Эффект теней

Эффе́кт тене́й — появление специфических минимумов интенсивности интерференционной картины углового распределения при рассеянии частиц, покидающих узлы кристаллической решётки^[1].

Эффект теней обнаружен советским физиком А. Ф. Тулиновым в 1964 году и шведскими физиками Б. Домеем и К. Бьёрквистом. Впервые его наблюдали для протонов, дейтронов, $\alpha$ -частиц и тяжёлых ионов, возникающих в результе облучения мишени (кристалла) частицами высоких энергий. Минимумы, иногда называемыми тенями (результаты фиксировались на фотографической плёнке, на которой после проявления и наблюдались эти минимумы в виде теней в действительном изображении).

Эффект теней относят к одному из эффектов каналирования заряженных частиц и ориентационных эффектов^[2].

Минимумы (тени) возникают в определённых направлениях углового рассеяния — в направлении кристаллографических осей (т. н. осевая тень) и плоскостей (т. н. плоскостная тень). Природа этих минимумов состоит в том, что частицы, движущиеся в направлениях осей и плоскостей, отклоняются сильнее в результате воздействия внутриатомных электрических полей.

Если присвоить энергетическому барьеру значение $E_{c}$ , а за $E$ принять энергию частицы, движущейся в направлении канала под углом $\varphi$ , то критический угол будет равен:

$\alpha _{C}={\Biggl (}{\frac {E_{C}}{E}}{\Biggl )}^{1/2}$ .

Если угол между направлением падающего иона и оси канала меньше некоторого значения и ион продолжает двигаться вдоль канала, можно определить телесный угол, в котором этот ион будет продолжать движение:

$\Omega _{C}\thicksim \pi {\frac {E_{C}}{E}}$ .

Плоскостная тень

Для описания этого эффекта используют понятие нормированного выхода частиц $\Pi (\epsilon )$ с заданной поперечной энергией:

$\Pi (\epsilon )={\frac {1}{T(\epsilon )}}\textstyle \int \limits _{x_{\epsilon }}^{\infty }\displaystyle {\frac {dxP_{x}(x)}{\sqrt {\epsilon -Y(x)}}}$ ,

из чего видно, что интенсивность близких столкновений каналированных частиц экспоненциально уменьшается с увеличением расстояния минимального сближения. С учётом этого можно записать:

$\chi (\varTheta _{0})={\frac {2}{d_{p}}}\textstyle \int \limits _{0}^{\frac {d_{p}}{2}}\displaystyle dx_{0}\Pi (\epsilon _{0})$ .

Распределение частиц по поперечной энергии $\rho (\epsilon )$ , считая, что частица в момент вылета под углом $\varTheta$ к атомной плоскости приобретает энергию $\epsilon =\varTheta ^{2}+Y(u_{x})$ , получим:

$\rho =\int d\varTheta \int du_{x}P(u_{x})\sigma (\epsilon -\varTheta ^{2}-Y(u_{x}))$ .

Осевая тень

При осевой ориентации выход обратного рассеяния частиц от кристалла вдоль направления кристаллографических осей вычисляется аналогично, в результате чего можно получить угловое распределение с поперечной энергией $\epsilon$ по координатам элементарной ячейки:

$\chi (\varTheta _{0})={\frac {2}{r_{0}^{2}}}\textstyle \int \limits _{0}^{r_{0}}\displaystyle dr'_{0}r'_{0}\delta (\epsilon -U(r'_{0})-\varTheta _{0}^{2})$ .

Минимальный выход $\chi _{min}$ в этом случае равен:

$\chi _{min}={\frac {2u^{2}}{r_{0}^{2}}}$ .

На рисунке 2 показаны расчеты по формулам для $\chi (\varTheta _{0})$ в сравнении с экспериментальными данными.

Эффект теней лёг в основу создания метода монографии, использующегося для изучения строения и структуры твёрдых тел. Преимуществом этого метода и использования эффекта теней состоит в том, что их можно использовать не только для массивных твёрдых тел, но и тонких монокристаллических плёнок, а также тонких слоёв массивных твёрдых тел. Кроме того, эффект теней можно использовать для послойного изучения массивных образцов, то есть получать картины распределения дефектов, примесей по слоям, по глубине от поверхности вглубь массивных образцов. Методы, использующие эффект теней, относятся к методам неразрушающего контроля.

Помимо изучения структуры твёрдых тел эффект теней используется для измерения времени протекания ядерных реакций в широком диапазоне значений от 10⁻¹⁸ до 10⁻¹⁵ с.

↑ Большая советская энциклопедия в 50-ти томах. — 1954.
↑ Линдхард Й. Влияние кристаллической решетки на движение быстрых заряженных частиц (рус.) // Успехи физических наук. — 1969. — Октябрь (т. 99, вып. 2). — С. 249—296.

Попов Г. М., Шафрановский И. И. Кристаллография. — Москва : «Высшая школа», 1972.
Рябов В. А. Эффект каналирования. — Москва : Энергоатомиздат, 1994.
Барсуков О. А., Ельяшевич М. А. Основы атомной физики. — Москва : Научный мир, 2006.
Калистратова Л. Ф. Физические основы кристаллографии. — Омск : Издательство ОмГТУ, 2020.

Эффект теней

Правообладателем данного материала является АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ».
Использование данного материала на других сайтах возможно только с согласия АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ».

[:0-1] Большая советская энциклопедия в 50-ти томах. — 1954.

[2] Линдхард Й. Влияние кристаллической решетки на движение быстрых заряженных частиц (рус.) // Успехи физических наук. — 1969. — Октябрь (т. 99, вып. 2). — С. 249—296.

[1]

[2]

Эффект теней

Физические основы

Плоскостная тень

Осевая тень

Применение

Примечания

Литература

Ссылки

Категории