反衝原子

在粒子轟擊下經歷彈性散射、非彈性散射或核反應的原子，以及在核衰變中發射射線後的原子或離子。屬熱原子範疇。

基本介紹

• 中文名：反衝原子
• 外文名：recoil atom
• 領域：核能
• 產生原因：粒子轟擊、核衰變
• 動能：可高達數千電子伏甚至數兆電子伏
• 相關名詞：原子反衝

簡介

原子簇與單原子轟擊的重要區別之一是產生能量大於臨界值(yE₀) 的高能反衝原子。而高能靶原子的產生機率和最大反衝能均與靶原子對入射原子的質量比m₂/m₁密切相關。對固定的質量比，它又與原子簇大小有非線性關係。

反衝原子

反衝原子的動能

反衝原子的動能與核過程種類有關。

(n，r)反應的反衝原子動能約幾百電子伏；

(n，p)、(n，α)反應的反衝原子動能可高達數千電子伏甚至數兆電子伏。

原子反衝套用

原子反衝

原子反衝是原子與能量基本粒子相互作用的結果，當相互作用的粒子的動量整體轉移到原子而不改變原子的非平移自由度時。 這是純粹的量子現象。 原子反衝是由加拿大第一位女性核物理學家哈里特·布魯克斯（Harriet Brooks）發現的。

如果原子反衝的轉移動量足以破壞材料的晶格，則形成空位缺陷，否則產生聲子。

與原子反衝密切相關的是電子反衝（見光激發和光電離）。

當動量整體轉移到原子核時，另一種形式是核反衝。

在某些情況下，量子效應可以阻止向單個核的動量傳遞，並且動量整體轉移到晶格。

低能原子簇轟擊金屬薄膜

較輕元素組成的低能原子簇轟擊較重元素組成的薄膜時，靶原子的能譜大大加寬，反衝原子能量可大於離子轟擊獲得的最大反衝能yE_0，E₀為轟擊原子的能量。這是由於在原子簇轟擊中，當滿足條件m₁《 m₂，兩個或兩個 以上的注入簇原子可與同一個靶原子發生多次碰撞。而且在該多次碰撞中，除了與靶原子的第一次碰撞外，其後的碰撞都發生在兩個運動原子間。解析計算表明，當m₂≠m₁時，兩個運動原子間的碰撞可有較高的能量轉移效率。當m₂/m₁遠遠大於1時，運動的靶粒子在與入射粒子的一次碰撞中，可得到大於或等於2yE₀的反衝能。正是這種多次碰撞及運動原子間的碰撞效應，使原子簇轟擊過程較重的靶原子得到加速，這種高能原子會增加材料的輻照損傷，它也與濺射產額的非線性增加密切相關。

當原子簇中原子個數增加時，多次碰撞及運動原子間碰撞的機率隨之增加，靶原子加速的非線性更為明顯。

低速離子轟擊 Si 表面

相同入射速度下電子產額 γ 隨著入射離子原子序數Z_P的增大而增加。因為同樣速度及相同電荷態下，較重的離子有更重的原子核和更多的電子參與了碰撞，對於較高入射能量時其合理性是顯而易見的。然而，對於低於玻爾速度、原子質量與靶材相差不太遠的離子，反衝原子的作用明顯增大。

電子發射產額測量裝置示意圖

考慮反衝原子對激發電子的作用，並計算了不同入射能量下相應入射離子的阻止能損，發現反衝原子對激發二次電子的作用隨入射離子能量的降低顯著增大，這正是導致低能和較高能量時，O²⁺和Ne²⁺電子產額表現不同 的主要原因。