Рассеяние электронов - Electron scattering

Рассеяние электронов
Наглядное описание того, как электронный луч может взаимодействовать с образцом с ядром N и электронным облаком электронных оболочек K, L, M. Отображение прошедших электронов и электронов, рассеянных упругим / неупругим образом. SE - это Sвторичный Eлектрон, излучаемый пучком электронов, испускает характеристический фотон (рентгеновское излучение) γ. BSE - это BподтвердитьSзахвачен Eлектрон, электрон, который рассеивается назад, а не проходит через образец.
Электрон ( е^− , β^− )
Частицы	Электрон
Масса	9.10938291(40)×10^−31 кг[1] 5.4857990946(22)×10^−4 ты[1] [1822.8884845(14)]^−1 ты[примечание 1] 0.510998928(11) МэВ /c^2[1]
Электрический заряд	−1 е[заметка 2] −1.602176565(35)×10^−19 C[1] −4.80320451(10)×10^−10 ESU
Магнитный момент	−1.00115965218076(27) μB[1]
Вращение	​^1⁄2
Рассеяние
Силы / Эффекты	Сила Лоренца, Электростатическая сила, Гравитация, Слабое взаимодействие
Меры	Обвинять, Текущий
Категории	Упругое столкновение, Неупругое столкновение, Высокая энергия, Мало энергии
Взаимодействия	е^− — е^− е^− — γ е^− — е^+ е^− — п е^− — п е^− — Ядра
Типы	Комптоновское рассеяние Мёллеровское рассеяние Рассеяние Мотта Бхабха рассеяние Тормозное излучение Глубоконеупругое рассеяние Синхротронное излучение Томсоновское рассеяние

Рассеяние электронов происходит, когда электроны отклоняются от своего первоначального траектория. Это связано с электростатические силы внутри материального взаимодействия или,^[2][3] при наличии внешнего магнитного поля электрон может отклоняться Сила Лоренца.^{[нужна цитата ][4][5]} Это рассеяние обычно происходит с твердыми телами, такими как металлы, полупроводники и изоляторы;^[6] и является ограничивающим фактором в интегральных схемах и транзисторах.^[2]

Применение электронного рассеяния таково, что его можно использовать в качестве микроскопа высокого разрешения для адронный системы, позволяющие измерять распределение зарядов нуклонов и ядерная структура.^[7][8] Рассеяние электронов позволило нам понять, что протоны и нейтроны состоят из более мелких элементарных субатомных частиц, называемых кварки.^[2]

Электроны могут рассеиваться через твердое тело несколькими способами:

• Нисколько: рассеяние электронов вообще не происходит, и луч проходит прямо насквозь.
• Однократное рассеяние: когда электрон рассеивается всего один раз.
• Множественное рассеяние: когда электрон (ы) разлетается в несколько раз.
• Многократное рассеяние: когда электрон (ы) разлетается очень много раз.

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

История

Принцип электрона был впервые теоретизирован в период 1838-1851 гг. Натурфилософом по имени Ричард Лэминг кто предположил существование субатомных, единичных заряженных частиц; он также представлял атом как «электросферу» концентрических оболочек электрических частиц, окружающих материальное ядро.^{[9][заметка 3]}

Принято считать, что Дж. Дж. Томсон впервые открыл электрон в 1897 году, хотя другие заметные участники в развитии теории заряженных частиц Джордж Джонстон Стоуни (кто ввел термин «электрон»), Эмиль Вихерт (который первым опубликовал свое независимое открытие электрона), Вальтер Кауфманн, Питер Зееман и Хендрик Лоренц.^[10]

Комптоновское рассеяние впервые наблюдалось при Вашингтонский университет в 1923 г. Артур Комптон который получил за это открытие Нобелевскую премию по физике 1927 года; его аспирант Ю. Х. Ву кто дополнительно подтвердил результаты, также следует упомянуть. Комптоновское рассеяние обычно упоминается в отношении взаимодействия с участием электронов атома, однако ядерное комптоновское рассеяние действительно существует.^{[нужна цитата ]}

Первый электронографический эксперимент был проведен в 1927 г. Клинтон Дэвиссон и Лестер Гермер используя то, что стало прототипом современного LEED система.^[11] Эксперимент смог продемонстрировать волнообразные свойства электронов,^{[примечание 4]} тем самым подтверждая гипотеза де Бройля частицы вещества имеют волнообразную природу.^{[нужна цитата ]} Однако после этого интерес к LEED уменьшился в пользу Дифракция высокоэнергетических электронов до начала 1960-х годов, когда возродился интерес к LEED; примечательного упоминания в этот период Х. Э. Фарнсворт которые продолжали развивать методы LEED.^[11]

История пучка электрон-электронов при столкновении высоких энергий началась в 1956 году, когда К. О'Нил из Принстонского университета заинтересовался столкновениями при высоких энергиях и представил идею ускорителя (ов), вводимого в накопительное кольцо (а). Хотя идея столкновений пучков и пучков возникла примерно с 1920-х годов, только в 1953 г. немецкий патент на устройство встречных пучков был получен компанией Рольф Видеро.^[12]

Явления

Смотрите также: Квантовая электродинамика

Электроны могут рассеиваться другими заряженными частицами за счет электростатических кулоновских сил. Кроме того, если присутствует магнитное поле, бегущий электрон будет отклоняться силой Лоренца. Чрезвычайно точное описание всего рассеяния электронов, включая квантовые и релятивистские аспекты, дает теория квантовой электродинамики.

Сила Лоренца

Путь электрон скорости v движение в магнитном поле B. Пунктирный круг указывает направление магнитного поля из плоскости, а перечеркнутый кружок указывает магнитное поле, направленное в самолет.

Основная статья: Сила Лоренца

Сила Лоренца, названная в честь голландского физика Хендрик Лоренц, для заряженной частицы q дан (в Единицы СИ ) уравнением:^[13]

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

куда qE описывает электрическая сила из-за присутствующего электрического поля,E, действующий на q.
И qv Икс B описывает магнитная сила из-за присутствующего магнитного поля, B, действующий на q когда q движется со скоростью v.^[13][14]
Что также можно записать как:

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

куда ${\displaystyle \phi }$ это электрический потенциал, и А это магнитный векторный потенциал.^[15]

Это было Оливер Хевисайд которого в 1885 и 1889 годах приписывают первому выводу правильного выражения для силы Лоренца qv Икс B.^[16] Хендрик Лоренц разработал и усовершенствовал эту концепцию в 1892 году и дал ей свое имя,^[17] включающие силы из-за электрических полей.
Переписывая это как уравнение движения для свободной частицы заряда q масса м, это становится:^[13]

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

или же

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

в релятивистском случае используя Лоренцево сокращение куда γ является:^[18]

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

это уравнение движения было впервые проверено в 1897 г. Дж. Дж. Томсон Эксперимент по исследованию катодных лучей, который подтвердил, посредством изгиба лучей в магнитном поле, что эти лучи были потоком заряженных частиц, теперь известных как электроны.^[10][13]

Варианты этой основной формулы описывают магнитную силу на проводе с током (иногда называемую силой Лапласа), электродвижущую силу в проволочной петле, движущейся через магнитное поле (аспект закона индукции Фарадея), и силу, действующую на частицу. который может двигаться со скоростью, близкой к скорости света (релятивистская форма силы Лоренца).

Электростатическая кулоновская сила

Абсолютное значение силы F между двумя точечные сборы q и Q относится к расстоянию р между точечными зарядами и простым произведением их начислений. Схема показывает, что одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, а противоположные заряды притягиваются.

На изображении вектор F₁ сила, испытываемая q₁, а вектор F₂ сила, испытываемая q₂. Когда q₁q₂ > 0 силы отталкивают (как на изображении) и когда q₁q₂ < 0 силы притягивают (напротив изображения). Величина сил всегда будет одинаковой. В этом случае: ${\displaystyle \mathbf {F} =k{\frac {q_{1}q_{2}}{|\mathbf {r_{12}} |^{2}}}\mathbf {\hat {r_{12}}} ={\frac {q_{1}q_{2}}{4\pi \epsilon _{0}|\mathbf {r_{12}} |^{2}}}\mathbf {\hat {r_{12}}} }$
где вектор,
${\displaystyle {\boldsymbol {r_{12}}}={\boldsymbol {r_{1}-r_{2}}}}$
- векторное расстояние между зарядами и, ${\displaystyle {\boldsymbol {{\hat {r}}_{12}}}={{\boldsymbol {r_{12}}}/|{\boldsymbol {r_{12}}}|}}$
(единичный вектор, указывающий из q₂ к q₁).
Векторная форма приведенного выше уравнения вычисляет силу F₁ применяется на q₁ к q₂. Если р₂₁ вместо этого используется эффект на q₂ можно найти. Его также можно рассчитать с помощью Третий закон Ньютона: F₂ = -F₁.

Основная статья: Закон Кулона

Электростатическая кулоновская сила также известный как Кулоновское взаимодействие и электростатическая сила, названный в честь Шарль-Огюстен де Кулон опубликовавший результат в 1785 году, описывает притяжение или отталкивание частиц за счет их электрического заряда.^[19]

Закон Кулона гласит, что:

Величина электрического сила между двумя точками обвинения прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.^{[20][примечание 5]}

Величина электростатической силы пропорциональна скалярному кратному величине заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния (т. Е. Закон обратных квадратов ), и определяется как:

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

или в векторной записи:

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

куда q₁, q₂ два подписанных точечных обвинения; р-шляпа направление единичного вектора расстояния р между обвинениями; k является Постоянная кулонов и ε₀ диэлектрическая проницаемость свободного пространства, выраженная в единицах СИ по формуле:^[20]

${\displaystyle k={\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}\approx 8.988\times 10^{9}Nm^{2}{C^{-}}^{2}}$

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

Направления сил, прилагаемых двумя зарядами друг к другу, всегда вдоль прямой линии, соединяющей их (кратчайшее расстояние), и являются векторными силами бесконечного диапазона; и подчиняются 3-му закону Ньютона, имея равную величину и противоположное направление. Кроме того, когда оба заряда q₁ и q₂ имеют одинаковый знак (оба положительные или оба отрицательные) силы между ними отталкивающие, если они противоположного знака, то силы притяжения.^[20][21] Эти силы подчиняются важному свойству, называемому принцип суперпозиции сил в котором говорится, что если был введен третий заряд, то полная сила, действующая на этот заряд, равна векторная сумма Из сил, которые были бы приложены другими зарядами по отдельности, это справедливо для любого количества зарядов.^[20]Однако закон Кулона был заявлен для обвинений в вакуум, если пространство между точечными зарядами содержит вещество, то диэлектрическая проницаемость вещества между зарядами должна быть учтена следующим образом:

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

куда ε_р это относительная диэлектрическая проницаемость или же диэлектрическая постоянная пространства, через которое действует сила, и безразмерна.^[20]

Столкновения

Если две частицы взаимодействуют друг с другом в процессе столкновения, после взаимодействия возможны четыре результата:^[22]

Эластичный

Смотрите также: Упругое рассеяние

Упругое рассеяние - это когда столкновения между мишенью и падающими частицами имеют полное сохранение кинетической энергии.^[23] Это означает, что не происходит разрушения частиц или потери энергии из-за колебаний,^[23][24] то есть внутреннее состояние каждой из частиц остается неизменным.^[22] В связи с отсутствием разрыва упругие столкновения можно моделировать как происходящие между точечными частицами,^[24] принцип, который очень полезен для элементарной частицы, такой как электрон.^[22]

Неэластичный

Смотрите также: Неупругое рассеяние

Неупругое рассеяние - это когда столкновения нет сохранить кинетическую энергию,^[23][24] и, как таковые, 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 составляющими частицами любой стороны столкновения.^[23] Частицы май также разделенный на части, дополнительная энергия может быть преобразована в разрыв химических связей между компонентами.^[23]

Кроме того, импульс сохраняется как при упругом, так и при неупругом рассеянии.^[23] Двумя другими результатами являются реакции (когда структура взаимодействующих частиц изменяется с образованием двух или более (обычно сложных частиц)) и создаются новые частицы, которые не являются элементарными частицами взаимодействующих частиц.^[22][23]

Типы рассеяния

Рассеяние электронов на молекулах

Рассеяние электронов на изолированных атомах и молекулах происходит в газовой фазе. Он играет ключевую роль в физике и химии плазмы и важен для таких приложений, как физика полупроводников. Рассеяние электрон-молекула / атом обычно рассматривают с помощью квантовой механики. Ведущий подход к вычислению поперечные сечения использует R-матрица метод.

Комптоновское рассеяние

Диаграмма Фейнмана комптоновского рассеяния

Основная статья: Комптоновское рассеяние

Комптоновское рассеяние, названный так в честь Артур Комптон который впервые наблюдал этот эффект в 1922 году и принес ему Нобелевскую премию по физике 1927 года;^[25] это неэластичный рассеяние фотона высокой энергии на свободной заряженной частице.^{[26][примечание 6]}

Это было продемонстрировано в 1923 году, когда излучение заданной длины волны (в данном случае рентгеновское излучение) проходило через фольгу (углеродную мишень), рассеиваемую способом, несовместимым с классической теорией излучения.^{[26][примечание 7]} Комптон опубликовал статью в Физический обзор объясняя явление: Квантовая теория рассеяния рентгеновских лучей на легких элементах.^[27] Эффект Комптона можно понимать как неупругое рассеяние высокоэнергетических фотонов на отдельных электронах,^[26] когда падающий фотон отдает часть своей энергии электрону, тогда рассеянный фотон имеет более низкую энергию, более низкую частоту и большую длину волны в соответствии с Соотношение Планка:^[28]

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

что дает энергию E фотона по частоте ж или же ν, и постоянная Планка час (6.626×10⁻³⁴ J⋅s = 4.136×10⁻¹⁵ эВ. с).^[29]Изменение длины волны при таком рассеянии зависит только от угла рассеяния данной целевой частицы.^[28][30]

Это было важным открытием в 1920-х годах, когда о частицах (фотонах) света, предположенных Фотоэлектрический эффект все еще обсуждался, эксперимент Комптона дал четкие и независимые доказательства подобного частицам поведения.^[25][30]

Формула, описывающая Комптоновский сдвиг в длине волны из-за рассеяния определяется выражением:

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

куда λ_ж конечная длина волны фотона после рассеяние λ_я - начальная длина волны фотона перед рассеяние час постоянная Планка, м_е - масса покоя электрона, c это скорость света и θ - угол рассеяния фотона.^[25][30]

Коэффициент (1 - cosθ) известен как Комптоновская длина волны, но фактически 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]

Томсоновское рассеяние классический эластичный количественная интерпретация процесса рассеяния,^[26] и это можно увидеть с фотонами с более низкой, средней энергией. Классическая теория электромагнитная волна рассеяние заряженными частицами не может объяснить сдвиги длины волны малой интенсивности.

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 эффект Комптона наблюдается в астрофизике, когда фотон с низкой энергией (например, космического микроволнового фона) отражается от электрона с высокой энергией (релятивистского). Такие электроны образуются в сверхновых и активных ядрах галактик.^[26]

Мёллеровское рассеяние

Диаграмма Фейнмана с рассеянием Меллера

Основная статья: Мёллеровское рассеяние

Рассеяние Мотта

Основная статья: Рассеяние Мотта

Бхабха рассеяние

Основная статья: Бхабха рассеяние

Тормозное рассеяние

Основная статья: Тормозное излучение

Глубоконеупругое рассеяние

Основная статья: Глубоконеупругое рассеяние

Синхротронное излучение

Основная статья: Синхротронное излучение

Если заряженная частица, такая как электрон, ускоряется - это может быть ускорение по прямой или движение по кривой траектории - частица испускает электромагнитное излучение. Внутри электронных накопительных колец и круговых ускорителей частиц, известных как синхротроны, электроны изгибаются по круговой траектории и обычно излучают рентгеновские лучи. Этот радиально излучаемый (${\displaystyle \mathbf {a} \perp \mathbf {v} }$) электромагнитное излучение когда заряженные частицы ускоряются, называется синхротронное излучение.^[33] Его производят в синхротронах с помощью поворотных магнитов, ондуляторы и / или вигглеры.^{[нужна цитата ]}

Первое наблюдение было сделано 24 апреля 1947 года в исследовательской лаборатории General Electric в Скенектади, штат Нью-Йорк, в синхротроне, построенном группой Херба Поллака для проверки идеи принципа фазовой стабильности для высокочастотных ускорителей.^{[примечание 8]} Когда техника попросили осмотреть экран с помощью большого зеркала, чтобы проверить наличие искры в трубке, он увидел яркую световую дугу, исходящую от электронного луча. Роберту Ленгмюру приписывают признание его как синхротронного излучения или, как он называл это, «излучения Швингера» после Джулиан Швингер.^[34]

Классически излучаемая мощность п от ускоренного электрона составляет:

${\displaystyle P={\frac {2Ke^{2}}{3c^{2}}}a^{2}}$

это происходит из Формула лармора; куда K - постоянная диэлектрической проницаемости,^{[примечание 9]} е - заряд электрона, c это скорость света, и а В случае круговой орбиты, такой как накопительное кольцо, нерелятивистский случай - это просто центростремительное ускорение. Однако внутри накопительного кольца ускорение очень релятивистское и может быть получено следующим образом:

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

куда v - круговая скорость, р - радиус кругового ускорителя, м - масса покоя заряженной частицы, п это импульс, τ это Подходящее время (t / γ) и γ это Фактор Лоренца Излученная мощность становится:

${\displaystyle P={\frac {2Ke^{2}}{3c^{2}}}({\frac {\gamma ^{2}v^{2}}{r}})^{2}={\frac {2Ke^{2}}{3c^{2}}}{\frac {\gamma ^{4}v^{4}}{r^{2}}}}$

Для высокорелятивистских частиц, когда скорость становится почти постоянной, γ⁴ член становится доминирующей переменной при определении скорости потерь, что означает, что потери масштабируются как четвертая степень энергии частицы γmc²; а обратная зависимость потерь синхротронного излучения от радиуса свидетельствует в пользу создания ускорителя как можно большего размера.^[33]

Удобства

SLAC

Смотрите также: Национальная ускорительная лаборатория SLAC

Аэрофотоснимок Стэнфордского центра линейных ускорителей с детекторным комплексом с правой (восточной) стороны

Стэнфордский центр линейных ускорителей расположен рядом Стэндфордский Университет, Калифорния.^[35] Строительство линейного ускорителя длиной 2 мили началось в 1962 году и было завершено в 1967 году, а в 1968 году было обнаружено первое экспериментальное свидетельство существования кварков, в результате чего в 1990 году была присуждена Нобелевская премия по физике, которую разделили Ричард Тейлор, Джером И. Фридман и Генри Кендалл из SLAC Массачусетского технологического института.^[36] Ускоритель имел мощность 20 ГэВ для ускорения электронов, и, хотя этот эксперимент был похож на эксперимент Резерфорда по рассеянию, этот эксперимент работал с альфа-частицами при энергии всего 7 МэВ. В случае SLAC падающая частица была электроном, а цель - протоном, и из-за короткой длины волны электрона (из-за его высокой энергии и импульса) он мог проникать в протон.^[35]Стэнфордское позитронно-электронное асимметричное кольцо (SPEAR), добавленное к SLAC, сделало такие открытия возможными, что привело к открытию в 1974 г. частицы Дж / пси, которая состоит из пары очарованного кварка и античарованного кварка, а также еще одной Нобелевской премии в области науки и техники. Физика в 1976 г. За этим последовало объявление Мартина Перла об открытии тау-лептона, за которое он получил Нобелевскую премию по физике 1995 г.^[36]

SLAC стремится стать ведущей ускорительной лабораторией,^[37] для реализации стратегических программ в области физики элементарных частиц, астрофизики элементарных частиц и космологии, а также приложений для открытия новых лекарств для лечения, новых материалов для электроники и новых способов производства чистой энергии и очистки окружающей среды.^[38] Под руководством Чи-Чанг Као пятый директор SLAC (по состоянию на ноябрь 2012 г.), известный ученый-рентгенолог, который пришел в SLAC в 2010 г., чтобы работать заместителем директора лаборатории Стэнфордского источника синхротронного излучения.^[39]

БаБар

Смотрите также: BaBar эксперимент

SSRL - Стэнфордский источник синхротронного излучения

Смотрите также: Стэнфордский источник синхротронного излучения

Другие научные программы, выполняемые SLAC, включают:^[40]

• Расширенные исследования ускорителей
• ATLAS / Большой адронный коллайдер
• Теория элементарных частиц
• EXO - Обсерватория обогащенного ксенона
• FACET - Средство для расширенных экспериментальных испытаний ускорителей
• Космический гамма-телескоп Ферми
• Geant4
• KIPAC - Институт астрофизики элементарных частиц и космологии им. Кавли
• LCLS - Линейный источник когерентного света
• LSST - Большой синоптический обзорный телескоп
• NLCTA - Next Linear Collider Test Accelerator
• Стэнфордский институт PULSE
• SIMES - Стэнфордский институт материаловедения и энергетики
• Центр исследований взаимодействия и катализа SUNCAT
• Super CDMS - поиск сверхкриогенной темной материи

RIKEN RI Beam Factory

Смотрите также: Завод радиоактивных изотопов

RIKEN была основана в 1917 году как частный исследовательский фонд в Токио и является крупнейшим комплексным исследовательским институтом Японии. Быстро разрастаясь в размерах и масштабах, он сегодня известен высококачественными исследованиями в различных научных дисциплинах и включает в себя сеть исследовательских центров и институтов мирового уровня по всей Японии.^[41]

В RIKEN RI Beam Factory, также известный как RIKEN Nishina Center (для науки на основе ускорителей), представляет собой исследовательский центр на базе циклотрона, который начал работу в 2007 году; 70 лет спустя после первого в Японии циклотрона, от Д-р Ёсио Нишина имя которого дано объекту.^[42]

По состоянию на 2006 год на объекте имеется ускорительный комплекс тяжелых ионов мирового класса. Он состоит из кольцевого циклотрона на К540 МэВ (RRC) и двух различных инжекторов: линейного ускорителя тяжелых ионов с переменной частотой (RILAC) и циклотрона AVF на К70 МэВ (AVF). Он имеет сепаратор снарядов и осколков (RIPS), который обеспечивает лучи RI (радиоактивного изотопа) менее 60 а.е.м., самые интенсивные в мире лучи RI с легкой атомной массой.^[43]

Под контролем Центра Нишина, RI Beam Factory используется пользователями по всему миру, продвигая исследования в области ядерной физики, физики элементарных частиц и адронов.Это продвижение исследований приложений ускорителей является важной миссией Центра Нишина и предполагает использование как отечественных, так и зарубежных ускорительных мощностей.^[44]

SCRIT

Смотрите также: SCRIT

В SCRIT (самоограничивающаяся мишень для радиоактивных изотопов) в настоящее время строится на балочном заводе RIKEN RI (RIBF) в Японии. Проект направлен на исследование короткоживущих ядер с помощью теста на упругое рассеяние электронов с распределением плотности заряда, при этом первоначальное тестирование проводится на стабильных ядрах. Поскольку первое рассеяние электронов на нестабильных изотопах Sn состоится в 2014 году.^[45]

Исследование короткоживущих радиоактивных ядер (RI) с помощью рассеяния электронов никогда не проводилось из-за невозможности сделать эти ядра мишенью.^[46] Теперь, с появлением новой техники самоограничивающегося RI на первой в мире установке, посвященной изучению структуры короткоживущих ядер путем рассеяния электронов, это исследование становится возможным. Принцип метода основан на явлении захвата ионов, которое наблюдается на электронных накопителях,^{[примечание 10]} что отрицательно сказывается на производительности электронных накопителей.^[45]

Новая идея, которую следует использовать в SCRIT, состоит в том, чтобы использовать захват ионов, позволяющий сделать короткоживущие ПП мишенью для экспериментов по рассеянию в качестве захваченных ионов на электронном пучке. Эта идея была впервые подвергнута проверке принципа исследования с использованием электронного накопителя Киотского университета, KSR; это было сделано с использованием стабильного ядра ¹³³Cs в качестве мишени в эксперименте с энергией электронного пучка 120 МэВ, типичным накопленным током пучка 75 мА и временем жизни пучка 100 секунд. Результаты этого исследования были благоприятными: упруго рассеянные электроны от 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 является обратным десятичному значению (вместе с его относительной стандартной неопределенностью 4.2×10⁻¹³ ты).
2. Заряд электрона отрицательный элементарный заряд, имеющий для протона положительное значение.
3. Дополнительные примечания можно найти в Laming, R. (1845 г.): «Наблюдения над статьей профессора Фарадея относительно электрической проводимости и природы материи», Phil. Mag. 27, 420-3 И в Фаррар, У. Ф. (1969). «Ричард Лэминг и угольно-газовая промышленность с его взглядами на структуру материи». Анналы науки. 25 (3): 243–53. Дои:10.1080/00033796900200141.
4. Подробности можно найти в книге Ритчмейера, Кеннарда и Лауритсена (1955) по атомной физике.
5. В - Кулон (1785a) "Premier mémoire sur l'électricité et le magnétisme", Histoire de l’Académie Royale des Sciences, страницы 569-577 - Кулон изучал силу отталкивания между телами, имеющими электрические заряды одного знака:
   

   Стр. Решебника 574 : Il résulte donc de ces trois essais, que l'action répulsive que les deux balles électrifées de la même nature d'electricité exercent l'une sur l'autre, su la raison inverse du carré des distance.

   Перевод : Следовательно, из этих трех испытаний следует, что сила отталкивания, которую два шара - [которые были] наэлектризованы одним и тем же электричеством - воздействуют друг на друга, следует обратно пропорционально квадрату расстояния.

   В - Кулон (1785b) «Второй воспоминание о электричестве и магнетизме», Histoire de l’Académie Royale des Sciences, страницы 578-611. - Кулон показал, что противоположно заряженные тела подчиняются закону притяжения обратных квадратов.
6. В данном случае электрон. Когда понятие «свободный» возникает из рассмотрения того, велика ли энергия фотона по сравнению с энергией связи электрона; тогда можно было бы сделать приближение, что электрон свободен.
7. Например, рентгеновские фотоны имеют значение энергии в несколько кэВ. Таким образом, можно было наблюдать как сохранение импульса, так и энергии. Чтобы продемонстрировать это, Комптон рассеял рентгеновское излучение на графитовом блоке и измерил длину волны рентгеновских лучей до и после их рассеяния в зависимости от угла рассеяния. Он обнаружил, что рассеянные рентгеновские лучи имеют более длинную волну, чем падающее.
8. Масса частиц в циклотроне растет с увеличением энергии до релятивистского диапазона. Затем более тяжелые частицы прибывают к электродам слишком поздно, чтобы радиочастотное (РЧ) напряжение фиксированной частоты могло их ускорить, тем самым ограничивая максимальную энергию частиц. Чтобы справиться с этой проблемой, в 1945 году Макмиллан в США и Векслер в Советском Союзе независимо друг от друга предложили уменьшать частоту высокочастотного напряжения по мере увеличения энергии, чтобы поддерживать синхронизацию напряжения и частицы. Это было конкретное применение их принципа фазовой стабильности для ВЧ-ускорителей, который объясняет, как слишком быстрые частицы получают меньшее ускорение и замедляются по сравнению со своими товарищами, в то время как слишком медленные частицы получают больше и ускоряются, тем самым приводя к стабильной связка частиц, которые вместе ускоряются.
9. Для единиц СИ он может быть рассчитан как 1 / 4πε₀
10. Остаточные газы в накопительном кольце ионизируются циркулирующим электронным пучком. После ионизации они захватываются поперечным пучком электронов. Поскольку захваченные ионы остаются на электронном пучке и выбрасывают электроны с орбиты, результаты этого захвата ионов вредны для работы электронных накопительных колец. 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 уменьшения негативных эффектов захвата ионов.

Рекомендации

1. «CODATA Значения фундаментальных физических констант, рекомендованные на международном уровне». Стандартная справочная база данных NIST 121. Национальный институт стандартов и технологий. Получено 23 ноября 2013.
2. "рассеяние электронов". Британская энциклопедия. Британская энциклопедия, Inc.. Получено 13 октября 2013.
3. «Рассеяние электронов в твердых телах». Иоффе. Кафедра прикладной математики и математической физики. Получено 13 октября 2013.
4. Хау, Джеймс; Фульц, Брент (2008). Просвечивающая электронная микроскопия и дифрактометрия материалов (3-е изд.). Берлин: Springer. ISBN  978-3-540-73885-5.
5. Коль, Л. Реймер, Х. (2008). Просвечивающая электронная микроскопия физика формирования изображения (5-е изд.). Нью-Йорк: Спрингер. ISBN  978-0-387-34758-5.
6. «Рассеяние электронов». ИМЕТЬ ЗНАЧЕНИЕ. Ливерпульский университет. Архивировано из оригинал 15 октября 2013 г.. Получено 13 октября 2013.
7. Б. Фруа; I. Sick, ред. (1991). Современные темы в рассеянии электронов. Сингапур: World Scientific. Bibcode:1991mtes.book ..... F. ISBN  978-9971509750.
8. Drechsel, D .; Джаннини, М. М. (1989). «Рассеяние электронов на ядрах». Отчеты о достижениях физики. 52 (9): 1083. Bibcode:1989RPPh ... 52.1083D. Дои:10.1088/0034-4885/52/9/002.
9. Арабатзис, Теодор (2005). Представление электронов как биографический подход к теоретическим сущностям. Чикаго: Издательство Чикагского университета. ISBN  978-0226024219.
10. Спрингфорд, изд. Майкла (1997). Электрон: столетний том (1-е изд.). Кембридж [u.a.]: Cambridge Univ. Нажмите. ISBN  978-0521561303.
11. Пендри, Дж. Б. (1974). Дифракция электронов низких энергий: теория и ее применение для определения структуры поверхности. Лондон: Academic Press. ISBN  978-0125505505.
12. ПАНОФСКИЙ, W.K.H. (10 июня 1998 г.). «НЕКОТОРЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ К РАННЕЙ ИСТОРИИ ЭЛЕКТРОННО-ЭЛЕКТРОННОГО РАССЕЯНИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ». Международный журнал современной физики A. 13 (14): 2429–2430. Bibcode:1998IJMPA..13.2429P. Дои:10.1142 / S0217751X98001219.
13. Фитцпатрик, Ричард. «Сила Лоренца». Техасский университет.
14. Нейв, Р. "Закон силы Лоренца". гиперфизика. Государственный университет Джорджии. Получено 1 ноября 2013.
15. Вайсштейн, Эрик В. "Сила Лоренца". научный мир. исследование вольфрама. Получено 1 ноября 2013.
16. Дарригол, Оливье (2000). Электродинамика от Ампера до Эйнштейна (Ред. Ред.). Оксфорд [u.a.]: Oxford Univ. Нажмите. ISBN  978-0198505945.
17. Куртус, Рон. «Сила Лоренца на электрических зарядах в магнитном поле». Школа чемпионов Рона Куртуса. Школа чемпионов. Архивировано из оригинал 16 сентября 2013 г.. Получено 6 ноября 2013.
18. Пески, Фейнман, Лейтон (2010). В основном электромагнетизм и материя (Новое тысячелетие ред.). Нью-Йорк: Основные книги. ISBN  9780465024162.
19. «Кулоновская сила». Британская энциклопедия. Получено 21 ноября 2013.
20. Хью Д. Янг; Роджер А. Фридман; А. Льюис Форд (2007). Университетская физика Сирса и Земанси: с современной физикой (12e изд.). Сан-Франциско: Пирсон Эддисон Уэсли. С. 716–719, 830. ISBN  9780321501301.
21. Нейв, Р. «Закон Кулона». гиперфизика. Государственный университет Джорджии. Получено 21 ноября 2013.
22. Копалеишвили, Теймураз (1995). Теория столкновений: (краткий курс). Сингапур [u.a.]: World Scientific. Bibcode:1995ctsc.book ..... K. ISBN  978-9810220983.
23. «Упругие и неупругие столкновения в физике элементарных частиц». SLAC. Стэндфордский Университет. Получено 21 октября 2013.
24. "Рассеяние". Physics.ox. Оксфордский университет. Архивировано из оригинал 23 октября 2013 г.. Получено 21 октября 2013.
25. Нейв, Р. «Комптоновское рассеяние». гиперфизика. Государственный университет Джорджии. Получено 28 ноября 2013.
26. Neakrase, Дженнифер; Нил, Дженнифер; Венейблс, Джон. «Фотоэлектроны, комптоновское и обратное комптоновское рассеяние». Кафедра физики и астрономии. Университет штата Аризона. Получено 28 ноября 2013.
27. Комптон, Артур (май 1923 г.). «Квантовая теория рассеяния рентгеновских лучей на элементах света». Физический обзор. 21 (5): 483–502. Bibcode:1923ПхРв ... 21..483С. Дои:10.1103 / PhysRev.21.483.
28. Нейв, Р. «Комптоновское рассеяние». гиперфизика. Государственный университет Джорджии. Получено 28 ноября 2013.
29. Нейв, Р. «Гипотеза Планка». гиперфизика. Государственный университет Джорджии. Получено 28 ноября 2013.
30. «Комптоновское рассеяние». Образовательный ресурсный центр NDT. Государственный университет Айовы. Получено 28 ноября 2013.
31. Джонс, Эндрю Циммерман. «Эффект Комптона». About.com Физика. About.com. Получено 28 ноября 2013.
32. Даффи, Эндрю; Лоуи, Али. "Эффект Комптона". Физический факультет Бостонского университета. Бостонский университет. Получено 28 ноября 2013.
33. Нейв, Р. «Синхротронное излучение». гиперфизика. Государственный университет Джорджии. Получено 5 декабря 2013.
34. Робинсон, Артур Л. «ИСТОРИЯ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ». Центр рентгеновской оптики и передовых источников света. Национальная лаборатория Лоуренса Беркли. Получено 5 декабря 2013.
35. Уолдер, Джеймс; О'Салливан, Джек. "Стэнфордский центр линейных ускорителей (SLAC)". Физический факультет. Оксфордский университет. Архивировано из оригинал 23 августа 2013 г.. Получено 16 ноября 2013.
36. «История SLAC». Национальная ускорительная лаборатория SLAC. Стэндфордский Университет. Получено 16 ноября 2013.
37. «Наше видение и миссия». Национальная ускорительная лаборатория SLAC. Стэндфордский Университет. Архивировано из оригинал 28 ноября 2013 г.. Получено 16 ноября 2013.
38. «Обзор SLAC». Национальная ускорительная лаборатория SLAC. Стэндфордский Университет. Получено 16 ноября 2013.
39. "Кабинет директора". Национальная ускорительная лаборатория SLAC. Стэндфордский Университет. Получено 16 ноября 2013.
40. «Научные программы». Национальная ускорительная лаборатория SLAC. Стэндфордский Университет. Архивировано из оригинал 15 сентября 2015 г.. Получено 16 ноября 2013.
41. "О RIKEN". RIKEN. РИКЕН, Япония. Получено 11 декабря 2013.
42. «О Центре Нишина - Приветствие». Нишина Центр. RIKEN Nishina Центр науки, основанной на ускорителях. Получено 11 декабря 2013.
43. «Объекты - RI Beam Factory (RIBF)». Нишина Центр. RIKEN Nishina Центр науки, основанной на ускорителях. Получено 11 декабря 2013.
44. «О Центре Нишина - Исследовательские группы». Нишина Центр. RIKEN Nishina Центр науки, основанной на ускорителях. Получено 11 декабря 2013.
45. Суда, Т .; Адачи, Т .; Amagai, T .; Enokizono, A .; Hara, M .; Хори, Т .; Ichikawa, S .; Курита, К .; Миямото, Т .; Ogawara, R .; Охниши, Т .; Shimakura, Y .; Tamae, T .; Togasaki, M .; Wakasugi, M .; Wang, S .; Янаги, К. (17 декабря 2012 г.). «Ядерная физика на установке электронного рассеяния СКРИТ». Успехи теоретической и экспериментальной физики. 2012 (1): 3C008–0. Bibcode:2012PTEP.2012cC008S. Дои:10.1093 / ptep / pts043.
46. Вакасуги, Масанори. «Команда СКРИТ». RIKEN Research. RIKEN Nishina Центр науки, основанной на ускорителях. Получено 19 ноября 2013.

внешняя ссылка

• Физика вслух: рассеяние электронов (видео)
• Яркая буря: комптоновское рассеяние (видео)