Заключение. Основные результаты

В заключении кратко сформулируем основные результаты, полученные в диссертации:

1. Разработан непертурбативный метод расчета сечений неупругих процессов при взаимодействии водородоподобных ионов с атомами с учётом одновременных возбуждений электронных оболочек снаряда и атома-мишени. На основе этого метода рассчитано полное неупругое сечение для случая столкновения двух водородоподобных систем.

2. На основе релятивистского обобщения приближения эйконала получены общие формулы, определяющие вероятности неупругих процессов при взаимодействии водородоподобных ионов со сложными нейтральными атомами. Рассчитаны сечения ионизации водородоподобных ионов при столкновениях с различными нейтральными атомами, проведено сравнение с экспериментом и расчётами других авторов.

3. Произведено обобщение этого метода для описания ионизации гелиеподобных ионов при взаимодействии со сложными атомами. Проведены вычисления вероятностей однократной и двукратной ионизации гелиеподобных ионов.

4. Получены простые выражения для расчёта вероятностей и сечений многократной ионизации тяжёлых ионов при столкновении с нейтральными атомами. Проведено сравнение выполненных расчётов с имеющимися экспериментальными данными.

5. Вычислены поправки к сечению ионизации мезоатома (/iHe)+ при столкновении с двухатомной молекулой за счёт двуцентровых и крат

ных столкновений. Показано что влиянием двуцентровых столкновений можно пренебречь, а поправки за счёт кратных столкновений могут давать заметный вклад в результирующее сечение при условии выстроенности молекул.

48

Литература

[1] Bates, D. R. Inelastic Collisions between Heavy Particles I: Excitation and Ionization of Hydrogen Atoms in Fast Encounters with protons and with other Hydrogen Atoms / D. R. Bates, G. W. Griffing // Proceedings of the Physical Society. — 1953. — Vol. 66. — P. 961.

[2] Bates, D. R. Inelastic Collisions between Heavy Particles II: Contributions of Double-Transitions to the Cross Sections associated with the Excitation of Hydrogen Atoms in Fast Encounters with other Hydrogen Atoms / D. R. Bates, G. W. Griffing // Proceedings of the Physical Society — 1954. Vol. 67. P. 663.

[3] Bates, D. R. Inelastic Collisions between Heavy Particles IV: Contributions of Double Transitions to certain Cross Sections including that associated with the Ionization of Hydrogen Atoms in Fast Encounters with other Hydrogen Atoms / D. R. Bates, G. W. Griffing // Proceedings of the Physical Society. 1955. Vol. 68. P. 90.

[4] Bethe, H. A. Theory of the Passage of Fast Corpuscular Rays Through Matter / H. A. Bethe // Ann. d. Phys. 1930. Vol. 5. P. 325.

[5] Moiseiwitsch, B. L. Inelastic Collisions between Heavy Particles III: Excitation of Helium Atoms in Fast Encounters with Hydrogen Atoms, Protons and Positive Helium Ions / B. L. Moiseiwitsch, A. L. Stewart // Proceedings of the Physical Society. — 1954. — Vol. 67. — P. 1069.

[6] Adler, J. Inelastic Collisions between Heavy Particles VI: The 2s3S — 2p and 3p3P Excitations of Fast He Atoms by H and Ne Atoms / J. Adler, В. L. Moiseiwitsch // Proceedings of the Physical Society — 1957. — Vol. 70.^ P. 117.

[7] Russek, A. Ionization Produced by Atomic Collisions at keV Energies / A. Russek, M. T. Thomas // Physical Review.1958. ^ Vol. 109.-Pp. 2015-2025.

49

[8] Russek, A. Ionization Produced by Atomic Collisions at keV Energies.

II / A. Russek, M. T. Thomas // Physical Review. 1959.Vol. 114. Pp. 1538-1540.

[9] Bulman, J. B. Ionization Produced by Atomic Collisions at kev Energies.

III / J. B. Bulman, A. Russek // Physical Review. 1961.Vol. 122.-Pp. 506-511.

[10] Boyd, T. J. M. Inelastic Collisions between Heavy Particles V: Electron Loss for Fast He+ Ions passing through Atomic Hydrogen, and Ionization of Hydrogen Atoms by Fast He+ Ions / T. J. M. Boyd, B. L. Moiseiwitsch, A. L. Stewart // Proceedings of the Physical Society. — 1957. — Vol. 70. — P. 110.

[11] Bates, D. R. Inelastic Collisions between Heavy Particles VII: Electron Loss from Fast Hydrogen Atoms passing through Helium / D. R. Bates, A. Williams // Proceedings of the Physical Society. — 1957. — Vol. 70. — P. 306.

[12] Stier, P. M. Charge Exchange Cross Sections of Hydrogen Ions in Gases / P. M. Stier, С. F. Barnett // Physical Review. Ш. Vol. 103.-Pp. 896-907.

[13] Sida, D. W. The Detachment of Electrons from Negative Hydrogen Ions by impact with Neutral Atoms / D. W. Sida // Proceedings of the Physical Society. 1955. Vol. 68. P. 240.

[14] McDowell, M. R. C. Electron Loss from Fast Negative Ions of Atomic Hydrogen passing through Atomic Hydrogen / M. R. C. McDowell, G. Peach // Proceedings of the Physical Society. 1959. — Vol. 74.^ P. 463.

[15] Husted, J. B. Ionization of H— at collisions with hydrogen atoms / J. B. Husted // Proceedings of the Royal Society London A.— 1952. — Vol. 212.-P. 235.

[16] Charge Transfer and Electron Production in H + H Collisions / D. J. Hummer, R. F. Stebbings, W. L. Fite, L. M. Branscomb // Physical Review. 1960. Vol. 119. Pp. 668-670.

[17] Dalgarno, A. Energy per ion pair for electron and proton beams in atomic hydrogen / A. Dalgarno, G. W. Griffing // Proceedings of the Royal Society London A. 1958. Vol. 248. Pp. 415-428.

[18] Magnus, W. On the exponential solution of differential equations for a linear operator / W. Magnus // Communications on pure and applied mathematics. — 1954. — Vol. 7. — P. 649.

[19] Pechukas, P. On the Exponential Form of Time-Displacement Operators in Quantum Mechanics / P. Pechukas, J. C. Light // Journal of Chemical Physics. 1966. Vol. 44. Pp. 3897-3912.

[20] Alder, K. Magnus expansion in terms of sudden perturbation theory / K. Alder, A. Winther // Kgl. Danske Vidensk. Selsk. Mat. Fys. Medd. I960. — Vol. 32.^ P. 8.

[21] Alder, K. Reactions between complex nuclei / K. Alder; Ed. by A. Chiorso, R. M. Diamond, E. Conzett.^ Berkley: University of California Press, 1963.^ 253 pp.

[22] Takayanagi, K. Application of Magnus expansion at atomic collision / K. Takayanagi // Prog. Theor. Phys. Suppl.  1963. — Vol. 25.^ P. 43.

[23] Takayanagi, K. Magnus approximation for atoms ionization by heavy ions / K. Takayanagi // Sei. Rep. Saitana Univ.  1959. — Vol. Ill A. — P. 65.

[24] Дыхне, A. M. Приближение теории внезапных возмущений в нерелятивистской квантовой механике / А. М. Дыхне, Г. Л. Юдин // Успехи физических наук. — 1978. — Т. 125. — С. 377.

[25] Дыхне, А. М. Встряхивание квантовой системы и характер стимулированных им переходов / А. М. Дыхне, Г. Л. Юдин // Успехи физических наук. 1977. Т. 121. С. 157.

50

[26] Персиваль, И. С. / И. С. Персиваль // Атомы в астрофизике / Под ред. Ф. Г. Берка, В. Б. Эйспера, Д. Г. Хаммера, И. С. Персиваля. — М.: Мир, 1988. ^ С. 87-113.

[27] Eichler, J. Magnus approximation for K-shell ionization by heavy-ion impact / J. Eichler // Physical Review A. — 1977. — Vol. 15. — Pp. 1856 1862.

[28] Юдин, Г. Л. Кулоновское возбуждение атомов / Г. Л. Юдин // Журнал экспериментальной и теоретической физики — 1981.— Т. 80.— С. 1026.

[29] Берестецкий, В. Б. Квантовая электродинамика / В. Б. Берестецкий, Е. М. Лифшиц, Л. П. Питаевский. — М.: Наука, 1989.

[30] Toshima, N. Direct reactions in relativistic atomic collisions and the influence of Coulomb boundary conditions / N. Toshima, J. Eihler // Physical Review A. 1990. Vol. 42. Pp. 3896-3900.

[31] Ландау, Л. Д. Теория поля / Л. Д. Ландау, Е. М. Лившиц. — М.: Наука, 1973.-509 с.

[32] Salop, A. Sudden approximation cross sections for ionisation of h atoms by energetic C6+ and He2+ impact / A. Salop, J. H. Eichler // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. — 1979.^ Vol. 12.— Pp. 257-264.

[33] Матвеев, В. И. Неупругие процессы при столкновениях релятивистских многозарядных ионов с атомами / В. И. Матвеев, М. М. Му-саханов // Журнал экспериментальной и теоретической физики — 1994.-Т. 105.С. 280.

[34] Матвеев, В. И. Столкновения быстрых многозарядных ионов с атомами / В. И. Матвеев // Элементарные частицы и атомное ядро.— 1995_ _ Т 26, № 3. С. 780-820.

50

[35] Voitkiv, А. В. On the projectile-electron loss in fast collisions with heavy atomic targets / A. B. Voitkiv, N. Grun, W. Scheid // Physical Review B. 2000. Vol. 33. Pp. 3431-3439.

[36] Franco, V. Diffraction Theory of Scattering by Hydrogen Atoms / V. Franco // Physical Review Letters. 1968. Vol. 20, no. 14. Pp. 709712.

[37] Ландау, Л. Д. Квантоая механика / Л. Д. Ландау, Е. М. Лившиц.— М.: Наука, 1989.767 с.

[38] Гольдбергер, М. Теория столкновений: Пер. с англ. / М. Гольдбергер, К. Ватсон. М.: Мир, 1967. 824 с.

[39] Ландау, Л. Д. Механика / Л. Д. Ландау, Е. М. Лившиц. — М.: Наука, 1975.215 с.

[40] Ахиезер, А. И. Квантовая электродинамика / А. И. Ахиезер, В. Б. Берестецкий. — 4, перераб. изд. — М.: Наука, 1981. — 432 с.

[41] Матвеев, В. И. Ионизационные потери релятивистских многозарядных ионов / В. И. Матвеев, С. Г. Толманов // Журнал экспериментальной и теоретической физики. — 1995. — Т. 107, К06. — С. 17801791.

[42] McGuire, J. Н. Ionization of atomic hydrogen by bare ions with charges 1 to 6 in the Glauber approximation / J. H. McGuire // Physical Review A. 1982. Vol. 26. Pp. 143-147.

[43] McGuire, J. H. Double excitation of helium by fast particles of charge Z / J. H. McGuire, J. C. Straton // Physical Review A 1990. Vol. 43. Pp. 5184-5187.

[44] Golden, J. E. Integral representation for the Glauber scattering amplitude for direct Coulomb ionization by charged particles / J. E. Golden, J. H. Mcguire // Physical Review A. 1975. Vol. 12. Pp. 80-84.

51

[45] Golden, J. E. Cross sections for atomic K-shell ionization by ion impact in the single-particle Glauber approximation / J. E. Golden, J. H. Mcguire // Physical Review A. 1977. Vol. 15. Pp. 499-507.

[46] Crothers, D. S. F. Ionisation of atoms by ion impact / D. S. F. Crothers, S. H. McCann // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. 1983. Vol. 16. P. 3229.

[47] Electron capture and ionization of 33-TeV Pb ions in gas targets / H. F. Krause, С. R. Vane, S. Datz et al. // Physical Review A. — 2001. — Vol. 63, no. 3.-P. 032711.

[48] Simultaneous excitation and ionization of He-like uranium ions in relativistic collisions with gaseous targets / T. Ludziejewski, T. Stöhlker, D. C. Ionescu et al. // Physical Review A.— 2000.— Vol. 61, no. 5.— P. 052706.

[49] Effect of the projectile charge on the ionization and excitation of hydrogen molecules by fast ion impact / E. Wells, I. Ben-Itzhak, K. D. Carnes, V. Krishnamurthi // Physical Review A.— 1999.^ Vol. 60, no. 5.— Pp. 3734-3739.

[50] Coulomb excitation of helium atoms in collisions with highly charged ions / M. Tschersich, R. Drozdowski, M. Busch et al. // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. — 1999.^ Vol. 32, no. 23.— Pp. 5539-5556.

[51] Shah, M. B. Ionisation of atomic hydrogen by 4.8 MeV C6+ ions / M. B. Shah, H. B. Gilbody // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. 1983. Vol. 16, no. 15. Pp. L449-L452.

[52] Ionization of helium by highly charged ions at 1.4 MeV/amu / J. H. McGuire, A. Müller, В. Schuch et al. // Physical Review A. — 1987. — Vol. 35, no. 6. Pp. 2479-2483.

51

[53] Absolute cross sections for helium single and double ionization in collisions with fast, highly charged projectiles / H. Berg, J. Ullrich, E. Bernstein et al. // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. — 1992.-Vol. 25, no. 17.Pp. 3655-3670.

[54] Inelastic processes in the interactions of partially stripped ions of carbon, nitrogen and oxygen with atomic hydrogen at intermediate and high energies / M. Purkait, A. Dhara, S. Sounda, C. R. Mandal // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. — 2001.— Vol. 34. P. 755.

[55] Illescas, C. Picturing the ionization process in ion-atom collisions with time-dependent quantum and classical methods / C. Illescas, B. Pons, A. Riera // Physical Review A. 2001. Vol. 63. P. 062722.

[56] Юдин, Г. Л. К теории кулоновского возбуждения атомов быстрыми многозарядными ионам / Г. Л. Юдин // Доклады академии наук. — 1985.  Т. 282.-С. 874-878.

[57] Юдин, Г. Л. Неупругие процессы и потери энергии при столкновении быстрых заряженных частиц с атомами / Г. Л. Юдин // Журнал технической физики. — 1985. — Т. 55. — С. 9.

[58] Матвеев, В. И. Эффективное торможение релятивистских структурных тяжелых ионов при столкновениях с атомами / В. И. Матвеев // Журнал технической физики. — 2002. — Т. 72. — С. 10-15.

[59] Матвеев, В. И. Ионизационные потери релятивистских структурных тяжелых ионов при столкновениях с атомами / В. И. Матвеев // Журнал экспериментальной и теоретической физики — 2002. — Т. 121. — С. 260-266.

[60] Voitkiv, А. В. Nonperturbative and relativistic effects in projectile-electron loss in relativistic collisions with atomic targets / A. B. Voitkiv, C. Mueller, N. Grun // Physical Review A. 2000. Vol. 62. P. 062701.

52

[61] Muller,  С.  Electron  loss  from  heavy  heliumlike  projectiles in ultrarelativistic collisions with many-electron atomic targets / C. Muller, A. B. Voitkiv, N. Grun // Physical Review Л2002.Vol. 66. P. 012716.

[62] Матвеев, В. И. Сечения неупругих процессов при столкновениях быстрых многозарядных ионов с атомами / В. И. Матвеев, X. Ю. Рахимов // Журнал экспериментальной и теоретической физики — 1998.  Т. 114, № 5. — С. 1646.

[63] Matveev, V. I. Finite-size projectile effects in relativistic ion-atom collisions / V. I. Matveev, D. U. Matrasulov // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. — 2000. — Vol. 33, no. 14. — Pp. 2721-2724.

[64] Maynard, G. Effective stopping-power charges of swift heavy ions in gases / G. Maynard, D. Gardes, M. Chabot // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 1998. Vol. 146. Pp. 88-94.

[65] Maynard, G. Density effect and charge dependent stopping theories for heavy ions in the intermediate velocity regime / G. Maynard, M. Chabot, D. Gardes // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. — 2000.-Vol. 164/165.-Pp. 139-146.

[66] Brandt, W. Effective stopping-power charges of swift ions in condensed matter / W. Brandt, M. Kitagawa // Physical Review B. — 1982. — Vol. 52, no_ 9>_ pp 5631-5637.

[67] Gombas, P. Die Statistische Theorie des Atoms und ihre Anwendungen / P. Gombas. — Vienna: Springer, 1949.

[68] Lenz, W. Uber die Anwendbarkeit der statistischen Methode auf Ionengitter / W. Lenz // Zeitschrift fur physik. — 1932. — Vol. 77. — P. 713.

52

[69] Jensen, J. H. D. Die Ladungsverteilung in Ionen und die Gitterkonstante des RbBr nach der statistischen Methode / J. H. D. Jensen // Zeitschrift fur physik 1932. Vol. 77. P. 722.

[70] Abriens, R. Classical theory of charge transfer and ionization of hydrogen atoms by protons / R. Abriens, I. C. Percival // Proceedings of the Physical Society. 1966. Vol. 88. Pp. 861-873.

[71] DuBois, R. D. Electron loss from 1.4-MeV/u U4’6’10+ ions colliding with Ne, N2, and Ar targets / R. D. DuBois, A. C. F. Santos, Th. Stohlker // Physical Review A. 2004. Vol. 70. P. 032712.

[72] Watson, R. L. Target Z dependence and additivity of cross sections for electron loss by 6-MeV/amu Xe18+ projectiles / R. L. Watson, Y. Peng, V. Horvat // Physical Review A. 2003. Vol. 67. P. 022706.

[73] Rymuza, P. Deviation from first-order perturbation theory observed at intermediate relativistic velocities for the ionisation of highly-charged heavy projectiles / P. Rymuza, Th. Stohlker, C. L. Cocket // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. — 1993. — Vol. 26. — Pp. L169-L175.

[74] Бейт,с, Д. В. / Д. В. Бейтс // Атомные и молекулярные процессы / Под ред. Л. М. Бермана, В. А. Фабриканта. — М.: Мир, 1964. — С. 478.

[75] V. Р. Shevelko, D. Bohne, В. Franzke, Т. Stokler // Beyer Н. and Shevelko, V. P. Atomic Physics with Heavy Ions / V. P. Beyer, H. and Shevelko. — Springer, 1999.^ P. 203.

[76] Shevelko, V. P. Stripping of fast heavy low-charge ions in gaseous targets / V. P. Shevelko, I. Yu. Tolstikhina, Th. Stohlker // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2001. Vol. 184. P. 295.

[77] Voitkiv, A. B. Plane-wave born treatment of projectile-electron excitation and loss in relativistic collisions with atomic targets / A. B. Voitkiv, N. Grun, W. Scheid // Physical Review A. 2000. Vol. 61. P. 052704.

53

[78] Voitkiv, А. В. Two-centre dielectronic interaction in mutually ionizing projectile-target collisions at relativistic energies / A. B. Voitkiv, B. Najjari // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. 2004. Vol. 37. Pp. 3339-3354.

[79] Eichler, J. Relativistic atomic collisions / J. Eichler, W. E. Meyrhof. N.-Y.: Academic Press Inc, 1995.

[80] Матвеев, В. И. Сечения неупругих процессов при столкновениях релятивистских структурных тяжёлых ионов с атомами / В. И. Матвеев, Е. С. Гусаревич // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2003. Т. 123(1). С. 42-48.

[81] Матвеев, В. И. Теория возбуждения и ионизации релятивистских структурных тяжёлых ионов при столкновениях с атомами / В. И. Матвеев, Е. С. Гусаревич, С. В. Рябченко // Вестник Поморского университета. Серия «Естественные и точные науки». — 2004. — Т. 2(6).С. 98-103.

[82] Analytical Dirac-Hartree-Fock-Slater screening function for atoms (Z=l-92) / F. Salvat, J. D. Martinez, R. Mayol, J. Parellada // Physical Review A. 1987. Vol. 36. Pp. 467-474.

[83] Матвеев, В. И. Многократная потеря электронов быстрыми тяжёлыми структурными ионами при столкновениях со сложными атомами /

B. И. Матвеев, Д. У. Матрасулов, С. В. Рябченко // Журнал экспериментальной и теоретической физики. — 2006.— Т. 129, К01.—

C. 5-13.

[84] N. Claytor. Ionization of Au78+ and electron capture by Au79+ at 10.8 GeV/nucleon / N. Claytor, A. Belkacem, T. Dinneen // Physical Review A. 1997. Vol. 55. Pp. R842-R845.

[85] R. Anholt. Atomic collisions with relativistic heavy ions. IX. Ultrarelativistic collisions / R. Anholt, U. Becker // Physical Review A. 1987. Vol. 36. Pp. 4628-4636.

53

[86] Olson, R. E. Projectile electron loss and capture in MeV/u collisions of U28+ with ll2. N2 and Ar / R. E. Olson, R. L. Watson, V. Horvat // Physical Review B. 2004. Vol. 37. P. 4539.

[87] Voitkiv, A. B. Nonperturbative theory of projectile-electron loss in fast collisions with heavy atomic targets / A. B. Voitkiv, G. M. Sigaud, E. C. Montenegro // Physical Review A. 1999. Vol. 59. P. 2794.

[88] Matveev, V. I. Inelastic collisions of relativistic highly charged ions with atoms / V. I. Matveev, Kh. Yu. Rakhimov, D. U. Matrasulov // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. — 1999.^ Vol. 32, no. 15.Pp. 3849-3862.

[89] Олвер, Ф. Введение в асимптотические методы и специальные функции / Ф. Олвер. — М.: Наука, 1978. — 375 с.

[90] Герштейн, С. С. Сечения рождения мезоатомов и реакции захвата / С. С. Герштейн, Ю. В. Петров, Л. И. Пономарев // Журнал экспериментальной и теоретической физики. — 1981. — Т. 80. — С. 1690.

[91] Bracci, L. Some aspects of the muon catalysis of d-t fusion / L. Bracci,

G. Fiorentini // Nuclear Physics. 1981. Vol. 364A. Pp. 383-407.

[92] Mueller, R. O. Collision quenching of the metastable 2S state of muonic hydrogen and the muonic helium ion / R. O. Mueller, V. W. Hughes,

H. Rosenthal // Physical Review. 1975. Vol. 11. Pp. 1175-1186.

[93] Cohen, J. S. Stripping of /і" from aß after muon-catalyzed fusion: Effect of target structure / J. S. Cohen // Physical Review A. — 1987. — Vol. 35. — P. 1419.

[94] Матвеев, В. И. Вклад процессов кратных столкновений в сечение ионизации быстрого мезоатома при столкновениях с двухатомной молекулой / В. И. Матвеев, С. В. Рябченко // Вестник Поморского университета. Серия «Естественные и точные науки». — 2003. — Т. 1(3).С. 107-111.

54

[95] Матвеев, В. И. Кратные столкновения быстрого мезоатома с двухатомной молекулой / В. И. Матвеев, С. В. Рябченко // Известия вузов. Физика. 2005. Т. 48, № 5. С. 30-33.

54

Материал взят из дессиртации Многократные процессы при столкновениях ионов с атомами и молекулами (С.В. Рябченко)