Введение к работе
Актуальность темы.
Диссертация посвящена изучению тормозного излучения, возникающего при столкновении бесструктурных частиц друг с другом во внешнем квазиоднородном квазистационарном электрическом поле.
Существует достаточно большой круг явлений, в которых рассеяние частиц (электронов, ядер, ионов, атомов) друг на друге, а также их взаимодействие с фотонами, происходит во внешнем электромагнитном поле, в частности, в квазистационарном и квазиоднородном электрическом поле. При этом только сравнительно недавно стало учитываться влияние такого внешнего электрического поля, величиной значительно меньше атомного, на столкновения частиц.
Так, в конце семидесятых годов появился интерес к процессам фотоио-низации и фоторасщепления атомов и ионов во внешнем квазистационарном и квазиоднородном электрическом поле, вызванный экспериментально обнаруженными в сечениях этих процессов осцилляциями, существование которых, по-видимому, связано с интерференцией фотоэлектронов при их отражении от потенциального барьера внешнего поля [1,2].
Такой эффект должен наблюдаться, если среднее расстояние между точками отражения фотоэлектронов от потенциального барьера внешнего поля и атомом или ионом, а также время нахождения частиц на этом пространственном отрезке (вдоль внешнего поля) значительно меньше характерных размеров и времени задачи, например, в ионизованном газе с концентрацией частиц 1012 см"3, находящемся в электрическом поле с напряженностью 105 В/см и частотой, меньшей (для такого поля) 1012 с'1.
При этих же условиях отражение участвующих в столкновениях заряженных частиц от потенциального барьера внешнего поля должно существенно влиять также на ионизацию атомов электронами, на их упругие и неупругие столкновения с ионами и атомами, на тормозное излучение рассеивающихся частиц во внешнем электрическом поле.
Появление лазеров стимулировало большое количество работ, в которых исследовалась ионизация атомов и тормозное излучение, происходящая в переменном интенсивном электромагнитном поле [3-7]. Однако, в этих работах не рассматривалась интерференция заряженных частиц при их отражении от потенциального барьера внешнего электрического поля.
В 1994 году появилась, по-видимому, первая работа [8], в которой с учетом указанных эффектов рассматривалось тормозное излучение рассеивающихся друг на друге частиц в стационарном, однородном электрическом поле, когда это поле ускоряло (до столкновений) частицы излучаемой системы. Од-
4 нако ни в этой работе, ни в последующих [9] из-за сложных математических выражений, определяющих дифференциальные сечения поляризованного и неполяризованного излучения, не удалось в частности получить и проанализировать дифференциальные сечения более низкого порядка, а также провести их усреднение по пространственному распределению рассеивающих центров, находящихся во внешнем поле, что необходимо для предсказания результатов реальных экспериментов, которые позволили бы наблюдать указанные квантовые эффекты. Вышеизложенное свидетельствует об актуальности темы данной работы.
Цель работы.
Целью диссертационной работы является определение и анализ дифференциальных сечений тормозного излучения, возникающего при столкновении электрически заряженных "бесструктурных" частиц в однородном и постоянном электрическом поле, независящих от направления импульса рассеянных частиц и усредненных по пространственному распределению рассеивающих центров находящихся в этом поле. Кроме того, представлялось интересным определить дифференциальные сечения тормозного излучения при падении частиц на потенциальный барьер внешнего поля, в котором находиться рассеивающий центр и сравнить эти сечения с сечениями тормозного излучения, возникающего при ускорении частиц внешним полем.
Методы исследования.
Для решения поставленных задач использовались методы теоретической физики, а так же разработанное программное обеспечение позволяющее проводить визуальный анализ функций нескольких переменных и их численное интегрирование по любым параметрам (не более 3-х), при построении поверхностей исследуемых функций в декартовой и сферической системе координат.
Научная новизна.
1. Впервые в дипольном борновском приближении найдены сечения поляризованного тормозного излучения, возникающего при столкновении «бесструктурных» частиц во внешнем однородном и стационарном электрическом поле, проинтегрированные по направлениям импульса рассеянной частицы. На основе анализа таких сечений показано, что даже слабое по сравнению с атомным внешнее электрические поле может заметно влиять на пространственное распределение интенсивности такого излучения, что отражает анизотропию пространства и выражается в изменении (по сравнению с нулевым
: ':.>! :>'., ; .-;:.;- ;
» і ;Т-.1-. '>'.:.' '
5 внешним полем) зависимости тормозного излучения от направления вектора поляризации.
-
Впервые найдены сечения неполяризованного тормозного излучения бесструктурных частиц во внешнем электрическом поле проинтегрированные по направлениям импульса рассеянной частицы. Исследована, зависимость интенсивности неполяризованного тормозного излучения от направления импульса падающих на рассеивающий центр частиц.
-
Впервые в дипольном борновском приближении найдены дифференциальные сечения поляризованного и неполяризованного тормозного излучения, возникающего при столкновении находящейся во внешнем электрическом поле бесструктурной рассеивающей частицы с частицами, падающими на потенциальный барьер такого поля. Показано существование осциллирующих слагаемых в сечениях этого излучения. В рамках выбранной модели задачи и приближений установлено, что внешнее электрическое поле может привести к значительному перераспределению интенсивности излучения, как функции направления вектора его поляризации, при направлениях импульса рассеиваемой частицы близких к направлению внешнего электрического поля.
-
Впервые в борновском приближении найдены сечения тормозного излучения возникающего при прохождении электронов через плоский слой, содержащий рассеивающие центры, в котором локализовано внешнее стационарное и однородное электрическое поле. Показано, что сечения, как функция импульса рассеянных частиц, прошедших через слой, отличаются от подобных сечений на отдельном рассеивающем центре, как при отражении лёгких частиц от потенциального барьера внешнего поля (в конечном состоянии), так и в отсутствии этого эффекта. Исследование сечений тормозного излучения частиц, как функции направлении импульса падающих частиц и направления вектора поляризации излучаемого фотона, показывает, что интенсивность тормозного излучения может заметно отличаться от интенсивности такого же излучении возникающего при рассеянии частиц в отсутствии внешнего электрического поля.
Научная и практическая ценность.
Значимость работы заключается в том, что:
-
Сравнение полученных и проанализированных сечений тормозного излучения с результатами эксперимента может служить проверкой фундаментальных принципов квантовой физики.
-
Найденные сечения могут бьпь использованы в различных приложениях физики, например, физике плазмы и газового разряда, как непосредственно, так и при рассмотрении явлений переноса в различных средах.
Защищаемые положения
Модель задачи обеспечивающей адекватное описание движения частиц при их столкновениях, вызывающих тормозное излучение, во внешнем стационарном, однородном электрическом поле.
Программное обеспечение, позволяющее численно интегрировать полученные сечения и проводить анализ уже проинтегрированных сечений, строя поверхности в декартовой и сферической системах координат.
Определение и анализ сечений в дипольном борновском приближении поляризованного и неполяризованного тормозного излучения, возникающего при столкновении находящейся во внешнем электрическом поле бесструктурной рассеивающей частицы с частицами, падающими из-за границы внешнего поля.
Определение и анализ сечений в дипольном борновском приближении поляризованного и неполяризованного тормозного излучения, возникающего при столкновении находящейся во внешнем электрическом поле бесструктурной рассеивающей частицы с частицами, падающими на потенциальный барьер такого поля.
Вычисление в борновском приближении сечений тормозного излучения возникающего при прохождении электронов через плоский слой, содержащий рассеивающие центры, в котором локализовано внешнее стационарное и однородное электрическое поле.
Личный вклад
Научные результаты, изложенные в главах диссертации 2, 3,4 получены автором лично. Автором самостоятельно разработано программное обеспечение для проведения численного анализа теоретических результатов по данному научному направлению.
Апробация работы.
Основные результаты работы были представлены на следующих конференциях:
Международная конференция Физика плазмы и плазменные технологии (Минск, Беларусь, 15-19 сентября, 1997)
Второй региональной научной конференции «Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование» (Хабаровск, 2001)
XV International Conference on Gas Discharges and their Applications GD2004 (Toulouse, September 5-10,2004)
The Forth Asia-Pacific Conference on Opto- and Microelectronics (APCOM'2004) (Khabarovsk, 2004).
7 Основные результаты опубликованы в 7 научных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертационной работы.
Работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Она изложена на 112 стр. машинописного текста. Содержит 78 рисунков. Список литературы включает 95 наименований литературных источников.
