs были четко видны. ^[45]

Смотрите также

• эффект Зеемана
• Физика элементарных частиц
• Дифракция низкоэнергетических электронов
• Квантовая электродинамика
• R-матрица

Примечания

1. Знаменатель дробной версии — это обратная величина десятичной дроби (вместе с ее относительной стандартной неопределенностью4,2 × 10−13 ^Да  ) .
2. Заряд электрона отрицателен по отношению к элементарному заряду , который для протона имеет положительное значение.
3. Дополнительные примечания можно найти в Laming, R. (1845): «Наблюдения над статьей профессора Фарадея относительно электрической проводимости и природы материи», Phil. Mag. 27, 420–423 и в Farrar, WF (1969). «Ричард Лэминг и угольно-газовая промышленность с его взглядами на структуру материи». Annals of Science . 25 (3): 243–53. doi :10.1080/00033796900200141.
4. Подробности можно найти в книге Ритчмейера, Кеннарда и Лауритсена (1955) по атомной физике.
5. В - Кулон (1785a) «Премьерные мемуары о электричестве и магнетизме», Histoire de l'Académie Royale des Sciences , страницы 569–577 - Кулон изучал силу отталкивания между телами, имеющими электрические заряды одного и того же знака:
   

   Страница 574  : Результат этих трех эссе, отталкивающее действие двух наэлектризованных мячей от природы, испытывающее электричество, соответствует обратному разуму расстояний.

   Перевод  : Из этих трех испытаний следует, что отталкивающая сила, которую оказывают друг на друга два шара, [которые были] наэлектризованы одним и тем же видом электричества, обратно пропорциональна квадрату расстояния.

   В – Кулон (1785b) «Второй мемуар о электричестве и магнетизме», Histoire de l'Académie Royale des Sciences , страницы 578–611. – Кулон показал, что противоположно заряженные тела подчиняются закону обратных квадратов притяжения.
6. В этом случае электрон. Если понятие «свободный» возникает из рассмотрения того, велика ли энергия фотона по сравнению с энергией связи электрона; тогда можно сделать приближение, что электрон свободен.
7. Например, рентгеновские фотоны имеют энергию в несколько кэВ. Таким образом, можно было наблюдать как сохранение импульса, так и энергии. Чтобы показать это, Комптон рассеял рентгеновское излучение на графитовом блоке и измерил длину волны рентгеновских лучей до и после того, как они были рассеяны, как функцию угла рассеяния. Он обнаружил, что рассеянные рентгеновские лучи имели большую длину волны, чем падающее излучение.
8. Масса частиц в циклотроне растет по мере увеличения энергии в релятивистском диапазоне. Более тяжелые частицы затем прибывают на электроды слишком поздно для того, чтобы радиочастотное (РЧ) напряжение фиксированной частоты ускорило их, тем самым ограничивая максимальную энергию частиц. Чтобы справиться с этой проблемой, в 1945 году Макмиллан в США и Векслер в Советском Союзе независимо предложили уменьшать частоту РЧ напряжения по мере увеличения энергии, чтобы поддерживать синхронизацию напряжения и частицы. Это было конкретным применением их принципа фазовой стабильности для РЧ ускорителей, который объясняет, как слишком быстрые частицы получают меньшее ускорение и замедляются относительно своих компаньонов, в то время как слишком медленные частицы получают большее ускорение и ускоряются, тем самым приводя к стабильному пучку частиц, которые ускоряются вместе.
9. Остаточные газы в накопительном кольце ионизируются циркулирующим электронным пучком. После ионизации они захватываются электронным пучком поперечно. Поскольку захваченные ионы остаются на электронном пучке и выбивают электроны с орбиты, результаты этого захвата ионов вредны для производительности электронных накопителей. Это приводит к сокращению срока службы пучка и даже к нестабильности пучка, когда захват становится серьезным. Таким образом, до сих пор было приложено много усилий для снижения негативных эффектов захвата ионов

Ссылки

1. "CODATA Internationally recommended values ​​of the Fundamental Physical Constants". База данных справочных стандартов NIST 121. Национальный институт стандартов и технологий . Получено 23 ноября 2013 г.
2. "рассеивание электронов". Encyclopaedia Britannica . Encyclopaedia Britannica, Inc . Получено 13 октября 2013 г. .
3. "Рассеяние электронов в твердых телах". ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН . Отделение прикладной математики и математической физики . Получено 13 октября 2013 г.
4. Хау, Джеймс; Фульц, Брент (2008). Просвечивающая электронная микроскопия и дифрактометрия материалов (3-е изд.). Берлин: Springer. ISBN 978-3-540-73885-5.
5. Kohl, L. Reimer, H. (2008). Просвечивающая электронная микроскопия физики формирования изображения (5-е изд.). Нью-Йорк: Springer. ISBN 978-0-387-34758-5.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
6. "Рассеивание электронов". MATTER . Ливерпульский университет. Архивировано из оригинала 15 октября 2013 года . Получено 13 октября 2013 года .
7. B. Frois; I. Sick, ред. (1991). Современные темы в электронном рассеянии . Сингапур: World Scientific. Bibcode :1991mtes.book.....F. ISBN 978-9971509750.
8. Drechsel, D.; Giannini, MM (1989). "Рассеяние электронов на ядрах". Reports on Progress in Physics . 52 (9): 1083. Bibcode :1989RPPh...52.1083D. doi :10.1088/0034-4885/52/9/002. S2CID  250912319.
9. Арабатзис, Теодор (2005). Представление электронов: биографический подход к теоретическим сущностям . Чикаго: Издательство Чикагского университета. ISBN 978-0226024219.
10. Springford, Michael, ed. (1997). Electron : a centenary volume (1st ed.). Кембридж [ua]: Cambridge Univ. Press. ISBN 978-0521561303.
11. Pendry, JB (1974). Дифракция электронов низкой энергии: теория и ее применение для определения структуры поверхности . Лондон: Academic Press. ISBN 978-0125505505.
12. PANOFSKY, WKH (10 июня 1998 г.). "НЕКОТОРЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ О РАННЕЙ ИСТОРИИ РАССЕЯНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ". International Journal of Modern Physics A . 13 (14): 2429–2430. Bibcode :1998IJMPA..13.2429P. doi :10.1142/S0217751X98001219.
13. Фицпатрик, Ричард. «Сила Лоренца». Техасский университет.
14. Nave, R. "Закон силы Лоренца". гиперфизика . Университет штата Джорджия . Получено 1 ноября 2013 г.
15. Weisstein, Eric W. "Lorentz Force". scienceworld . wolfram research . Получено 1 ноября 2013 г. .
16. Дарриголь, Оливье (2000). Электродинамика от Ампера до Эйнштейна (переиздание). Оксфорд [ua]: Oxford Univ. Press. ISBN 978-0198505945.
17. Куртус, Рон. «Сила Лоренца на электрические заряды в магнитном поле». Школа чемпионов Рона Куртуса . Школа чемпионов. Архивировано из оригинала 16 сентября 2013 года . Получено 6 ноября 2013 года .
18. Сэндс, Фейнман, Лейтон (2010). Главным образом электромагнетизм и материя (ред. New millennium). Нью-Йорк: Basic Books. ISBN 9780465024162.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
19. "Сила Кулона". Encyclopaedia Britannica . Получено 21 ноября 2013 г.
20. Хью Д. Янг; Роджер А. Фридман; А. Льюис Форд (2007). Университетская физика Сирса и Земанси: с современной физикой (12-е изд.). Сан-Франциско: Pearson Addison Wesley. стр. 716–719, 830. ISBN 9780321501301.
21. Nave, R. "Закон Кулона". гиперфизика . Университет штата Джорджия . Получено 21 ноября 2013 г.
22. Копалейшвили, Теймураз (1995). Теория столкновений: (краткий курс) . Сингапур [ua]: World Scientific. Bibcode :1995ctsc.book.....K. ISBN 978-9810220983.
23. "Упругие и неупругие столкновения в физике частиц". SLAC . Стэнфордский университет . Получено 21 октября 2013 г. .
24. "Scattering". physics.ox . Оксфордский университет. Архивировано из оригинала 23 октября 2013 года . Получено 21 октября 2013 года .
25. Nave, R. "Compton Scattering". hyperphysics . Georgia State University . Получено 28 ноября 2013 г.
26. Neakrase, Jennifer; Neal, Jennifer; Venables, John. "Photoelectrons, Compton and Inverse Compton Scattering". Dept of Physics and Astronomy . Arizona State University . Получено 28 ноября 2013 г.
27. Комптон, Артур (май 1923 г.). «Квантовая теория рассеяния рентгеновских лучей легкими элементами». Physical Review . 21 (5): 483–502. Bibcode :1923PhRv...21..483C. doi : 10.1103/PhysRev.21.483 .
28. Nave, R. "Compton Scattering". hyperphysics . Georgia State University . Получено 28 ноября 2013 г.
29. Nave, R. "The Planck Hypothesis". hyperphysics . Georgia State University . Получено 28 ноября 2013 г.
30. "Compton Scattering". Центр образовательных ресурсов NDT . Университет штата Айова . Получено 28 ноября 2013 г.
31. Джонс, Эндрю Циммерман. "Эффект Комптона". About.com Physics . About.com. Архивировано из оригинала 3 декабря 2013 года . Получено 28 ноября 2013 года .
32. Даффи, Эндрю; Лоуи, Али. «Эффект Комптона». Физический факультет Бостонского университета . Бостонский университет . Получено 28 ноября 2013 г.
33. Nave, R. "Синхротронное излучение". hyperphysics . Georgia State University . Получено 5 декабря 2013 г.
34. Робинсон, Артур Л. «ИСТОРИЯ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ». Центр рентгеновской оптики и усовершенствованных источников света . Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли . Получено 5 декабря 2013 г.
35. Walder, James; O'Sullivan, Jack. "The Stanford Linear Accelerator Center (SLAC)". Физический факультет . Оксфордский университет. Архивировано из оригинала 23 августа 2013 года . Получено 16 ноября 2013 года .
36. "История SLAC". Национальная ускорительная лаборатория SLAC . Стэнфордский университет . Получено 16 ноября 2013 г.
37. "Наше видение и миссия". Национальная ускорительная лаборатория SLAC . Стэнфордский университет. Архивировано из оригинала 28 ноября 2013 года . Получено 16 ноября 2013 года .
38. "Обзор SLAC". Национальная ускорительная лаборатория SLAC . Стэнфордский университет . Получено 16 ноября 2013 г.
39. "Director's Office". Национальная ускорительная лаборатория SLAC . Стэнфордский университет . Получено 16 ноября 2013 г.
40. "Научные программы". Национальная ускорительная лаборатория SLAC . Стэнфордский университет. Архивировано из оригинала 15 сентября 2015 года . Получено 16 ноября 2013 года .
41. "О РИКЕН". РИКЕН . РИКЕН, Япония . Проверено 11 декабря 2013 г.
42. "О центре Нишина - Приветствие". Центр Нишина . Центр RIKEN Nishina по ускорительной науке . Получено 11 декабря 2013 г.
43. "Facilities - RI Beam Factory (RIBF)". Центр Нишина . Центр RIKEN Nishina по ускорительной науке . Получено 11 декабря 2013 г.
44. "О Nishina Center - Research Groups". Nishina Center . RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science . Получено 11 декабря 2013 г.
45. Suda, T.; Adachi, T.; Amagai, T.; Enokizono, A.; Hara, M.; Hori, T.; Ichikawa, S.; Kurita, K.; Miyamoto, T.; Ogawara, R.; Ohnishi, T.; Shimakura, Y.; Tamae, T.; Togasaki, M.; Wakasugi, M.; Wang, S.; Yanagi, K. (17 декабря 2012 г.). "Ядерная физика на установке электронного рассеяния SCRIT". Progress of Theoretical and Experimental Physics . 2012 (1): 3C008–0. Bibcode : 2012PTEP.2012cC008S. doi : 10.1093/ptep/pts043.
46. Вакасуги, Масанори. "Команда SCRIT". Исследования RIKEN . Центр RIKEN Nishina по ускорительной науке . Получено 19 ноября 2013 г.

Внешние ссылки

• Физика вслух: Рассеяние электронов (видео)
• Brightstorm: Комптоновское рассеяние (видео)