Потери энергии, пробеги ионов в твёрдых телах. Ядерное торможение (упругое взаимодействие с атомами мишени), страница 2

Обсудим наиболее важные моменты торможения и распределения ионов, а также распределения радиационных дефектов.

Как мы уже говорили, при относительно низких энергиях, наиболее существенную роль играют два основных эффекта: 1) упругое соударение с ядрами и 2) неупругое соударение с электронами.

Допущение о том, что оба процесса не зависимы друг от друга, позволяет записать следующее выражение для потерь на единицу пути:

.                                         (11.1)

Если величины Sn(E) и Se(E) известны, то пробег может быть вычислен следующим образом:

,                                            (11.2)

где R – средняя общая длина пути частицы с начальной энергией E в аморфном теле.

11.1.1. Ядерное торможение (упругое взаимодействие с атомами мишени)

,                          (11.3)

,                               (11.3a)

                                          (11.4)

ds = 2πpdp – дифференциальное сечение dзаимодействия, p – прицельный параметр

E” – кинетическая энергия, передаваемая движущимися атомами атомам мишени.

               (),                    (11.5)

,       ,                                           (11.6)

.            (11.7)

В ЛШШ теории используется экранированный Кулоновский потенциал в виде                                                                                   ,                                    (11.8)

где - функция экранирования, - параметр экранирования (по порядку величины равный боровском радиусу ).

Линхард и Шарф использовали потенциал в степенной форме:

,                               (11.9)

Простой аналитический вид зависимости получается из S=1 и 2. При S = 1 мы имеем кулоновский потенциал, при столкновение передаётся большое количество энергии, а при S = 2 мы имеем обратноквадратичный потенциал и при столкновении передаётся малое количество энергии. Наилучшее же совпадение получается в модели Томаса-Ферми. Это модификация той модели, что мы рассмотрели. Величина а  находится как решение дифференциального уравнения

.                                      (11.10)

Она определяется следующим выражением

,                    (11.11)

а0 – радиус Бора (а0 = 0,53Å)

С помощью этого потенциала Линхард, Шарф и Шиотт рассчитали дифференциальное сечение для ядерного торможения, введя безразмерные пробег, энергию и параметр рассеяния:

                                 (11.12)

,                                           (11.13)

 


,                                                        (11.14)

где (А1 и А2 – атомные массы иона и мишени). Они получили универсальное соотношение для сечения торможения Sn (или удельных потерь энергии). Это соотношение справедливо для всех комбинаций ион-мишень и в принятых единицах величина Sn безразмерна.

Таблица 11.1.

Значения энергий E1,E2,E3 (см. Рис. 11.1) для различных комбинаций ион-мишень

       мишень

Ион

E1,кэВ

Е2, кэВ

Е3, кэВ

Si

Ge

Sn

Si

Ge

Sn

Si

Ge

Sn

B

3

7

12

17

13

10

3·103

P

17

29

45

140

140

130

3·104

As

73

103

140

800

800

800

2·105

Sb

180

230

290

6·105

Bi

530

600

700

600

600

600

2·106

Для тяжелых ионов все энергии слабо зависят от сорта мишени.