Иванов В.Е. Прохождение электронных и протонно-водородных пучков в атмосфере Земли. Апатиты, 2001.

Глава 3 ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРОТОНОВ И АТОМОВ ВОДОРОДА С АТМОСФЕРНЫМИ ГАЗАМИ_____________________________________ 3.1. Сечения взаимодействия р -Н частиц с атмосферными газами Необходимость знания детального набора сечений рассеяния авроральных частиц атмосферными газами при решении задач о взаимодействии заряженных частиц с атмосферой Земли была нами рассмотрена в первой и второй главах данной работы. Данная глава, преследующая те же цели, что и вторая, посвящена анализу, обобщению и, в итоге, получению аппроксимаций для сечений рассеяния протонов и атомов водорода основными атмосферными газами (N2, 0 2, О). Напомним, что одним из принципиальных отличий в характере взаимодействия протонов с газами является наличие канала перезарядки, который приводит к возникновению в общем потоке двух фракций, а именно: протонных потоков и потоков атомов водорода Получению сечений рассеяния р -\\ частиц газами посвящено большое количество экспериментальных и теоретических работ. Наиболее известным полуэмпирическим набором сечений взаимодействия протонов и атомов водорода с основными атмосферными составляющими - молекулярным азотом, молекулярным кислородом и атомным кислородом - является набор, опубликованный в работах /138,139/. Однако за прошедшие годы появился ряд экспериментальных работ, которые позволяют уточнить сечения многих реакций. Следует отметить, что чисто теоретические методы расчета сечений рассеяния применимы только для достаточно больших столкновительных энергий (так простейшее Борновское приближение для рассеяния протонов применимо для энергий >1 МэВ). В то же время средние энергии протонов, высыпающихся в атмосферу, обычно лежат в диапазоне 1-100 кэВ. Поэтому при построении сечений рассеяния необходимо в первую очередь использовать данные экспериментов. Столкновительные реакции при прохождении протонно-водородного пучка в газовой среде можно разделить на несколько групп: перезарядка, ионизация, возбуждение, упругое рассеяние. Рассмотрим сечения основных реакций взаимодействия частиц протонно-водородного пучка с N2, 0 2, О и для удобства использования проведем их аналитическую аппроксимацию в диапазоне энергий от 0.1 кэВ до 1 МэВ. 3.2. Сечения реакций перезарядки Под реакциями перезарядки подразумеваются реакции, в которых налетающая частица меняет свое зарядовое состояние. Описываются эти реакции сечениями ст;*, где j - начальный заряд частицы, к - заряд частицы после столкновения. Для р-Н-пучков возможны шесть видов реакций перезарядки: р + М — > Н + ..., : р + М —>Н + ..., а01: Н + М -» р+ . . . ; ctq_i : Н + М Н + ...» ct_iq : Н + М — > Н + ..., о_ j1• Н + М —►р + .... Глава 3. Элементарные процессы взаимодействия протонов и атомов водорода с атмосферными газами 66