Способ измерения волнового пакета свободного электрона

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛНОВОГО ПАКЕТА СВОБОДНОГО ЭЛЕКТРОНА с. помощью пучка идентичных электронов, о.тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью измерения продольного размера волнового пакета электрона измеряют промежуток времени между моментом ныбивания электроном из помещенной на его пути мишени -электронов и моментом его последующей регистрации после выхода из мишени, затем эту операцию пбвторяют многократно с другими электронами до получения статистической достоверности числа значений каждого измеренного промежутка времени, а длину волнового пакета определяют по полученной из этих измерений фзшкций распределения промежутков времени.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН. (19) (И) еО4 С 01 Т 1/34

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ т

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3534535/18-25 (22) 07.01.83 (46) 07.11.88. Бюл. Ф 41 (72) А.M.Øåíäåðîâè÷ (53) 621.387.424 (088.8) (56) Marton 1„ Phys. Rev. 1962, 85, 1057.

Ь1 И,С. Comments Atom and. Md Phyr.

1979, 8, У 5-6, р.173-186. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЛНОВОГО

IIAKETA СВОБОДНОГО ЭЛЕКТРОНА с помощью пучка идентичных электронов, о.т л и ч а ю шийся тем, что, с целью измерения продольного размера

1 ! волнового пакета электрона, измеряют промежуток времени между моментом вйбивания электроном из помещенной на его пути мишени Р -электронов и моментом его последующей регистрации после выхода из мишени,:затем эту операцию пбвторяют многократно с другими электронами до получения статистической достоверности числа значений каждого измеренного промежутка

} времени, а длину волнового пакета определяют по полученной иэ этих измерений функций распределения промежутков времени.

1088504

Изобретение относится к области измерений параметров элементарных частиц и может быть использовано в технике физического эксперимента и ускорительной технике.

Известен способ измерения размеров волнового пакета электрона с помощью интерференционного эксперимента; Однако этот способ обладает тем недостатком, что интерпретация результатов измерений является сложной, требует дополнительных гипотез, что приводит к недостоверности вычисленных по данным измерений размеров волнового пакета.

Прототипом изобретения .является способ измерения размеров волнового пакета путем наблюдения интерференционной картины при рассеянии двух 20 сфазированных лазерных пучков на пучке идентичных электронов. Как показал приведенный анализ, дифференци-. альное сечение содержит интерференционный член, измерение которого да- 25 ет информацию о ширине волнового па. кета электрона.

Этот способ обладает тем недостатком,.что на его основе нельзя измерить продольный размер волнового па- 30 кета электрона. Кроме того„ данный сцособ является косвенным, информация о размерах волнового пакета извлека. ется путем сложной обработки резуль-. татов измерений.

Целью изобретения является непосредственное измерение продольного размера волнового пакета электрона. Указанная цель достигается тем, что в способе индикации волнового пакета свободного электрона с помощью пучка идентичных электронов измеряют промежуток времени между моментом выбивания электроном из помещенной на его пути мишени 8 -электронов и мо-. ментом его последующей регистрации после:выхода из мишени. Затем эту .,операцию повторяют .многократно с друГими электронами до получения статистнческой достоверности числа значений каждого измеренного промежутка временн, а длину волнового пакета определяют по полученной из этих измерений функции распределения промежутков-времени, 55

На фиг. 1 представлена схема возможной реализации предлагаемого спое соба; на фиг. 2 а, б — з ависимо сть волновой функции электрона от проpîëüíoé координаты (а) и времени (б); на фиг. 2в — зависимость числа счетов от времени задержки.

Предлагаемый способ проиллюстрирован примером конкретного выполнения.

Из источника -I направляют пучок электронов 2 на газовую мишень 3..

Электроны пучка выбивают из мишени о -электроны 4, которые с помощью ускоряющего потенциала направляют на сцинтилляционный детектор 5 с фотоумножителем б. Пучок электронов 2, продолжая свое движение, после мишени попадает на сцинтилляционный де" тектор 7 с фотоумножителем 8. Импульсы с выходов фотоумножителей 6 и 8 через линии заДержки 9 и 10 поступают на схему совпадений 11

Рассмотрим процесс измерения продольного размера волнового пакета с помощью этой схемы. Например, зависимость волновой функции электрона от продольной координаты Z имеет вид, представленный на фиг. 2а. Длина волнового пакета равна расстоянию.ЬZ в пределах которого (g (Z) ) заметно отлична от нуля.

На фиг. 2б показана соответствующая зависимость волновой функции от времени в области расположения газоВ0Н мишени 3 (слева), которую центр волнового пакета электрона достигает в момент времени t и в области де1 тектора 7 (справа), которую центр волнового пакета достигает в момент

Выбивание 8 -электрона и последующая его регистрация могут произойти в любой момент времени, в который волновая функция отлична от нуля. Наиболее вероятно выбивание 8 электрона и его последующая регистрация в области вблизи максимума волновой функции, т.е. вблизи моментов времени соответственно t, и t<. Из изложенного ясно, что регистрация совпадений схемой совпадений 11 возможна в области вблизи разности времени задержки t» равной и "t„, .и наиболее вероятна в непосредственной близости от этого зицхения задержки (фиг. 2в). Например, с вероятностью ,не меньшей 50Х ее максимального значения, отсчет совпадений будет про" исходить,при значениях й,,лежащих в пределах отрезка времени ht соответствующего дЛине волнового пакета на уровне 0,5, равного Z -Z< (фиг. 2а, вид сверху). Поэтому, если пропускатв

3 1088504 4 в схеме фиг.1 один sa другим электроны и набрать количество отсчетов при каждом значении разйости времени задержки t ., обеспечивающем статистическую достоверность, то зависимость числа счетов совпадений от величины задержки (фиг. .2в, вид снизу) будет совпадать с зависимостью от времени квадрата модуля волновой функции 10 электрона (() . Следовательно, по этой функции распределения можно оп- . ределить длительность волнового пакета во времени, умножая ее на скорость электрона и продольный размер f5 волнового пакета, Например для определения длины волнового пакета на. уровне 0,5 измеряют отрезок времени лй, на краях которого число счетов совпадений уменьшается вдвое, и за- 20 тем умножают его на скорость электрона.

Точность результатов измерений в рассмотренной схеме осуществления предлагаемого способа определяется .25 превышением числа полезных совпадений по отношению к случайным совпадениям и быстродействием детекторов.

Появление случайных совпадений мо- . жет быть вызвано двумя причинами. Дпя30 сокращения времени измерений описанным способом электроны в измерительную установку можно направить не по

;одному, а в виде пучка электронов..

При этом, возникает возможность совпадения таких событий: выбивания а — электрона из мишени 3 одним электроном и регистрация детектором 7 другого электрона. Кроме того,, возможны случайные совпадения отсчетов, связанных с собственными шумами фотоумножителей.

Сделаем количественные оценки этих эффектов. Для этого обозначим 45 через Р, и Р эффективности регистра. ции электронов соответственно фотоумножителем 6 с детектором 5 и фотоум" ножителем 8 с детектором 7, а через .

k - -вероятность выбивания одним элек- 50 троном одного а -электрона из мишени .3 .(имеются в виду те 3 -электроны, 1которые достигают затем детектора 5).

Пусть иэ источника 1 выпетает N элек -. тронов в секунду. Тогда среднее чис"55 ло полезных счетов совпадений в секунду равно

n - ЛсК,КР, а число счетов в секунду каждого из фотоумножителей 6 и 8 соответственно равно и РkN+R и РИ+К (2) где R u Rt — число шумовых импульсов в секунду фотоумножителей 6 и 8; Следовательно, число случайных совпадений в секунду равно (6) Для осуществления измерений предлагаемым способом должно быть обеспечено достаточное быстродействие детекторов. На современном уровне техники оно составляет величину порядка 10 с, что позволяет проводить измерение волновых пакетов электронов длительностью несколько наносеп> «2(,(Pq kN + Rg) (PjN + R ), (3) а отношение сигнал/фон:

"™ (4) пш 27(P.,kN+ К1)(Р1я+ R ) где — разрешакщее время схемы совпадений.

Из формулы (4) можно определить интенсивность пучка электронов N «

« N» обеспечивающую максимальное отношение сигнал/фон

R1Ro. и

N = — — — (— )

«

nm щах

«

1 (5)

2 (— — +

R1 т

kP1 Р

Если, например 3 -электроны после их выбивания доускоряются ускоряющим потенциалом .до энергии первоначальных электронов и оба детектора работают в одинаковом режиме, то R, К, Р, R< К1

Р, — — ас — — — и тогда (5) привоР kP дит к условию

1СР1 и

2 („— )

Обычно о = 5 10 с. Если принять п 7 (-") 10 то R c 10 kP . Наприи пах 1,1 ° мер при энергии электронов 30 кэВ и давлении газа в мишени «10 реальными являются значения Р, = О,1; k «

«10 . Тогда имеем R r 10 импульсов/с, что также является вполне реальным. В рассмотренном примере число полезных совпадений (формула 1) и 3 импульсов/с. Следовательно, например за 1ОО с можно достигнуть ста- . тистической точности 5 .

>(zy) ) g7

Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Заказ 5571

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4

5 10 кунд. Однако с развитием техники детекторов в дальнейшем на основе предлагаемого способа будет возможным проведение измерений и меньших ripoдольных размеров волновых пакетов.

Кроме того, для проведения измерений с помощью предлагаемого способа также, как и в прототипе, должна быть обеспечена идентичность электронов, с которыми проводятся измерения,т.е. одинаковые размеры их волновых пакетов. Этого можно достигнуть, например если получать электроны из одного источника, в котором сведены до .минимума случайные флуктуации, вызванные, например, .случайными колебаниями питающих напряжений, коммутирующих устройств и т.д.

Следует отметить, что приведенные на схеме фиг. 1 устройства не являются обязательными для реализации предлагаемого способа., Например для регистрации электронов могут быть использо ваны микроканальные пластины.

При более высоких энергиях электронов вместо газовой мишени 3 могут

88504 6 быть использованы тонкие алюминиевые мишени и т.д.

Предлагаемый способ индикации волнового пакета электрона обладает тем преимуществом, что с его помощью может быть измерен продольный размер волнового пакета электрона, что невозможно сделать на основе прототипа.

Кроме того, предлагаемый способ ха» -. рактеризуется простотой интерпретации результатов измерения продольного размера волнового пакета электрона. Как было показано выше, получен35 ная в результате измерений функция распределения измеренных отрезков времени между выбиванием 8 -электрона и последующей регистрацией электрона совпадает с распределением в

2п продольном направлении квадрата модуля волновой фуишции электрона. Это является преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом, в котором информация о размерах волно25 вого пакета электрона (поперечных) извлекается путем сложной обработки интерференционной картины, полученной в результате измерений;

Способ измерения волнового пакета свободного электрона Способ измерения волнового пакета свободного электрона Способ измерения волнового пакета свободного электрона Способ измерения волнового пакета свободного электрона 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области молекулярной газовой динамики, преимущественно к способам определения интегральных сечений рассеяния атомов и молекул

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для исследования степени и характера загрязнения космического пространства техногенными и микрометеороидными частицами

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для исследования процессов деградации материалов в космических условиях

Изобретение относится к области космического приборостроения и может быть использовано для исследования степени и характера загрязнения космического пространства техногенными и микрометеороидными частицами

Изобретение относится к области приборостроения, средств автоматизации и систем измерения и может быть использовано в ходе натурного эксперимента для измерения показателей деградации образцов поверхностных элементов космического аппарата

Изобретение относится к области космического приборостроения и может быть использовано для сбора данных о параметрах движения космических объектов - частиц космического мусора и микрометеороидов. Малый космический аппарат для регистрации частиц космического мусора и микрометеороидов состоит из пленочной структуры металл-диэлектрик-металл, электромагнитов, расположенных по трем взаимно ортогональным осям, приемника ионов, солнечной батареи, при этом на каждой оси расположен один электромагнит, соединенный с блоком управления электромагнитами, который соединен с блоком управления системой, дополнительно введен блок регистрации, который соединен с пленочной структурой металл-диэлектрик-металл зонтичной конструкции и блоком управления системой, введен блок формирования питания, соединенный с солнечной батареей и блоком управления системой, добавлен приемо-передающий модуль, соединенный с командной антенной, телеметрической антенной и блоком управления системой, введен блок развертки пленочного датчика, который соединен с блоком управления системой, к которой подключены шесть солнечных датчиков, расположенных на каждой из граней малого космического аппарата. Технический результат - уменьшение габаритов мишени в нераскрытом состоянии. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх