Введение к работе
Актуальность и практическая значимость темы диссертации
Физика ориентационных эффектов, среди которых наиболее известным является каналирование ускоренных частиц, в настоящее время представляет собой молодое быстро развивающееся направление. Исследования в этой области, в ходе которых был подтвержден ряд фундаментальных положений физики твердого тела и смежных с ней областей и внесены существенные поправки в теорию взаимодействия заряженных частиц с веществом, интенсивно ведутся во многих лабораториях мира, по проблемам, связанным с ориентационными эффектами, публикуется ежегодно большое число работ.
По мере накопления знаний непрерывно расширяется и круг практических применений ориентационных эффектов. Так эффект каналирования послужил фундаментом для создания новых экспериментальных методов исследования состава и структуры твердого тела. Благодаря уникальным возможностям с большой точностью определять местоположение атомов примесей и собственных межузельных атомов в кристаллической решетке, находить профили радиационных дефектов и классифицировать их, изучать нарушения структуры в поверхностных и приповерхностных слоях кристаллов и тонких монокристаллических пленках эти методы находят все более широкое применение в различных областях науки и техники: ядерной физике, физике твердого тела, полупроводниковой технике, микроэлектронике и т. д. В сочетании с каналированием применяются ядерные реакции и возбуждение характеристического рентгеновского излучения. С помощью эффекта каналирования можно изучать тепловые колебан.ия и смещения атомов в решетке, распределение электронной плотности в межатомном пространстве кристаллов, производить их точную ориентацию. Каналирование легких частиц может быть использовано для получения интенсивного монохроматичного рентгеновского излучения. В последнее время изучается возможность использования каналирования для создания эффективных систем управления пучками частиц высоких энергий.
Все это определяет актуальность и практическую значимость темы диссертации.
Цель работы
Целью диссертации является развитие стохастической теории эффек тов каналирования и деканалирования, основанной на представлении о кана лировании как о случайном процессе, построение кинетических уравнени для таких процессов и описание каналирования и деканалирования ионої электронов и позитронов в широком диапазоне их энергий на основе решс ний полученных уравнений.
Научная новизна работы
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые
построены стохастические потенциалы реальных плоскостных аксиальных каналов, получены стохастические уравнения движения частиц таких каналах, исследованы статистические свойства всех случайных cm действующих на каналированную частицу, и построены корреляционные ее отношения для этих сил;
из первых принципов, без привлечения феноменологических ее ображений, построены уравнения Фоккера-Планка, описывающие эволюцю функций распределения ионов в плоскостных и осевых каналах монс кристаллов, и найдены решения этих уравнений, все полученные формулі имеют простой аналитический вид и не содержат в себе ни одного поди ночного параметра;
показано, что кинетика каналирования электронов и позитроне в монокристаллах в общем случае должна описываться не уравнением Фоі кера-Планка, как это было до сих пор принято, а кинетическим уравнение типа уравнения Чепмена-Колмогорова;
предсказан и исследован эффект влияния квантовой отдачи пр излучении фотонов на каналирование релятивистских электронов и позі тронов, построено и решено уравнение Чепмена-Колмогорова, описывающ< кинетику каналирования этих частиц с учетом влияния излучения на у движение;
показано, что для электронов и позитронов сверхвысоких эне] гий их распределение по поперечным энергиям имеет вид распределен! Больцмана с низкой эффективной температурой, что соответствует фокусі ровке пучков каналированных частиц, а единственным деканалирующи
5 фактором в этом случае является излучение частицами жестких фотонов.
Достоверность результатов работы
Достоверность результатов работы подтверждена путем сравнения теоретических расчетов, проведенных по полученным формулам, со считавшимися классическими и не получившими до настоящего времени полного теоретического объяснения экспериментальными данными Дэвиса по кана-гарованию протонов в монокристаллах вольфрама. Степень согласия с этики данными позволяет утверждать, что построена действительно количественная теория каналирования.
Практическая ценность результатов работы
Практическая ценность результатов работы заключается в том, что они могут быть использованы для совершенствования методов качественного и количественного анализа состава и структуры кристаллов, технологий ионной имплантации и ионного легирования.
Широкий круг технических приложений может найти предсказываемая теорией фокусировка пучков высокоэнергетичных электронов и позитронов при каналировании.
Полученные в диссертации формулы могут стать алгоритмической основой для создания программного обеспечения прямой обработки данных ядерно-физических экспериментов с использованием методики каналирования.
На защиту в диссертации выносятся:
1) стохастическая теория плоскостного каналирования быстрых ионов в монокристаллах, в рамках которой из первых принципов методом усреднения по времени, а не по ансамблю, получены формулы для коэффициентов сноса и диффузии уравнения Фоккера-Планка, описывающего кинетику плоскостного каналирования и деканалирования ионов; получены явные выражения для функции распределения каналированных ионов по поперечным энергиям и пространственного распределения ионов в плоскостных каналах, явные выражения для всех парциальных длин деканалирования, обусловленных различными деканалирующими факторами, и полной длины деканали-
рования ионов, выражения для вероятности ионам остаться в каналах в зависимости от глубины их проникновения в кристалл и для функции их деканалирования;
-
стохастическая теория аксиального каналирования быстрых ионов в монокристаллах, в рамках которой из первых принципов методом усреднения по времени получены формулы для коэффициентов сноса и диффузии уравнения Фоккера-Планка, описывающего кинетику осевого каналирования и деканалирования ионов; получены явные выражения для функции распределения каналированных ионов по поперечным энергиям и пространственного распределения ионов в осевых каналах, явные выражения для всех парциальных длин деканалирования, обусловленных различными деканалирующими факторами, и полной длины деканалирования ионов в случае аксиального каналирования, выражения для вероятности ионам остаться в каналах в зависимости от глубины их проникновения в кристалл и для функции их деканалирования;
-
эффект деканалирования релятивистских электронов и позитронов в результате излучения фотонов;
-
уравнения Чепмена-Колмогорова, описывающие кинетику плоскостного и осевого каналирования и деканалирования электронов и позитронов высоких и сверхвысоких энергий в монокристаллах, в которых учтены как мягкие (рассеяние на тепловых колебаниях решетки и на электронах кристалла, излучение мягких фотонов), так и жесткие (излучение жестких фотонов частицами, сильное ядерное рассеяние электронов) деканалирующие факторы; явные выражения для функций распределения каналированных лептонов по поперечным энергиям, которые, как впервые показано, для частиц сверхвысоких энергий имеют вид распределения Больцмана с низкой эффективной температурой; аналитические выражения, определяющие пространственные распределения каналированных частиц, выражения для всех парциальных длин деканалирования, обусловленных различными деканалирующими факторами, и полных длин деканалирования лептонов, а также выражения для вероятности частицам остаться в каналах в зависимости от глубины их проникновения в кристалл.
Структура и объем диссертации
