Введение к работе
Актуальность проблемы. Диссертация посвящена теоретическому изучению пектрального и углового распределения тормозного излучения (ТИ), возникаю-
(его при рассеянии электронов промежуточных (0.2 - 10 кэВ)^нергий на много-
лектронных атомах и аморфных твердых телах в области ультрамягкого рект-йновского излучения.
На сегодняшний день имеется огромное число фундаментальных теорстиче-ких и экспериментальных работ, посвященных изучению ТИ (см. например обор [і]). Большой интерес к исследованию ТИ объясняется тем. что оно является днимиз основных источников электромагнитного излучения сплошного спектра. !роме того. ТИ может быть использовано для получения информации о взаи-:одействии сталкивающихся частиц, их строении, внутренних ппалт.»^ —--
';:-и-і^^ иіїрлзования І И и определение его основных количественных харак-еристик: спектральной интенсивности, углового распределения, поляризации вляется важной и актуальной задачей.
В работе рассмотрено два механизма образования ТИ. Первый из них связан излучением заряженной частицей, тормозящейся в статическом потенциале, со-даваемом частицей-мишенью. Подобное представление о ТИ прочно вошло во се учебники и монографии (см. например [2]). Поэтому в дальнейшем излуче-ие такого рода будем называть "обычным" ТИ. Второй механизм излучения вязан с динамической поляризацией атома-мишени [3, 4, о]. Под действием поля ;вижущегося заряда у атома возникает дипольный момент, величина и простран-твенная ориентация которого меняются с течением времени, в зависимости от сложения налетающей частицы. Изменение во времени величины наведенного ршольного момента приводит к излучению фотона. Излучение такого типа называют поляризационным (атомным) ТИ [б]. Два различных механизма формируют диный процесс ТИ, с полной амплитудой, являющейся суммой амплитуд обыч-:ого и поляризационного ТИ.
Наиболее яркие к необычные особенности в спектральном распределении ТИ .озникают в области частот фотонов, типичных для 4г1-гигантских резонансов, ломов Ва и редкоземельных элементов (РЗЭ) [7]. Эти атомы характеризуют-:я высокой поляризуемостью вблизи потенциалов ионизации 4с1-подоболочки и гозтому в данном спектральном диапазоне практически все ТИ формируется по юляризационному механизму. В результате в спектрах ТИ наблюдаются широке интенсивные максимумы. Для РЗЭ следующих за La, образование подобных іаксимумов связывается с радиационным распадом дискретных возбужденных :остояний 4^4/^4,1 имеющих автоионизационную природу, а гигантские реэо-[ансы в спектрах ТИ Ва и La описываются радиационным распадом состояний
сплошного спектра f-симметрии.
Ва-жной особенностью электронного строения РЗЭ является пространственная локализация f-електронов, которая приводит к атомному, не связанному с электронным строением конденсированного состояния, характеру 4<1-спектров твердофазных РЗЭ [7]. Атомная природа гигантских резонансов в спектрах фотопоглощения редкоземельных металлов была доказана прямыми экспериментами по изучению спектров поглощения свободных атомов РЗЭ [8]. Экспериментальное изучение спектров испускания твердотельных РЗЭ является сложной задачей из-за наличия эффекта самопоглощения излучения в мишени, поскольку резонанси в эмиссионных спектрах и спектрах фотопоглощения находятся в одной и той же области частот. Существенно снизить эффект самопоглощения удается при использовании электронов низких энергий (менее 500 эВ). В результате, экспериментально было обнаружено интенсивное излучение в области частот фотонов вблизи потенциалов ионизации 4<і-подоболочек РЗЭ [7].
Возможности расчета наблюдаемого резонансного излучения в спектрах РЗЭ в рамках модели поляризационного ТИ были продемонстрированы на примере атома La в [9, 10]. В этих работах было достигнуто качественное согласие вычисленного в борновском приближении сечения ТИ La с экспериментально полученным спектром, формирующимся под действием электронов с энергией 500 эВ. Использование в данной задаче борновского приближения предполагает, что энергия налетающего электрона должна превышать несколько, а то и десятки кэВ [11, 12]. Поэтому борновское приближение не может быть использовано для корректного описания имеющихся экспериментальных данных. Адекватное описание процесса ТИ электронов промежуточных анергий может быть получено в рамках приближения искаженных парциальных волн (DPWA).
Основной трудностью, возникающей при вычислении поляризационной части сечения ТИ является корректный учет динамического атомного отклика на поле налетающей частицы. Во многих случаях, такой отклик имеет существенно многоэлектронный характер, что требует включения в схему расчета аппарата теории многих тел. В рамках метода DPWA необходимость учета многоэлектронных корреляций приводит к черезвычайной трудоемкости расчета сечения поляризационного ТИ.
К началу выполнения диссертационной работы не было развито эффективных численных методов, пригодных для массовых расчетов сечений поляризационного ТИ сложных, многоэлектронных атомов, в широкой области энергий налетающего электрона. Оставался открытым вопрос об интерпретации и количественном описании 4с1-эмиссии Ва, РЗЭ. Поэтому теоретическое исследование процесса ТИ электронов промежуточных энергий на примере Ва и РЗЭ представляется актуальным.
Целью работы является теоретическое исследование тормозного излучения
возникающего при рассеянии электронов промежуточных энергий на многоэлек
тронных атомах и аморфных твердых телах. . ——
Научная новизна. Впервые получена связь"амплитуды и сечения поляризаци-
-ОНного-ТИ "с_6ооВтцркной атомной поляризуемостью в рамках DPWA. Разрабо
тан алгоритм и на его основе создана программа расчета сечения ТИ (включая
поляризационное) электронов промежуточных анергий. Впервые рассчитаны се
чения и угловые распределения ТИ электронов с энергиями С\ = 0.2 - 10 КэВ
на атомах Ва, La и Ей в області: частот фотонов л = 100 - 200 эВ. Предложен
полуампиричоский метод учета влияния многоэлектронных корреляций на сече
ния поляризационного ТИ. В рамках предложенного метода цасс««-~rz— .««я
поляризационного ТИ атомов R» -„.„^ г.->"» "~ т_-„- Eu. Hr-ep-^j. j,in., чита-
:;: „cj^ll>'^^"','""::-u,д>l^^инnr', ТІЇ, ~„_іниг.аіогл,сго при бомбардировке массивных
^Српэцоз электронами промежуточных энергий, с учетом неупругого рассеяния электронов и поглощения испускаемых фотонов в твердом теле.
Научная значимость и практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в разработке методики и алгоритма расчета спектральных и угловых распределений ТИ в широком диапазоне энергий алектронов, предложенной полуэмпирической модели расчета сечения поляризационного ТИ, а также результатах расчета сечений ТИ бария и редкоземельных металлов. Проведенные в диссертации исследования представляют интерес в прикладной части физики атомных столкновений, диагностики плазмы, спектроскопии, физики твердого тела и др.
Положения выносимые на защиту.
-
Способ расчета сечения Тй заряженных частиц промежуточных энергий рассеивающихся на свободных атомах, основанный на алгоритме и программе вычислений, использующих найденный аналитический вид связи сечения поляризационного ТИ с обобщенной атомной поляризуемостью.
-
Подуэмпирический метод учета влияния многоэлектронных корреляций на сечение поляризационного ТИ атомов.
-
Результаты расчета полного сечения ТИ электронов с энергией 0.2 - 10 кэВ на свободных атомах Ва, легких РЗЭ от La до Е-и и в твердофазных образцах, а также основные выводы сравнительного анализа спектров.
-
Процесс формирования спектра ТИ вблизи 4d-порогов легких РЗЭ имеет атомный характер в твердом теле.
Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: 14 ЮАР, Boulder, Colorado, USA (1994);
5 ECAMP, Edinburgh, UK (1995), 11 International Conference on VUV Radiation Physics, Tokyo, Japan (1995) и опубликованы в научных журналах и трудах конференций.
Публикации По теме диссертации опубликованы 11 научных работ. Список ключевых работ приведен в конце автореферата.
Структура диссертации Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 129 страниц, включая 40 рисунков и список литературы из 121 наименований.
