(в единицах a20) для ионов деления,
движущихся с начальными скоростями в Н2 и Не.
Сравнение между данными измерений для ионов,
вылетающих из урана 7,8,
и теоретическими оценками по формулам (4.2) и (4.6)
H
2
He
тяжёлая
группа
лёгкая
группа
тяжёлая
группа
лёгкая
группа
Z*
(эксп.)
12,7
15,8
11,6
14,1
Z*
(теор.)
12,2
15,7
10,9
14
эфф
c
(эксп.)
0,9
0,025
3,2
0,3
c
-
m
(теор.)
0,9
0,02
(7,5)
0,2
8 N. О. Lassen. Dan. Math-Fys. Medd., 1955, 30, № 8.
Измерения равновесного заряда ионов деления с меньшими скоростями 7 также приводят к различным результатам в случае тяжёлых и лёгких газов, что, по-видимому, примерно соответствует теоретическим оценкам. Так, из наблюдений с аргоном получено, что для тяжёлой группы ионов Z* примерно пропорционально V, а для лёгкой группы Z* меняется медленнее со скоростью иона; это согласуется с предположением, что в обоих случаях скорость v* наиболее слабо связанного электрона ближе к V. Однако в самых лёгких газах примерная пропорциональность между v* и V была найдена как для тяжёлой, так и для лёгкой группы ионов. Это соответствует другому соотношению между v* и V, которое определяется сравнением выражений (4.2) и (4.6).
§ 6. Зависимость среднего заряда иона от плотности вещества
Даже если учитывать, что после каждого столкновения с атомами ион остаётся в возбуждённом состоянии, в случае газов при низком давлении можно считать, что всё это возбуждение снимается посредством излучения в промежутках между столкновениями, и поэтому средний заряд иона зависит лишь от сечений захвата и потери электрона ионом в основном состоянии. В газах же при высоком давлении и в твердых веществах следует иметь в виду, что ионы остаются в большей или меньшей степени возбуждёнными, и при оценке среднего заряда иона необходимо учитывать влияние остаточного возбуждения на баланс между потерей и захватом электронов.
Как уже отмечалось, возбуждение иона, возникающее непосредственно при столкновении с атомом, вообще говоря, распределяется в дальнейшем между электронами иона; если энергия возбуждения превосходит наименьший потенциал ионизации I*=mv*^2/2 то это приводит к последующему испусканию электрона. В твердых веществах такая перестройка не успевает закончиться за время между последовательными столкновениями с атомами, но в газах даже при сравнительно высоких давлениях можно считать, что в начале каждого столкновения возбуждение оказывается более или менее равномерно распределённым между электронами иона, а его энергия не превышает I*. В тяжёлых газах среднее значение энергии возбуждения при столкновении составляет I*/2, но в лёгких газах, например в водороде, особенно при большой скорости ионов, возбуждение может быть значительно большим, так как захватываемые ионом электроны обычно оказываются очень слабо связанными с ионом.
Чтобы оценить степень возбуждения иона в промежутке между столкновениями в газе, примем, что снятие возбуждения излучением характеризуется средним временем , за которое ион проходит расстояние V. Полагая, что средняя длина пробега иона между столкновениями равна , получаем известным способом, что относительное число ионов, сохранивших в среднем свое возбуждение в промежутке между столкновениями, равно V/(V+). Считая, что при столкновении происходит захват или потеря только одного электрона, мы можем в обозначениях § 2 записать =1/(2) и для отношения средней энергии остаточного возбуждения к I* получим
=
V
2V+1
.
(6.1)
В случае тяжёлых газов в формуле (6.1) следует использовать несколько меньшее значение , чем даваемое формулой (5.1), ввиду сравнительно большой вероятности потери или захвата нескольких электронов при близких соударениях. Однако для наиболее лёгких газов довольно велика вероятность таких столкновений, при которых происходит возбуждение иона без захвата или потери им электронов, вследствие чего сечение в (6. 1) должно быть заменено на несколько большее значение.
Чтобы оценить влияние остаточного возбуждения на баланс между потерей и захватом электронов, запишем, обобщая естественным образом формулы (2.3),
c
=
[1-
c
+
c
(-)],
l
=
[1-
l
+
l
(-)],
(6.2)
где , , а также константы c и l относятся к основному состоянию иона, а c и l — относительные изменения сечений для иона с энергией возбуждения I*.
В отсутствие возбуждения равновесный заряд иона равен Z- формулы (6. 1) и (6.2) приводят к смещению равновесного значения заряда на величину
Z*
=
l-c
l-c
=
l-c
l-c
V
2V+1
.
(6.3)
При малых плотностях смещение Z* пропорционально , а при больших стремится к своему максимальному значению l-c/2(l-c). Используя для l-c значения, полученные в соответствии с формулами (4.2), (4.5) и (4.6), а для l-c - оценку § 4, получаем, что максимальное значение Z* для тяжёлых веществ составляет около Z*/5, а для лёгких — несколько больше.