沟道效应和沟道阻塞 Channeling Effect and Blocking Effect

1. Lanzhou University 沟道效应和沟道阻塞Channeling Effect and Blocking Effect 主讲：Zhang Xiaodong E-mail: zhangxd@lzu.edu.cn Department of Modern Physics in Lanzhou University

2. 沟道效应和沟道阻塞定义 • 一束准直带电粒子同单晶相互作用，往往表现出强烈的方向效应，当入射方向接近某一主晶轴或主晶面时，核反应、内壳X 射线激发和大角度卢瑟福散射等（统称近距相互作用）产额大大减少，粒子射程明显增加，这就是沟道效应。 • 阻塞效应是以晶体点阵位置作为发射点，某方向出射的带电粒子几率强烈地依赖于出射方向同晶轴的夹角的效应。 • 沟道效应和沟道阻塞是互为倒易的过程

3. 理论框架 • 1965年，丹麦物理学家J.K.林哈特对沟道效应作了全面的理论解释。

4. 理论框架 • 该理论把晶轴看成一根连续均匀分布的带电体，并用一个连续势描写。当带电粒子入射方向同晶轴的夹角小于某一临界角ψc时(图1 沟道效应示意图)，由于轴上原子同入射粒子发生一系列“温和”的碰撞，对入射粒子产生一种导向作用，使粒子沿晶轴方向振荡前进；当入射方向夹角大于ψc 时，入射粒子同晶体相互作用与粒子同无定形材料作用一样。

5. 理论框架 • ψc的表达式如下： • Ψc= ψ1=（2z1z2e2/Ed）1/2当ψ1≤a/d • Ψc= =（Ca ψ1 /1.414d） 1/2当ψ1>a/d • 其中C是常数， ψ1 是林哈特特征角，z1、z2分别代表入射粒子和晶体原子的原子序数，d为晶轴方向的点阵原子间距，E为入射粒子能量，e为电子电荷，屏蔽距离a。

6. 沟道效应和沟道阻塞的应用 • 沟道效应 • 晶格中杂质原子的定位 • 表面和界面研究 • 晶体缺陷分析 • 沟道阻塞 • 测定原子核寿命

7. 新发展 • 目前已证实从正负电子到重离子；keV能区至相对论能区都存在沟道效应和阻塞效应。 • 相对论能区的介子和质子的沟道效应是沟道技术的新发展，这时必须考虑相对论效应和量子效应。只要用相对论质量和速度取代原来的质量和速度，仍考虑整个原子键的作用，则林哈特经典处理方法仍然适用，当然临界角非常小，实验上要求用一块高质量晶体和一套位置灵敏气体漂移计数装置进行测量。 • 这方面的进展不但发展了沟道效应，而且可以作为高能物理中的正负粒子鉴别器，测量基本粒子寿命并提供负粒子阻止本领的数据。电子通过沟道时，在周期场的作用下还会发射沟道辐射。