Существенно развита статистическая теория торможения быстрых ионов в веществе

Работа [1] подвергает ревизии известное приближение Ландау для спектра неупругих потерь энергии быстрыми заряженными частицами в веществе. Применимость классической формулы для спектра (т.н. распределение Ландау) ограничена толщинами мишени, при которых страгглинг W 2 << Tm2 , где Tm - максимальная потеря энергии в одном столкновении. В случае торможения ионов это весьма жесткое ограничение, которое устраняется в [1] с помощью полученного общего соотношения между спектрами для истинного и расширенного сечений неупругих столкновений.

Рис.1. Пример расчета спектров с разрешением по (начальному и конечному) зарядовым состояниям и числу столкновений с перезарядкой: спектры для ионов 3He с начальной энергией 32 МэВ. Толщина мишени 45 (вверху) и 50 (внизу) г/см2; начальное и конечное зарядовое состояние He1+ (слева) и He2+ (справа). Сплошные, штриховые и пунктирные линии показывают вклады ионов, испытавших, соответственно, 0, 2 и 4 изменения зарядового состояния; использованные масштабные факторы указаны на кривых. Из работы [2].

Этот подход существенно улучшает точность, расширяет область применимости и непросредственно обобщает приближение Ландау, основанное на простой эквивалентности упомянутых спектров при W 2 << Tm2. Полученные аналитические формулы остаются достаточно простыми вплоть до W2 ~ Tm2; таким образом, они дополняют существующие аппроксимации, применимые в области W 2 > Tm2, и устраняют пробел при умеренно малых W 2/Tm2 в известных теоретических описаниях. Особенно простые и точные формулы получены в области W 2/Tm2 < 1/5 – 1/3 для наиболее вероятной потери энергии, полуширин спектра и других характеристик. Сравнение с численными результатами подтвердило высокую точность и широкую применимость полученного аналитического описания.

В работе [2] предложены и исследуются эффективные методики для расчета спектров энергетических потерь при наличии перезарядки, основанные на разложении на вклады ионов, испытавших различное число изменений зарядового состояния, что особенно удобно для исследования спектров с множественными максимумами. Общие формулы иллюстрируются численными расчетами спектров с разрешением по различным переменным (см. Рис.1). Предложены и тестируются аналитические формулы для спектров легких быстрых ионов, обобщающие результаты [1] на случай столкновений с перезарядкой; исследуются используемые специальные функции. С необходимыми модификациями, предложенная в [2] методика применена к исследованию спектров тяжелых ионов в работе [3]; проведено сравнение результатов для различных атомистических моделей взаимодействия тяжелых ионов с веществом.

Исполнитель работы - к.ф.-м.н. Л.Г. Глазов

  1. Glazov L.G. Energy-loss spectra of swift ions: Beyond the Landau approximation. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B, 192 (2002) 239-248.
  2. Glazov L.G.Multiple-peak structures in energy-loss spectra of swift ions. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B, 193 (2002) 56-65.
  3. Glazov L.G., P. Sigmund, A. Schinner: Statistics of heavy-ion stopping. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B, 195 (2002) 183-187.