Идеальная жидкость
Вид материала | Документы |
- Профессор Валерий Кирилович Кедринский Динамика одиночной полости в жидкости (математические, 40.82kb.
- Исследование адсорбции пав на границах раздела жидкость-газ и жидкость-твердое тело, 40.56kb.
- Идеальная пара для стимуляции и синхронизации охоты у коров, 170.7kb.
- Мама, папа, я – идеальная семья, 31.08kb.
- Список принятых докладов, 185.98kb.
- Идеальная модель экономического устройства общества предполагает использование механизма, 26.68kb.
- Назначение фильтров и их место в измерительной системе, 159.98kb.
- Краткий справочник по проектированию и бурению скважин на воду, 2392.28kb.
- Алексушин И. Н, 128.72kb.
- В. В. Радаев Рынок как идеальная модель и форма хозяйства, 285.76kb.
Особый интерес представляет И. в сильном электрич. поле, наложенном на тв. тело. В таком поле эл-ны в зоне проводимости могут приобрести кинетич. энергии, большие, чем ξg, и «выбивать» эл-ны из валентной зоны (т. н. ударная И.). При этом в валентной зоне образуются дырки, а в зоне проводимости вместо каждого «быстрого» эл-на появляются два «медленных», к-рые, ускоряясь в поле,
могут также стать «быстрыми» и вызвать И. Вероятность ударной И. возрастает с ростом напряжённости электрич. поля. При нек-рой критич. напряжённости ударная И. приводит к резкому увеличению плотности тока, т. е. к электрич. пробою тв. тела (см. Пробой диэлектриков).
• Грановский В. Л., Электрический ток в газе. Установившийся ток, М., 1971; Месси Г., Бархоп Е., Электронные и ионные столкновения, пер. с англ., М., 1958; Э н г е л ь А., Ионизованные газы, пер. с англ., М., 1959; Федоренко Н. В., Ионизация при столкновениях ионов с атомами, «УФН», 1959, т. 68, в. 3; В и л е с о в Ф. И., Фотоионизация газов и паров вакуумным ультрафиолетовым излучением, там же, 1963, т. 81, в. 4.
ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, потоки ч-ц и эл.-магн. квантов, вз-ствие к-рых со средой приводит к ионизации её атомов и молекул. И. и. явл. рентгеновское и -излучение, потоки -частиц, эл-нов, позитронов, протонов, нейтронов.
Заряж. ч-цы ионизуют среду непосредственно при столкновениях с её атомами и молекулами (первичная ионизация). Выбиваемые при этом эл-ны, если они обладают достаточно большой энергией, также могут ионизовать (вторичная ионизация). В случае быстрых нейтронов ионизация обусловлена ядрами отдачи или др. ч-цами, возникающими при вз-ствии нейтронов со средой. Ионизация фотонами рентгеновского и -излучений может быть непосредственной — первичной (фотоионизация), а также, в большей степени, вторичной — обусловленной эл-нами, образующимися при вз-ствии фотонов с в-вом (см., напр., Гамма-излучение, Комптона эффект).
• ГОСТ 15484—74. Ионизирующие излучения, М., 1974.
Г. Б. Радзеевский.
ИОННАЯ СВЯЗЬ (электровалентная связь), химическая связь, обусловленная переносом валентных эл-нов с одного атома на другой (образованием положит. и отрицат. ионов) и электростатическим (кулоновским) вз-ствием между ними. Характерна для соединений металлов с наиб. типичными неметаллами, напр. для молекулы NaCl и соответствующего ионного кристалла. См. Межатомное взаимодействие.
В. Г. Дашевский.
ИОННАЯ ЭМИССИЯ, испускание положит. и отрицат. ионов поверхностью тв. тела (э м и т т е р а) под воздействием теплового возбуждения (термоионная эмиссия), или облучения поверхности потоком ч-ц (ионно-ионная и электронно-ионная эмиссии), или фотонов (фотодесорбция). При облучении поверхности тел мощными импульсами лазерного излучения также наблюдается И. э., к-рая имеет более сложный хар-р и может быть объяснена как оптическим, так и тепловым возбуждением поверхностных атомов. И. э. используется в разл. приборах для исследований св-в и состава поверхности тв. тел.
230
• Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В., Эмиссионная электроника, М., 1966; Зандберг Э. Я., Ионов Н. И., Поверхностная ионизация, М., 1969.
Н. И. Ионов.
ИОННОЕ ВНЕДРЕНИЕ (ионное легирование, ионная имплантация), введение посторонних атомов внутрь тв. тела бомбардировкой его поверхности ионами. Ср. глубина проникновения ионов в мишень тем больше, чем больше энергия ионов (ноны с энергиями ξи~10—100 кэВ проникают на глубину 0,01—1 мкм). При бомбардировке монокристаллов глубина проникновения ч-ц вдоль определ. кристаллографич. осей может быть во много раз больше, чем в др. направлениях (каналирование частиц). При интенсивной бомбардировке И. в. препятствует катодное распыление мишени, а также диффузия внедрённых ионов к поверхности и их выделение с поверхности (ионно-ионная эмиссия). Существует максимально возможная концентрация внедрённых ионов, к-рая зависит от хим. природы иона и мишени, а также от темп-ры мишени. И. в. позволяет вводить в полупроводниковые материала точно дозированные кол-ва почти любых хим. элементов.
ИОННО-ЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ, низкочастотные акустические продольные волны, распространяющиеся в плазме с независящей от частоты скоростью
где Z —
заряд ионов, Те и Тi — темп-ры эл-нов и ионов, е и i — отношения уд. теплоёмкостей электронного и ионного газов. И.-з. к. слабо затухают лишь в случае бесстолкновительной (частота колебаний много больше частоты столкновений) и неизотермической (Te>>Ti) плазмы. При выполнении этих условий инерция среды определяется ионами, а упругая возвращающая сила — давлением электронного газа. Если условие Те>>Тi не выполнено (напр., TеТi, изотермич. плазма), то волна не распространяется вследствие сильного Ландау затухания.
• См. лит. при ст. Плазма.
Б. А. Трубников.
ИОННО-ИОННАЯ ЭМИССИЯ, испускание ионов (вторичных) поверхностью тв. тела при облучении её потоком ионов (первичных). В составе вторичных ионов наблюдаются отражённые первичные ионы, изменившие при отражении знак заряда (конверсия ионов), а также ионы примесных в-в облучаемой мишени. Количеств. хар-ка И.-и. э.— коэфф. И.-и. э., равный отношению потоков вторичных ионов к первичным. Его величина зависит от материала и темп-ры мишени, её хим. состава, кинетич. энергии и угла падения первич. ионов.
• См. лит. при ст. Ионная эмиссия.
Н. И. Ионов.
ИОННО-ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ, испускание эл-нов поверхностью тв. тела в вакуум при бомбардировке поверхности ионами. Коэфф. И.-э.э. равен отношению числа эмиттированных эл-нов nе к числу падающих на поверхность ионов ni. Для И.-э.э. характерно отсутствие энергетич. порога. Для медленных ионов практически не зависит от их энергии ξi и массы mi, но зависит от их заряда (для однозарядных ионов ~0,2—0,3, для многозарядных может превышать единицу). И.-э. э. зависит также от энергий ионизации и возбуждения ионов и от работы выхода в-ва мишени. Когда скорость ионов vi достигает (6—7) 106 см/с, хар-р И.-э. э. резко изменяется (для диэлектриков при меньших энергиях). Вначале растёт пропорц. ξi, затем как ξi, при vi~108 —109 см/с достигается максимум, после чего начинается спад. Энергетич. спектр эмиттированных эл-нов имеет максимум при энергиях ξi~1—3 эВ, положение к-рого не зависит от ξi.
Если к поверхности твёрдого тела подходит медленный ион, то эл-н тв. тела может перейти к иону и нейтрализовать его. Такой переход сопровождается выделением энергии, и часть эл-нов, получивших её, может покинуть тело. При бомбардировке быстрыми ионами происходит интенсивный электронный обмен, при к-ром эл-н может перейти из валентной зоны в зону проводимости, а затем и в вакуум.
• Аброян И. А., Еремеев М. А., Петров Н. И., Возбуждение электронов в твердых телах сравнительно медленными атомными частицами, «УФН», 1967, т. 92, в. 1, с. 105.
ИОННЫЕ КРИСТАЛЛЫ, кристаллы с ионным (электростатическим) хар-ром связи между атомами. И. к. могут состоять как из одноатомных, так и многоатомных ионов. Примеры И. к. первого типа — кристаллы галогенидов щелочных и щёлочноземельных металлов, образованные положительно заряж. ионами металла и отрицательно заряж. ионами галогена (NaCl, CsCl, CaF2). Примеры И. к. второго типа — нитраты, сульфаты, фосфаты и др. соли металлов, где отрицат. ионы кислотных остатков состоят из неск. атомов. К И. к. относят также силикаты, в к-рых кремнекислородные радикалы SiO4 образуют цепи, слои или трёхмерный каркас, внутри радикалов атомы связаны ковалентной связью (см. Межатомное взаимодействие).
• Б е л о в Н. В., Структура ионных кристаллов и металлических фаз, М., 1947. См. также лит. при ст. Кристаллохимия.
Б. К. Вайнштейн.
ИОННЫЕ ПРИБОРЫ, газоразрядные приборы, действие к-рых основано на использовании разл. видов электрических разрядов в газе или в парах металла. Св-ва И. п. определяются электрич. полем между электродами и вз-ствием электронного потока с газовой средой. При движении от катода в аноду эл-ны, соударяясь с атомами и молекулами газа, производят ионизацию. Для управления моментом возникновения разряда в И. п. применяют дополнит. электроды. В И. п. можно получить очень большой ток при небольшом анодном напряжении благодаря компенсации объёмного электронного заряда ионами. Работа И. п. основана на использовании отд. св-в того или иного вида разряда, гл. обр. тлеющего разряда с холодным катодом (декатроны и др.), дугового разряда (газотроны, тиратроны, ртутные вентили), искрового разряда (искровые разрядники, тригатроны, стабилитроны и др.), коронного разряда. Отд. группу И. п. составляют газоразрядные источники света, в т. ч. газовые лазеры. Существует группа И. п. (фазовращатели, разрядники и др.), основанная на вз-ствии СВЧ поля и ионизиров. области газа.
• Власов В. Ф., Электронные и ионные приборы, 3 изд., М., 1960; Каганов И. Л., Ионные приборы, М., 1972.
ИОННЫЕ ПУЧКИ, направленные потоки ионов, имеющие определ. форму. Обычно И. п. имеют малые поперечные размеры по сравнению с длиной. И. п. впервые наблюдал нем. физик Э. Гольдштейн (1886) в опытах с газоразрядной трубкой, в катоде к-рой были проделаны отверстия. Ускоренные в межэлектродном пр-ве ионы проходили через эти отверстия, создавая за катодом по ходу образованных ими пучков слабое свечение (т. н. каналовые лучи).
И. п. используются в разл. физ. экспериментах и в технике. При прохождении И. п. через газы они рассеиваются вследствие столкновений (см. Столкновения атомные) ионов с атомами газа. Чтобы уменьшить этот эффект, И. п. получают в условиях достаточно высокого вакуума. Определение параметров ионного пучка в разл. его сечениях значительно облегчается путём использования Лиувилля теоремы (см. Электронные пучки).
Для образования И. п. необходимо получить достаточное кол-во ионов, ускорить их и соответствующим образом направить их движение. В ионных источниках ионы получают путём ионизации атомов и молекул электронным ударом (см. Ионизация), поверхностной ионизации, фотоионизации, автоионизации и т. п. Мощным источником ионов явл. электрич. разряд в вакууме (низковольтный дуговой разряд, высокочастотный разряд). Ускорение и формирование ионов в лучок производится системой ионных линз (см. Электронные линзы). При большой интенсивности И. п. для предотвращения их расширения, связанного с образованием объёмного заряда, применяются ионные линзы спец. конструкций. В части И. п., находящейся вне зоны воздействия электрич. полей, при определ. условиях может наступить компенсация положительного объёмного заряда ионов
231
отрицат. зарядами вторичных эл-нов разл. происхождения.
Воздействуя электрич. и магн. полями на И. п., можно определить массу и энергию ионов (см. Масс-спектрометр), ускорить их до высоких и сверхвысоких энергий (см. Ускорители заряженных частиц), сепарировать их по массе (см. Изотопов разделение) и т. п. И. п. используются также для получения увеличенных изображений микрообъектов (см. Ионный проектор, Ионный микроскоп), т. к. при этом дифракц. явления, ограничивающие разрешение, играют значительно меньшую роль, чем при использовании электронных пучков, что связано с большой массой ионов и соответственно уменьшенной длиной волн де Бройля для них.
• Молоковский С. И., С у ш к о в А. Д., Интенсивные электронные и ионные пучки, Л., 1972; Л о у с о н Дж., Физика пучков заряженных частиц, пер. с англ., М., 1980. См. также лит. при ст. Ионный источник, Масс-спектрометр.
В. М. Кельман, И. В. Родникова,
ИОННЫЙ ИСТОЧНИК, устройство для получения в вакууме направленных ионных потоков (пучков). И. и.— важная часть ускорителей заряж. ч-ц, масс-спектрометров, ионных микроскопов, установок для термояд. синтеза и разделения изотопов и мн. др. устройств. В И. и. используются: ионизация атомов электронным ударом, поверхностная ионизация, ионизация в газовом разряде и др. (см. Ионная эмиссия). Наибольшее распространение получили плазменные И. и., создающие интенсивный пучок ионов с заданными массой, зарядом, энергией, током при мин. расходе рабочего в-ва и потреблении энергии, высоких стабильности и долговечности.
И. и. с высокой плотностью ионного тока явл. дуоплазмотрон, в к-ром плазма подвергается сперва «геом.» сжатию, а затем сжатию неоднородным магн. полем. Распространены И. и., в к-рых эл-ны, ионизирующие газ, осциллируют вдоль линий магн. поля между катодом и отражателем. Ионы извлекаются через отверстие в отражателе либо через щель в анодном цилиндре (поперёк магн. поля). Интенсивные импульсные пучки отрицат. ионов получаются в поверхностно-плазменных И. и., где покрытый Cs электрод бомбардируется потоком положит. ионов водорода, к-рые при этом преобразуются в отрицат. ионы. В инжекторах быстрых нейтр. ч-ц используются мощные дуговые И. и. без магн. поля, позволяющие получать ионные пучки с током в десятки А. Импульсным сильноточным И. и. является спец. отражат. диод, состоящий из двух катодов и находящегося между ними тонкоплёночного анода, на к-рый подаётся короткий импульс высокого напряжения. Образующиеся эл-ны
многократно пронизывают анод и осциллируют между катодами, испаряя и ионизируя в-во анода. Нейтрализуя объёмный заряд ионов, можно получить ионные потоки с высокой плотностью и общим током порядка сотен кА. Иногда роль одного из катодов играет т. н. виртуальный катод. Особенностью И. и. многоразрядных ионов явл. длит. удержание ионов в объёме, пронизываемом электронным потоком с большими энергией и плотностью. Плазма, образующаяся при облучении тв. тела лазерным излучением, также явл. эфф. источником многозарядных ионов.
• Габович М. Д., Физика и техника плазменных источников ионов, М., 1972; Семашко Н. Н., Инжекторы быстрых атомов водорода, М., 1981.
М. Д. Габович.
ИОННЫЙ МИКРОСКОП, электронно-оптич. прибор, в к-ром для получения изображений применяется ионный пучок, создаваемый термоионным или газоразрядным ионным источником. По принципу действия И. м. аналогичен электронному микроскопу. Проходя через объект и испытывая в различных его участках рассеяние и поглощение, ионный пучок фокусируется системой электростатич. или магн. линз и создаёт на экране или фотослое увеличенное изображение объекта.
Работы по усовершенствованию И. м. стимулируются тем, что он обладает более высокой разрешающей способностью по сравнению с электронным микроскопом. Длина волны де Бройля для ионов в M/m раз меньше, чем для эл-нов (m — масса эл-нов, М — масса ионов) при одинаковом ускоряющем напряжении, вследствие чего в И. м. очень малы эффекты искажения, обусловленные дифракцией, к-рые ограничивают в электронном микроскопе его разрешающую способность. Другие преимущества И. м.—меньшее влияние изменения массы ионов при больших ускоряющих напряжениях и лучшая контрастность изображения. Напр., контрастность изображения органич. плёнок толщиной в 50 А, вызванная рассеянием ионов, в неск. раз превышает контрастность, вызванную рассеянием эл-нов.
К недостаткам И. м. относятся: заметная потеря энергии ионов даже при прохождении их через очень тонкие объекты, что приводит к разрушению объектов; большая хроматич. аберрация; разрушение люминофора экрана ионами и слабое фотогр. действие ионов. Эти недостатки привели к тому, что, несмотря на перечисленные выше преимущества, И. м., по сравнению с электронным, не имеет пока широкого применения. Более эффективен И. м. без линз — ионный проектор.
ИОННЫЙ ПРОЕКТОР (полевой ионный микроскоп, автоионный микроскоп), безлинзовый ионно-оптич. прибор для получения увеличенного в неск. млн. раз изображения поверхности тв. тела. С помощью И. п. можно различать детали поверхности, разделённые расстояниями порядка 2—3 Å, что даёт возможность наблюдать расположение отд. атомов в крист. решётке. И. п. был изобретён в 1951 Э. В. Мюллером (Е. W. Miiller, США), к-рый ранее создал электронный проектор.
Принципиальная схема И. н. показана на рис. 1. Положит. электродом и одновременно исследуемым объектом, увеличенная поверхность к-рого изображается на экране, служит остриё тонкой проводящей иглы. Атомы (или молекулы) газа, заполняющего внутр. объём прибора, ионизуются в сильном электрич. поле вблизи поверхности острия, отдавая ему свои эл-ны.
Рис. 1. Схема ионного проектора: 1 — жидкий водород; 2 — жидкий азот; 3 — остриё; 4 — проводящее кольцо; 5 — экран.
Возникшие положит. ионы приобретают под действием поля радиальное ускорение, устремляются к флуоресцирующему экрану (потенциал к-рого отрицателен) и бомбардируют его. Свечение каждого элемента экрана пропорц. плотности приходящего на него ионного тока. Поэтому распределение свечения на экране воспроизводит (в увеличенном масштабе) распределение плотности возникновения ионов вблизи острия, отражающее структуру поверхности объекта. Масштаб увеличения m примерно равен отношению радиуса экрана R к радиусу кривизны острия r, т. е. m=R/r.
Вероятность полевой ионизации (см. Автоионизация) газа в электрич. поле оказывается значительной, если на расстояниях порядка размеров атома (молекулы) газа создаётся падение потенциала порядка ионизационного потенциала этой ч-цы. Это значит, что напряжённость поля должна достигать ~(2—6)*108 В/см, т.е. (2—6) В/Å. Столь сильное поле можно создать у поверхности острия (на расстоянии 5—10 Å от неё) при достаточно малом радиусе кривизны поверхности — от 100 до 1000 А. Именно поэтому (наряду со стремлением к большим увеличениям) образец в И. п. изготовляют в виде тонкого острия.
Вблизи острия электрич. поле неоднородно — над ступеньками крист. решётки или над отдельными выступающими атомами его локальная напряжённость увеличивается: на таких участках вероятность полевой ионизации выше и кол-во ионов, образующихся в ед. времени, больше. На экране эти участки отображаются в виде ярких точек. Иными словами, образование контрастного изображения поверхности определяется на-
232
личием у неё локального микрорельефа. Другим фактором, влияющим на контраст, явл. электронная природа атома; так, напр., в сплаве Со и Pt более электроотрицательные атомы Pt отображаются как яркие точки, а находящиеся рядом атомы Со не видны. Ионный ток и, следовательно, яркость и контрастность изображения растут с повышением давления газа, к-рое в И. п., однако, обычно не превышает 10-3 мм рт. ст.
Разрешающая способность И. п. находится в обратной зависимости от тангенциальной составляющей скорости иона, т. е., чем меньше кинетич. энергия ч-цы, превращающейся в ион, тем выше б. Поэтому остриё И. п. обычно охлаждают (до 4—78 К). При этом увеличивается аккомодация ч-ц изображающего газа. В сильном электрич. поле атомы газа адсорбируются на участках с наибольшей локальной напряжённостью поля (т. н. полевая адсорбция). Их присутствие даёт возможность получать высокодеталированное изображение (рис. 2), т. к. полевая ионизация изображающих ч-ц облегчается при полевой адсорбции на уже ранее адсорбированных ч-цах.
Рис. 2. Изображения поверхности вольфрамового острия радиусом 950 Å при увеличении в 106 раз в электронном проекторе (о) и в гелиевом ионном проекторе (б) при темп-ре 22К. На первом изображении можно видеть только структуру крист. плоскостей, тогда как с помощью ионного проектора за счёт разрешения отд. атомов (светлые точки на кольцах) можно различить бисерно-цепочную структуру ступеней крист. решетки.
Чем выше потенциал ионизации ч-ц, тем большее разрешение они обеспечивают. (Лучшими изображающими газами явл. Не и Ne.) Однако при этом требуются более сильные электрич. поля, что ограничивает круг объектов И. п. из-за полевого испарения. Примесь к рабочему газу другого снижает величину изображающего поля за счёт понижения порогового поля полевой адсорбции. Часто в И. п. применяют внутренний микроканальный умножитель (МКУ), к-рый конвертирует ионный ток в электронный, многократно его усиливает и обеспечивает яркое изображение на экране. МКУ позволили использовать разнообразные рабочие газы, понижать их давление и тем самым значительно , расширили возможности И. п.
И. п. широко применяется для исследования ат. структуры поверхности металлов, сплавов и соединений. С его помощью определяются параметры поверхностной диффузии отд. атомов и их элем. ассоциатов, при этом выявляются механизмы перемещения, что недоступно др. методам. С помощью И. п. наблюдаются и изучаются двухмерные фазовые превращения; в ат. масштабе исследуются внутр. дефекты в металлах и сплавах (вакансии, атомы в междоузлиях, дислокации, дефекты упаковки и др.); исследуются потенциалы межат. вз-ствия, электронные св-ва элементарных поверхностных объектов. Исследования с использованием И. п. привели к радикальному пересмотру представлений о границах зёрен в поликристаллах.
Сочетание И. п. с масс-спектрометром, регистрирующим отд. ионы, привело к изобретению ат. зонда, расширившего аналитич. возможности прибора.
• Мюллер Э. В., Ц о н г Т. Т., Полевая ионная микроскопия, полевая ионизация и полевое испарение, пер. с англ., М., 1980; их же, Автоионная микроскопия, пер. с англ., М., 1972.