Роль многократной ионизации в действии излучения
Однако такая картина формирования заряда не полна. В основном закопченная картина была недавно создана Карлсоном и Краузе [21] для простейшего случая атома Ne (Z = 10), т. е. легкого атома, подвергнутого рентгеновскому облучению. Некоторые основные ее особенности заключаются в следующем.
а) В тот момент, когда быстрый фотоэлектрон вылетает из K-оболочки Ne, поле, в котором движутся оставшиеся электроны, претерпевает внезапное возмущение, приводящее к «выбросу» одного или нескольких электронов примерно в 16% случаев.
б) Вероятность последующего процесса Оже, в котором испускается два электрона (или большее их число), равна приблизительно 8% («двойной» процесс Оже может иметь ту же природу, что и в пункте а) [22].
Если бы не было таких механизмов эмиссии добавочных электронов, следовало бы предсказать только образование Ne1+ (вакансия в k-оболочке заполнена в результате радиационного перехода) и Ne2+ (простой переход Оже), Однако на самом деле наблюдается около 22% Ne3+, около 3% Ne4+ и 0,3% Ne6+. Сходная ситуация должна наблюдаться для атомов О, N и С [20].
Изучался также случай не столь легкого атома Аг (Z = 18) [13, 23]. Полученные результаты можно в известном приближении применить к таким биологически важным атомам, как S (Z = 16) и Р (Z = 15) [20]. При К-ионизации аргона примерно в 40% случаев теряется пять электронов или более; наиболее вероятна потеря четырех электронов. Что касается количества выделившейся энергии, то при К-ионизации ее величина в Аг, S и Р равна соответственно 3,2, 2,5 и 2,1 кэв [24]. В этих атомах ионизация L-оболочки также сопровождается (≈ 100%) одним или несколькими процессами Оже, иногда комбинированными с «выбросом» электрона. Таким образом, в Аr вероятность ионизации L-оболочки, приводящей к образованию ионов с зарядом три и больше, превосходит 40%. Ионизация L-оболочки падающей частицей обычно значительно более вероятна, чем ионизация .К-оболочки; исключением служит фотоэлектрический эффект при энергиях фотона, превышающих порог ионизации К-оболочки. Энергии ионизации L-оболочки, конечно, меньше и равны 290—245 эв, 190—163 эв и 150—128 эв для Аr, S и Р соответственно [24].
Исследования, проведенные с помощью рентгеновского облучения, дали возможность установить эмпирические правила, посредством которых можно оценить средний заряд, возникающий при образовании вакансий в результате атомной перестройки в любой оболочке любого изолированного атома [20].
Изолированные молекулы. Можно ожидать, что в молекулах во время конечных стадий перестройки будет осуществляться быстрый внутримолекулярный перенос заряда. Давно известно, что в случаях, когда внутренние вакансии создаются включенными в молекулу радиоактивными ядрами [4], в ней могут произойти сильные нарушения. Более точная информация была недавно получена в исследованиях Карлсона и Уайта [25] с использованием рентгеновского облучения. Изображенный на рис. 1 спектр зарядов показывает, что при ионизации внутренней оболочки йода в газообразном CH3J нейтральные фрагменты образуются редко (отношение атомарных ионов отражает долю данных атомов в молекуле). Кроме того, мы видим, что происходит целый ряд распадов, но наиболее вероятна реакция
CH3J + рентгеновские лучи- С2+ + 3Н+ + J5+ + 10 электронов. (1)
В этом случае три электрона переносятся, по-видимому, из метильной группы к йоду, поскольку следует ожидать, что свободный атом йода имеет заряд +8, так как этот элемент (Z — 53) находится рядом с Хе. Таким образом, два «добавочных» электрона, по-видимому, теряются при каком-то молекулярном процессе автоионизации. Примерно за 10~14 сек молекула превращается в крошечный рой положительных ионов, который затем расширяется. Измерялся также, спектр энергий ядер ртдачи. Для C2+40 его максимум находится примерно при 40 эв. Для Н+ и J5+ он лежит приблизительно при 34 и 9 эв соответственно. Эти энергии относятся к области химии «горячих атомов» или «высоких скоростей». Они хорошо согласуются с моделью «кулоновского взрыва». Получены, однако, указания на то, что уже в процессе появления заряда имеет место небольшое расхождение ионов [25]. Конденсированная среда. Разрушение молекул в результате эффекта Оже с последующим кулоновским отталкиванием было
качественно рассмотрено еще в 1941 г. [26] (см. также [27]). За исключением первоначальных переходов, которые, по существу, не зависят от окружающей среды, детали возникновения зарядов в конденсированных средах неизвестны. В жидкостях разрушения молекул надежно установлены [4].
Что касается действия радиации, то и образовавшиеся многократно заряженные положительные ионы, и испускаемые электроны ^ участвуют в создании маленьких химически активных областей возмущений. Первичные испускаемые электроны, так же как и один или несколько оже-электронов, могут иметь довольно большую энергию, но в случае легких атомов она не очень велика. Приближенное рассмотрение энергии связи дает для электронов, излучаемых в переходе K-+LL, энергию, примерно равную 500 эв и 250 эв для кислорода и углерода соответственно. Следует отметить, что эти энергии лежат в области, в которой сечения ионизации электронами особенно велики. К примеру, для оже-электронов из СН4 наблюдаемое значение равно (246,6^0,6) эв [28]. Следует ожидать, что «выброшенные» электроны, а также ряд других обладают в среднем гораздо меньшей энергией.
Как отмечал Платцман [1], тот факт, что при ионизации внутренней оболочки могут образоваться высокоактивные участки с многочисленными ионизациями и возбуждениями, дает 
Рис. .1. Спектр зарядов ионов при разрушении йодистого метила [25].
возможность объяснить атомные смещения в твердых веществах, облучаемых электронами, в тех случаях, когда величина смещения при прямой передаче импульса очень мала. Необходимое условие осуществления механизмов такого типа состоит в том, что время, требуемое для снятия электронного возбуждения, должно превышать примерно 10-13 сек, т. е. время, необходимое для смещения атома. Для постлучевого эффекта при ионизации K-оболочки в диэлектриках это время, по-видимому, можно считать правильным. Некоторые исследования временной зависимости постлучевых эффектов были выполнены [29] с использованием эффекта Меесбауэра.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5