В 1953 г. мы и не подозревали, какой появится огромный интерес к
обширной области науки, называющейся теперь атомной и молекулярной
физикой. Из этой области физики возникли не только лазеры, но и
аэрономия, которая сегодня является основой исследований околоземного
пространства. Без атомной и молекулярной физики мы плохо понимали бы
основные явления в плазме в исследованиях по термоядерному синтезу, так
как неизвестны были бы сечения процессов возбуждения и ионизации атомов
в водородной плазме, а также сечения, определяющие взаимодействие
горячей плазмы со стенками вакуумной камеры.
Решающий толчок развитию атомной и молекулярной физики дали пионерские
работы исследовательской группы Лондонского университета, возглавляемой
Г. Месси (Massey). Его теоретические основополагающие работы
стимулировали в 50-х годах многочисленные экспериментальные исследования
столкновительных процессов в области энергий несколько килоэлектронвольт.
До этого времени экспериментаторы занимались в основном измерением
энергетических уровней атома или молекулы при помощи спектроскопических
методов, определяя длины волн или частоты излучения.
В 50-х же годах начались исследования по измерению вероятности реакций,
которые происходят при столкновениях одиночных частиц. Сначала
определялись полные сечения процессов, а затем с 1965 г. -
дифференциальные сечении по измерениям угла рассеяния и времени пролета.
О большом интересе к атомной физике свидетельствует число публикаций -
около 15% общего количества научных статей по физике ежегодно составляют
работы по атомной физике.
В этой статье я хочу рассказать о роли, которую FOM институт атомной и
молекулярной физики играл и продолжает играть в развитии этой области
науки.
FOM* институт в Амстердаме основан примерно в 1950 г. для исследования
проблемы разделения изотопов. Когда американский конгресс рассекретил
технологию производства стабильных изотопов, одна из основных причин
существования FOM института исчезла, и с этого времени в нем велись
работы в следующих направлениях: масс-спектрометрия, физика ионных
столкновений, исследования вращающейся плазмы, разделение газообразного
урана в центрифугах, термодиффузия в газах, вакуумная техника и физика
поверхностей.
Вплоть до 1975 г. с целью разделения изотопов исследовались процессы в
быстровращающихся центрифугах, а также изучалась диффузия в газовых
смесях с различными парциальными значениями плотности, температуры и
давления. Эти исследования привели к тому, что наш институт стал
заниматься физикой столкновений частиц в вакууме, а также катодным
распылением и ионной имплантацией. С физикой плазмы мы столкнулись при
исследованиях ионных источников. Процессы взаимодействия пучка
заряженных частиц с замагниченной плазмой в ионных источниках - это те
же явления, которые так важны для будущих токамаков.
Характерная черта нашего института - его динамичность. Мы обычно не
изучаем какую-либо отдельную проблему более 10 лет. За это время
большинство членов научной группы покидают институт и устраиваются на
работу в другие места. Это обстоятельство позволяет легко переходить к
решению других более актуальных научных задач. Тем самым, например,
объясняется превращение группы масс-спектрометрических измерений
изотопного отношения в группу, изучающую структуру больших биохимических
молекул.
От физики ионных столкновений мы перешли
FOM институт (общий вид)
Масс-спектрометр для изотопного анализа
к исследованиям взаимодействия низкоэнергетических
электронов с атомами и молекулами, а также к химии внутренних оболочек
тяжелых сталкивающихся частиц. Были начаты работы по "горячей"
химии-физике сталкивающихся молекулярных и атомных пучков в области
энергий в несколько электронвольт.
Физика ионных источников преобразовалась в фундаментальные исследования
пучково-плаз-менного взаимодействия, а с 1973 г. начались эксперименты с
релятивистскими электронными пучками.
Работы по разделению изотопов в механической центрифуге развились в
исследования быстровращающейся плазмы. От катодного распыления мы
перешли к ионной имплантации в полупроводниковые материалы и к изучению
каналирования и радиационного повреждения монокристаллов.
Вакуумная техника (в области давлений 10~6 мм рт. ст.) развилась в
технику сверхвысокого вакуума (давление 10"11 мм рт. ст.) и теперь
используется во всем институте.
Статус института - межведомственный. Налажена хорошая кооперация между
институтом и промышленностью на основе контрактов. Большую часть средств
мы получаем от правительственных учреждений в качестве субсидий. В
институте работает более 150 человек. Некоторые из них являются
прикомандированными сотрудниками других институтов, как голландских, так
и зарубежных.
Мы также имеем хорошие личные контакты с нашими университетами. Так,
например, автор статьи связан с Лейденским университетом, Дж. Jloc-~(Los)
- с университетом в Амстердаме, М. Дж. Ван дер Вил (Van der Wiel) - с
Кальвинистским университетом,Ф. В. Сарис (Saris) -с университетом в
Утрехте. Это позволяет нам датьхорошую подготовку выпускникам университетов по физике и химии. Они
получают у нас степень доктора одного из этих университетов и после
этого обычно покидают наш институт в возрасте около 28 лет. Жаль
расставаться с ними, но в то же время приятно сознавать, что мы вносим
свой вклад в очень важное дело - дело образования людей и обучаем их
систематическому методу физического мышления, берущего свое начало от
Декарта.
В течение последних 20 лет институт имеет программу по обмену ученых с
зарубежными странами. Каждый год около 15 иностранных ученых работает у
нас в течение нескольких месяцев или целый год. Советские физики также
принимали участие в этой программе. Это ленинградские ученые из
Университета и Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе,
московские физики из Университета, Физического института имени П. Н.
Лебедева, институтов космических исследований и химической физики.
Электромагнитный сепаратор изотопов большой
интенсивности
Молекулярный источник для исследований по
"горячей" химии
Ионный источник большого электромагнитного
сепаратора
У нас также хорошие контакты с учеными из
новосибирского Академгородка.
Организация FOM имеет дело только с физикой и состоит из еще трех
институтов: Институт физики плазмы (директор проф. К. Браамс - Braams),
Института ядерной физики (директор проф. А. Вапстра - Wapstra) и нового
Института физики высоких энергий (директор проф.
А. Дидденс - Diddens). Правление FOM, так же как и институтов, состоит
из представителей промышленности, правительства и университетов.
Президентом организации FOM в течение последних двадцати лет является
известный физик-теоретик профессор Ян де Боэ (de Boer).
Далее я хочу кратко рассказать о наиболее важных проблемах физики
атомных столкновений, которые изучались в нашем институте до сего
времени.
В 50-х годах общепринятыми приближениями в теории
столкновений были приближения Борна и Борна-Оппенгеймера, причем в
последнем принимается неразличимость в процессе столкновения падающего
электрона и электрона атома.
Рис. 1. Абсолютное сечение возбуждения при
электронном (точки) и протонном (треугольники) соударениях с Не. График
демонстрирует разницу между оптически разрешенными (4 *Р) и оптически
запрещенными (4 1D) переходами (Де Хир и др., 1969)
Рис. 2. Первое наблюдение ls(2s)2 25 резонанса в
гелии. При 19,3 эВ происходит уменьшение сечения примерно на 14% (из
работы Дж. Шульца, 1963)
Используя борновское приближение, мы приходим к
следующим значениям для сечения возбуждения атома водорода \ в состояние
п в зависимости от энергии Е падающего электрона:
- для оптически разрешенных дипольных переходов
Оn~Е-1 In Е, (1)
- для оптически запрещенных переходов
о n~E-1
Эти соотношения применимы не только для атома водорода, но могут быть
обобщены и на другие атомы. Для переходов с изменением спина электрона
(приближение Очкура)
о n~E-3
Указанные приближения справедливы, если только
энергия падающего электрона Е много больше энергии атома водорода в
основном состоянии.
В качестве иллюстрации справедливости формул (1) и (2) приведем
результаты измерений Де Хира (De Heer) и др. (1969) абсолютного сечения
возбуждения электронами и протонами с одинаковыми скоростями уровней
гелия 4гР и 4 (рис. 1). Кривая сечения, умноженного на энергию падающей
частицы, оптически разрешенных переходов на уровень 4гР, имеет
постоянный
наклон, если скорость падающей частицы достаточно велика, тогда как
кривая для оптически запрещенных переходов (41D) демонстрирует
независимость от скорости падающих частиц.
После 1960 г. одним из основных вопросов атомной и молекулярной физики
было изучение резонансов при рассеянии. Диалогичные явления уже
встречались при рассеянии ядерных частиц. Однако в атомной физике они
появились только в
1962 г., когда Бёрк (Burke) и Шей (Schey) доказали их существование для
рассеяния электрона на атоме водорода при помощи так называемой "теории
сильной связи".
Экспериментально же резонансы при рассеянии были открыты Дж. Шульцем (Schulz)
в 1963 г. при рассеянии электронов на атоме гелия и в
1964 г. при рассеянии электронов на атоме водорода. Он обнаружил, что
зависимость сечения упругого рассеяния для электронов, сталкивающихся с
атомами гелия, от энергии электронов имеет очень резкий минимум при
энергиях около 19,3 эВ. Это значение на 0,5 эВ ниже первого
возбужденного уровня нейтрального атома гелия. В том же 1963 г. Симпсон
(Simpson) и Фано (Fano) подтвердили существование этого резонанса и
классифицировали его как l.s(2s)2 25 состояние отрицательного иона гелия.
Малая ширина резонанса - около 0,01 эВ - позволяет использовать этот
эффект для калибровки. Природа данного резонанса связана с возбуждением
остова атома, когда налетающий электрон на некоторое время задерживается
около него. На рис. 2 представлено это историческое измерение.
В отличие от стационарных состояний атомов резонансы распадаются путем
эмиссии электронов, а не фотонов. Резонансы, которые лежат ниже порога
возбуждения соответствующего атомного уровня (от 0 до - 0,5 эВ),
называются резонансами Фешбаха - Feshbach (возбужденный остов атома).
Если они лежат выше порога возбуждения уровня в нейтральном атоме вплоть
до 3 эВ, их называют резонансами формы.
Таким образом, была открыта совершенно новая область явлений атомной и
молекулярной спектроскопии, изучение которой возможно только методами
физики электронных столкновений.
Описание взаимодействия между относительно быстрым
протоном или альфа-частицей с нейтральным атомом - одна из самых простых
задач. Кроме процессов возбуждения и ионизации, которые аналогичны
происходящим при электронатомных столкновениях, существует еще одно
явление, называемое перезарядкой. Удобно описывать это явление,
рассматривая три частицы (бесструктурную падающую частицу, ион мишени и
электрон) и считая их замкнутой системой, в которой кинетическая энергия
падающей частицы переходит в энергию электронного возбуждения. Трактовка
этого явления с помощью так называемого прицельного параметра* оказалась
очень плодотворной, позволяя полуклассически описать процессы
столкновений, а именно применять классическое рассмотрение для пролета
налетающей частицы и квантово-механическое - для электронного перехода.
Для не слишком больших кинетических энергии
Рис. 3. Вероятность захвата электрона в
зависимости от 1/v, где v - относительная скорость ядер
падающей частицы зависимость вероятности
захвата электрона от скорости v падающей частицы определяется так
называемым параметром Месси аАЕ / v, где а - характерный размер области
взаимодействия, АЕ - энергия электронного перехода. Процесс перезарядки
особенно эффективен, когда этот параметр порядка единицы (критерий Месси).
При уменьшении скорости (энергии) падающей частицы вероятность захвата
электрона как функция от v должна носить колебательный характер, что и
было подтверждено экспериментами Эверхарта (Ever-hart, 1962) для
наиболее простой реакции Н+ + Н-^ Н + Н+ (рис. 3).
К рассмотренным выше близок процесс захвата электрона многозарядным
ионом. Это явление привлекло внимание физиков примерно в 1960 г. из-за
того важного значения, которое оно имеет для астрофизики и исследований
по термоядерному синтезу (примеси в термоядерной плазме). Сначала
интересовались только величиной полного сечения. Эксперименты в Москве
(В. С. Николаев, 1961) и Амстердаме (Де Хир, Сарис, 1970) показали, что
реакция типа
А"+ + В -* А("~]) + + В + может иметь сечение в десять и более раз
большее, чем классический размер атома. Причина наблюдения таких
огромных сечений была исследована теоретически JI. П. Пресняковым (СССР)
в 1974 г. Он показал, что обобщенное сечение о для захвата одного
электрона при 10 " q " 20 и при v" 5- 108 см / с пропорционально q2.
Однако, Риуфуку (Ryufuku) и Ватанабе (Watanabe) в 1978 г. нашли, что
o~q1"17.
Рис. 4 иллюстрирует процесс сближения иона Ne4+ с атомом аргона (Аг). В
такого рода процессах перезарядки при высоких значениях заряда
Рис. 4. Диаграмма потенциальной энергии для
системы Ne*+ + Аг
(q"4) и низких значениях потенциала ионизации
возникает огромная энергия в инверсных состояниях. Около 50% всех
процессов перезарядки приводит к образованию возбужденного иона Ne3+,
который затем переходит в основное состояние, излучая мягкий
рентгеновский фотон с длиной волны 208 А (Де Хир и др.). Это
подсказывает нам, что должно быть сделано для создания рентгеновских
лазеров.
Одним из наиболее значительных событий в атомной
физике за последние 20 лет было открытие химии внутренних оболочек при
столкновении тяжелых атомов. Когда движущийся атом испытывает сильные
столкновения с другими атомами, электронные оболочки атомов взаимно
глубоко проникают друг в друга. Впервые экспериментально такие процессы
были зарегистрированы В. В. Афросимовым и Н. В. Федоренко в
Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе в Ленинграде (1957), а
затем также Эверхартом в 1962 г.
В 1965 г. Фано и Лихтен (Lichten) рассмотрели реакцию типа
X + Y -"■ XY -" X +m + Y +п (т + п) е~
на примере системы ион аргона (Аг+) - атом аргона. Стало понятным, что
для описания такого рода процессов в основном применима уже известная
ученым теория Ландау - Зинера (1932). Дополнительные механизмы реакции
вскоре после экспериментов Афросимова, Федоренко и Эверхарта были
установлены Ю. Н. Демковым (СССР) (так называемая связь Демкова).
Важность этого направления заключается в том, что оно объясняет многие
черты не только
атомных и молекулярных взаимодействий для внешней оболочки (химия низких
энергий), но и внешней оболочки с внутренней и внутренней оболочки с
внутренней. Короче говоря, это открывает мир химии, начиная с энергий
столкновения в доли электронвольт вплоть до энергий порядка одного
гигаэлектронвольта (например, взаимодействие К -оболочек двух атомов
урана). Мечта алхимиков стала реальностью. На короткое время - время
столкновения между атомами - можно получить золото с помощью, например,
таких реакций:
Хе (Z=54) + Mn (Z=25) Au (Z = 79 )
ИЛИ
Br(Z=35) + Ru(Z=44)-" Au(Z=79) Время существования атома золота - это то
время (Ю-17 с), когда ядра (например, Вг и Ru) находятся внутри К
-оболочки электронных орби-талей атома золота. Для этого необходимо,
чтобы кинетическая энергия бомбардирующей частицы была более чем 100
МэВ.
Открытие квазипревращения элементов было сделано в FOM институте Сарисом
в 1972 г. Он изучал столкновения ионов аргона с атомами аргона при
энергии всего только 70 кэВ и обнаружил неизвестное рентгеновское
излучение полос молекулярных орбиталей (МО), которое возникает из
квазимолекулы Аг-Аг-"Кг*. Результат Сариса имеет прямое отношение ко
всем тем экспериментам, в которых скорость падающей частицы мала по
сравнению со скоростями вращения электронов на внутренних оболочках. Это
условие выполняется, например, при энергии 200 кэВ для атома азота в
реакции N+N2 или 25 Мэв для атома иона (Z= 53), сталкивающегося с атомом
урана (Z= 92), в результате чего образуется сверхтяжелый атом с общим
зарядом ядра Z= 145.
После 1979 г. МО-рентгеновское излучение наблюдалось при столкновениях
частиц с энергией 1 ГэВ в реакциях 208РЬ + 208РЬ и 209Bi+ 209Bi на
ускорителях Суперхилак в Беркли (США) иУнилак в Дармштадте (ФРГ).
Бинарные столкновения между атомами и молекулами
лежат в основе многих химических реакций и физических явлений, которые
происходят в разреженных газах и газовых разрядах. Примеры таких
взаимодействий между атомами можно найти в верхних слоях атмосферы и в
пламени, в плазме газового разряда и в химических газовых лазерах.
Результаты столкновений, такие, как химическая реакция, ионизация,
возбуждение или тушение возбуждения, имеют большое значение для всех
этих процессов. В течение последних 25 лет проводятся эксперименты по
рассеянию, для того чтобы получить сведения о поведении атомов и молекул
при столкновениях. Изучаются потенциалы взаимодействия, динамика
столкновений, получается информация о вероятности переходов между
различными состояниями системы. Основу всех этих исследований составили
эксперименты с пламенем, выполненные Полэни (Polanyi, 1932). Он изучал
реакции типа
Cs + 12 - Cs + + ir Cs + + I~ .....I-* Csl + I ы.
Чтобы объяснить очень большое сечение всех этих реакций между щелочными
атомами и молекулами галогенов, Полэни предположил, что слабосвязанный
внешний электрон цезия "перепрыгивает" в электроотрицательной молекуле
1г при расстояниях между Cs и Ь, которые существенно больше
газокинетических диаметров молекул (гарпунная модель).
Использование современных установок для получения молекулярных и атомных
пучков в FOM институте позволило Дж. Лосу и др. в течение последних 10
лет исследовать этот тип реакций в мельчайших деталях. Большой вклад в
эти исследования внесли сотрудники того же института А. Е. Де Врис (De
Vries) и А. У. Клейн (Klein). Из иностранных коллег отметим Е. Е.
Никитина (Москва) и Е. Гисласона - Gislason (Чикаго).
Примерно в 1970 г. они начали с измерения полного сечения ионизации
реакции: щелочный атом + Вг2-"положительный + отрицательный ионы.
Эта реакция имеет порог по кинетической энергии около 2 эВ, затем
сечение очень быстро растет примерно до 7 эВ и наконец при больших
энергиях начинает медленно спадать. Это объясняет, почему пламя имеет
определенную степень ионизации. Мало кто знает, что в пламени свечи
возникает в каждую секунду около 1011 пар ионов.
Другим существенным достижением этих исследований стало обнаружение
различия в физических процессах при столкновении (например, тех же
атомов цезия) с атомом йода I и молекулой 12. Оказывается, что эта
разница определяется поведением молекулярного иона 1~2 после
присоединения электрона. Изменяются свойства химической связи, особенно
равновесное расстояние между двумя тяжелыми ядрами. Если ион I" 2
образуется из основного колебательного состояния 12, он будет находиться
в колебательно-возбужденном состоянии. Можно сказать, что такое
колебательное возбуждение приводит молекулу в движение, увеличивая длину
связи. Тем самым увеличивается сродство молекулярного иона к электрону
(например, от 3 до 9 эВ). Это означает, что "вытянутый" ион 1~2 не
отказывается больше от своего электрона, чем и объясняется огромное
сечение процесса (*).
Заканчивая этот раздел, следует подчеркнуть еще раз, что исследования
образования ионных пар, проведенные в FOM институте и весьма кратко и
далеко не полностью изложенные здесь, крайне важны для трактовки
процессов в ионосфере и в холодной плазме.
Нагрев плазмы нейтральным водородным пучком. В
настоящее время в исследованиях по термоядерному синтезу в системах с
магнитным удержанием, таких, как токамаки или прямолинейные ловушки с
пробками, плазма наиболее эффективно нагревается мощными пучками
нейтральных атомов водорода. Для этой цели ионные пучки Н+ или 1"
ускоряются до 100 кэВ и затем проходят через камеру с водородом для
нейтрализации пучка, которая происходит просто в результате захвата
электрона атомом:
Н2 + D+-*H2+ + D. То же самое имеет место и для D2+ или D3+. Сечение
этого процесса зависит от скорости (энергии) падающей частицы, что
показано на рис. 5.
Рис. 5. Эффективность нейтрализации ионов
дейтерия в случае, когда пучки быстрых ионов D+, D2+, D3+ или D~
проходят через камеру, заполненную разреженным водородом
Для нагрева плазмы в термоядерных реакторах до
температур зажигания термоядерной реакции необходимо иметь пучок с
мощностью около 100 мегаватт. Такую мощность можно обеспечить при токе
пучка ионов в 2000 А и при энергии ионов 100 кэВ. При этом эффективность
нейтрализации равна 50% (рис. 5). Желательно, однако, повысить энергию
ионов до 300 кэВ, чтобы инжектировать пучок нейтральных частиц в более
глубокие слои плотной плазмы. Но при этих энергиях ионов 1У
эффективность нейтрализации всего только 5% (рис. 5), поэтому требуются
токи порядка 7000 А. Это по разным причинам представляется невозможным.
Существует другой способ - ускорять не положительные, а отрицательные
ионы дейтерия
Присоединенный к дейтерию электрон имеет очень малую энергию связи (0,7
эВ) и легко отделяется от иона при прохождении через газ. На рис. 5
видно, что эффективность нейтрализации для D- в процессе
D~ + Н2 -"D + Н2 + е
при высоких энергиях постоянна и равна примерно 60%.
Проблема, следовательно, состоит в том, как создать интенсивный пучок
отрицательных ионов. В 1974 г. группа физиков из Новосибирска (Г. И.
Димов и др.) показала, что сильноточный пучок Н- можно получать с
помощью ионных источников магнетронного типа (H2 + Cs в виде пара) в
течение одной миллисекунды. Другие исследователи пробуют использовать
эффект двойного обмена зарядов при прохождении пучка ионов Н~ через слой
паров цезия. У нас в институте исследуется возможность использования
эффектов при отражении пучка ионов D~ от поверхности монокристалла
вольфрама, покрытого слоем цезия. Этот метод представляется эффективным
для малых углов падения и низких значений кинетической энергии падающей
частицы в направлении, перпендикулярном поверхности кристалла. Рис. 6
представляет некоторые измерения групп Jloca и Хопмана (Hopman). Для
слаботочных пучков и при толщине покрытия Cs
Рис. 6. Зависимость эффективности получения
отрицательных ионов дейтерия (D~) от величины компоненты скорости,
перпендикулярной поверхности кристалла. Эффективность возрастает для
малых значений кинетической энергии
Рис. 7. Распределение концентрации олова в
кремнии, полученное из анализа экспериментов по рассеянию: кривая 1 -
распределение при имплантации ионов с энергией 200 кэВ; 2 -
распределение после облучения импульсом лазера с плотностью энергии 0,9
Дж/см2; 3 и 4 - после облучения двумя импульсами с плотностями энергии
1,15 и 1,7 Дж/см2
на поверхности кристалла в половину мономолекулярного
слоя достигается эффективность порядка 35 %. Проблема теперь состоит в
увеличении тока пучка.
Имплантация ионов с энергией 200 кэВ в пластины
кремния стала основой целой промышленности. Предпочтительнее при этом
использовать монокристаллы. Имплантация ионов бора в кремний дает так
называемый слой р-типа (акцептор), а ионов фосфора - слой л-типа
(донор). Если слои находятся в контакте, то возникает разность
электрических потенциалов. Это обстоятельство, как известно,
используется для генерации тока в солнечных батареях. Такие слои
выполняют также функции электродов в усилителях электрических сигналов
(транзисторы). Размер слоя и плотность распределения примеси в нем
определяют эффективность солнечных батарей и скорость коммутации
электрических сигналов. Все быстрые современные компьютеры работают на
этих коммутационных элементах.
В нашем институте группа Сариса работает с 1970 г. над фундаментальными
вопросами ионной имплантации. Остановлюсь на одном из многих
исследований - имплантации Sn в Si (рис. 7).
Слой, в который имплантируются ионы, имеет толщину около 1000 А. Старая
диффузионная технология позволяла получать слои только в 10-100 раз
толще со значительно более размытым распределением. Имплантационная
технология позволяет также вводить такие элементы, как As, Gd и др.,
представляющие значительный интерес.
Потери энергии тяжелого иона с энергией 200 кэВ, проходящего через
кристалл, составляют около 200 эВ/А. Такие большие потери вызваны
многократными каскадно-столкнови-тельными процессами, которые, в свою
очередь, приводят к сильным радиационным повреждениям в кристалле. Эти
повреждения восстанавливаются при воздействии импульсного лазерного
излучения, причем достаточно одного или двух импульсов лазера с
плотностью энергии 1,5 Дж/см2. Благодаря такому импульсному лазерному
отжигу имплантированные атомы олова перемещаются к поверхности
кристалла. Максимальная концентрация имплантированных атомов в кремнии
составляет 8- 1020 см-3, что значительно больше, чем можно было получить
старой диффузионной технологией, и примерно в 10 раз выше предела
растворимости.
Вся информация о распределении примесей получается при помощи рассеяния
ионов Не1-"1" с энергией 2 МэВ или ионов Н+ с энергией 200 кэВ. Оба типа
ионов являются идеальным зондирующим средством для определения положения
атомов примеси в кристалле кремния. Эти легкие ионы практически не
сталкиваются с атомами кремния, а тормозятся только за счет
взаимодействия с электронами. Чем больше длина пролета ионов через
решетку, тем больше кинетической энергии они теряют. Потери энергии,
которые измеряются электростатическим анализатором, позволяют определить
массу атомов примеси и глубину, на которой ионы Н+ или Не++ рассеиваются
назад.
В заключение хочу подчеркнуть, что сотрудничество в стенах FOM института
ученых различных стран было очень плодотворным на различных этапах и
должно быть продолжено. Предстоящие годы наверняка продемонстрируют
взаимовыгодность такого сотрудничества во всем мире.
p.s.
Сечение - величина, характеризующая вероятность
перехода системы двух сталкивающихся частиц в результате их рассеяния в
определенное конечное состояние. Оно равно отношению числа таких
переходов в единицу времени к потоку рассеиваемых частиц, падающих на
мишень, т. е. к числу частиц, проходящих в единицу времени через
единичную площадку, перпендикулярную их скорости, и имеет размерность
площади
Упругое рассеяние характеризуют дифференциальным сечением, равным
отношению числа частиц, упруго рассеянных в единицу времени в единицу
телесного угла, к потоку падающих частиц, и полным сечением, равным
сумме дифференциальных сечений по всему телесному углу.
Кривые сечений - зависимость сечений (полных или дифференциальных) от
параметров рассеивающихся частиц - их скорости (энергии), заряда, спина
и т. д.
Приближение Борна - наиболее простой метод расчета характеристик атомных
столкновений, точный в пределе больших скоростей сталкивающихся частиц.
При этом в процессе самого столкновения несущественна деформация
электронных оболочек атомов.
Приближение Борна - Оппенгеймера учитывает тождественность любого из
атомных электронов с налетающим (внешним) электроном (так называемый
обменный эффект).
Приближение Очкура уточняет приближение Борна - Оппенгеймера и
существенно облегчает практические расчеты.
Возможные значения энергии электрона в атоме (их называют также
уровнями) определяются в первом приближении двумя так называемыми
квантовыми числами пи/, где п= 1,2,... - главное квантовое число, а I -
момент количества движения электрона. Состояния с различными I (/=
0,1,2,...) и исторически принято обозначать соответственно буквами s,p,
d,fn т. д. по алфавиту. Состояние отдельного электрона в атоме
обозначается цифрой, указывающей значение п, и буквы, соответствующей
значению I. Если в состоянии с одинаковыми п и I находится несколько
электронов, то это обозначается в виде показателя степени. Так,
например, 3s2 обозначает, что в состоянии с п= 3, 1= 0 находятся два
электрона и т. д.
Для сложных атомов употребляют также символ, описывающий полный
орбитальный L и полный спиновый S моменты электронов (L= 0 обозначается
буквой 5, L= 1 - буквой Р, L= 2 - буквой Оит. д.)
ФРАНЦИЯ. Перевозка воды в виде газа. Химик Пастер,
племянник знаменитого микрографа, недавно сделал очень удачное
практическое применение одного давнишнего химического открытия.
Известно, что при перехоОе пустыни Африки необходимо для каждого
каравана брать с собою большое количество верблюдов или лошадей, которые
везут на себе запас воды часто в ущерб другим необходимым запасам.
Пастеру удалось придумать значительное устранение этого неудобства -
применить систему перевозки воды в виде составных частей ее: кислорода и
водорода. Так как последний в 16 раз легче первого и может содержаться в
воздушных шарах, то на значительной части верблюдов будет лежать лишь
перевозка кислорода, которым, кроме того, можно будет еще освещать путь
каравана в темные ночи. В случае необходимости остается лишь соединить
оба газа, и караван получает воду. Французское правительство за это
удачное практическое открытие пожаловало Пастеру орден Почетного
Легиона.
"Нива"
Джакоб КИСТЕМАКЕР (Kistemaker) (p. 1917) -
голландский физик, профессор Лейденского университета, директор
FOM института атомной и молекулярной физики в Амстердаме.
Получил образование в Лейденском университете. В 1945 г. ему
присуждается степень доктора за исследования термодинамических
свойств гелия при низких температурах, проведенные им под
руководством известного физика-теоретика Кра-мерса.
В том же году он начал работать в лаборатории Зеемана по
проблеме разделения изотопов. В 1946 изучал ядерную физику в
институте Нильса Бора в Копенгагене. В 1952 несколько месяцев
работал в лабораториях США (в Чикаго и Миннеаполисе), где
встречался с такими известными учеными, как Либби, (Libby),
Ферми, Юри (Urey) и др., что и определило интернациональный
характер созданной им позже исследовательской группы. В 1955 Я.
Кистемакер назначается профессором физики в Лейденском
университете и директором FOM института по разделению изотопов,
позже получившего название Института атомной и молекулярной
физики в Амстердаме. Он был председателем Европейской
конференции по газовому разряду (Бухарест, 1969) и Международной
конференции по атомной физике (Киото, 1979). Область научных
интересов - проблемы разделения изотопов, масс-спектрометрия,
физика поверхности, энергетика, физика плазмы, атомная физика,
биофизика и термодинамика.
Под его руководством около 100 молодых ученых получили степень
доктора. Более двухсот иностранных ученых (в том числе советских
и польских) внесли свой вклад в развитие исследований института.
Я. Кистемакер - член королевских академий в Амстердаме и
Брюсселе, почетный доктор университетов в Люблине (Польша) и
Льеже (Бельгия), а также лауреат премии по энергетике фонда
Круп-па в Эссене (ФРГ).
Размещение фотографий и
цитирование статей с нашего сайта на других ресурсах разрешается при
условии указания ссылки на первоисточник и фотографии.