Эффект Рамзауэра

В 1921 г., начались количественные измерения упругого рассеяния медленных электронов, когда К. Рамзауэр предложил метод определения эффективного сечения рассеяния электронов. Эффективное сечение характеризует вероятность процесса упругого столкновения электрона с отдельным атомом и численно равно площади кружка с центром в ядре атома, при попадании в который электрон отклоняется от своего первоначального направления.

Оказалось, что оно сильно зависит от скорости электронов (рис 2.3). По оси абсцисс откладывают величину кинетической энергии электронов, выраженную в электрон-вольтах. Для большинства атомов и молекул монотонно убывает с увеличением скорости электронов. Однако для определённых газов (аргона, криптона, ксенона) на плавный ход кривой накладывается резкий провал. При некоторой критической энергии электронов эффективное сечение оказывается близким к нулю, вследствие чего электроны проходят через газ практически беспрепятственно. В этом заключается эффект Рамзауэра.

Эффект Рамзауэра резко противоречит классической тео­рии рассеяния: она предсказывает монотонное уменьшение се­чения с увеличением скорости электронов, связанное с уменьшением времени взаимодействия.

Главным фактором, определяющим вероятность столкно­вения, приводящего к рассеянию, является потенциальное по­ле атома мишени, создаваемое входящими в его состав элект­ронами и ядром. В таком поле налетающие электроны изменя­ют направление своего движения. Важную роль играет искаже­ние потенциального поля падающими электронами вследствие образования у частицы-мишени наведенного дипольного мо­мента. Поле этого наведенного диполя вызывает добавочное притяжение между электроном и атомом-мишенью и оказыва­ется решающим для появления эффекта Рамзауэра.

Результирующее потенциальное поле можно приближенно представить как глубокую узкую потенциальную яму, подоб­ную приведенной на рис. 2.4 вместе с изображением атома-мишени.

Эффект Рамзауэра является следствием деструктивной интерференции электронных волн, отраженных от противопо­ложных стенок ямы. Крутизна стенки потенциальной ямы увеличивается, с возрастанием атомного номера, и именно в связи с этим эф­фект Рамзауэра наиболее сильно выражен у ксенона.