电离损失（电离损失）

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更新时间：2023-05-16
电离损失
电离损失：中性束再电离损失是指束流在漂移管道内与本底中性粒子碰撞产生电离而引起的中性束束流能量的损失。碰撞电离截面特性是直接影响中性束再电离损失的关键因素之一，碰撞电离截面特性研究对中性束再电离损失抑制与评估具有重要的意义。对于中性束再电离损失过程，由于参与再电离的粒子为中性粒子，它们在碰撞过程中不受库伦势场的作用。因此，碰撞电离截面计算中通常采用的扭曲波玻恩交换不再适用。
基本信息
外文名
ionization - loss
领域
物理
研究模型
本文对中性束再电离损失过程中的碰撞电离截面进行了研究。根据能量守恒和动量守恒，讨论了中性粒子碰撞电离截面随粒子能量的变化情况，建立了中性束再电离损失过程中碰撞电离截面的数学模型。
在低能情况下，根据能量守恒和动量守恒，可得到碰撞前后机械能损失与碰撞后粒子飞行方向的关系。一般说来，碰撞损失的机械能转化为粒子的内能，使电子被激发或者电离。因此，两粒子碰撞后只有沿一定方向前进的粒子才能发生电离。那么，低能情况下粒子的碰撞电离截面可以表示为：
其中，分别为碰撞后能量损失大于零和大于粒子电离能所占的比例，分别为束流中原子半径和本底气体分子半径。
在高能情况下，即粒子能量远大于电离能时，物质的“波特性”得以体现，粒子的特征尺寸不再是其直径。根据相对论原理，引入德布罗意波长修正粒子特征尺寸。同时，从低能的曲线可以看出在高能的情况下几乎每次碰撞都可以导致粒子的电离。因此，在高能情况下可以用碰撞截面等效为碰撞电离截面。因此，高能情况下粒子碰撞电离截面可以表示为：
其中，为普朗克常数，为束流原子的质量，为束流原子运动速度。
研究结果
研究表明，中性束再电离损失过程粒子碰撞电离截面随其入射能量大小而变化。以氢中性束为例，碰撞电离截面计算结果如图1所示。当能量为4kev—4.5kev时，高、低能两个计算模型下的计算结果趋于一致。
图1碰撞电离截面随粒子能量的变化