ФОРМИРОВАНИЕ И ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ЭВОЛЮЦИЯ СПЕКТРА ВТОРИЧНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ ПРИ ТЕРМАЛИЗАЦИИ СИЛЬНОТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В МОЛЕКУЛЯРНОМ ГАЗЕ

Данейкин Юрий Викторович, Степанов Николай Валерьевич

Томский политехнический университет, г.Томск, Россия

Поиск оптимальных по эффективности и безопасности технологий получения редкоземельных металлов путем восстановления их из фторидных соединений, вызвал интерес к применению для этой цели импульсных потоков энергии, в частности сильноточных электронных пучков (СЭП) [1].

Проведение комплексных исследований влияния закономерностей процессов в системе "СЭП – фторид металла" позволит разработать теоретические и технологические основы систем пучковой химической технологии. В составе этих исследований актуальной является задача выявления закономерностей формирования и пространственно–временной эволюции спектров вторичных электронов, как источника свободных электронов, вызывающих диссоциацию молекул фторидов.

Для решения поставленной задачи необходимо рассмотреть взаимодействие нерелятивистского СЭП с фторидом металла, который как правило находится в газообразном состоянии. Усложняет ситуацию не исследованность в этих условиях основных закономерностей физических процессов и явлений. Поэтому задача переноса СЭП в веществе в настоящее время может быть решена только численными методами [2].

Моделирование проникновения электронов СЭП в газ производилось методом Монте-Карло, который позволяет корректно учесть как столкновение электронов с атомами среды, так и пространственно-временные параметры СЭП. Использовалась модель катастрофических столкновений [2], приводящих к передаче энергии связанному электрону большей, чем его энергия ионизации. Потеря энергии электроном на длине свободного пробега, за счет упругого рассеяния на атомах среды, рассчитывалась по формулам [3].

Задача об ионизации атома электроном решалась в бинарном приближении [4]. Учитывалось только взаимодействие между налетающим и связанным электроном. Притом предполагалось, что за время столкновения оба электрона не взаимодействуют с ядром. Налетающий электрон в поле атомного остатка приобретал дополнительную энергию, равную энергии уровня основного состояния связанного электрона, с которым он взаимодействовал. Бинарное приближение в области нерелятивистских энергий имеет борновскую степень точности [4]. Приближение корректно до энергии налетающего электрона (3-5)I.

Дифференциальное, по телесному углу, сечение рассеяния электронов при упругом взаимодействии с атомами вещества рассчитывалось в приближении Борна [5].

Полный пробег СЭП в веществе был разбит на три равные части, в которых определялся спектр энергий вторичных электронов. На рис.1 представлены полученные закономерности формирования и пространственной эволюции спектра.

Максимумы представленных функций приходятся на область энергий порядка единиц электронвольт. Таким образом получено, что при прохождении СЭП в веществе, с наибольшей вероятностью появляются вторичные электроны с энергией порядка энергии ионизации атомов вещества. Это объясняется тем, что налетающий электрон с большой вероятностью рассеивается на малый угол, а следовательно отдает малую порцию энергии.

Из сравнения спектров вторичных электронов получили, что форма спектра не зависит от глубины проникновения СЭП. Наибольшее число вторичных электронов образуется в средней части пробега СЭП. Это объясняется рассыпанием пучка при взаимодействии с веществом.

Можно предположить, что вторичные электроны с энергией порядка энергии ионизации атомов вещества, будут эффективно рекомбинировать с ионами с последующей их диссоциацией, а электроны с энергией порядка (3-5)I и выше, будут производить новую ионизацию вещества с образованием третичных и т. д. электронов, которые в свою очередь также будут рекомбинировать с ионами с последующей диссоциацией.

Литература:

1. Бойко В.И., Гузеева Т.И., . Красильников В.А. Использование сильноточного электронного пучка для осуществления плазмохимических реакций с гексафторидами тугоплавких металлов.//тез. VII Междун. конф. Физико-химические процессы в неорганических материалах 6-8 октября. Кемерово, 1998.

2. Бойко В.И., Евстигнеев В.В. Введение в физику взаимодействия сильноточных пучков заряженных частиц с веществом. М.: Энергоатомиздат,1988.

3. Митерев А.М. Энергетические потери и линейные пробеги электронов в аморфных средах.//Химия высоких энергий. 1996. Т.30,N.2.С.98-100.

4. Очкур В.И. Расчеты ионизации атомов электронным ударом в бинарном приближении классической механики. //Вопросы теории атомных столкновений. Вып.1. Сб.статей. Под. ред. проф. Ю.Н.Демкова. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. 1975. С.42-65.