超声速氦束的中心线强度
原子与分子团簇
2018-12-12 v2
摘要
超声速氦束被广泛应用于包括表面散射实验以及最近的显微镜在内的众多领域。中性氦原子较高的电离势使得构建高效探测器十分困难。因此，开发具有高中心线强度的束源十分重要。现有若干预测中心线强度的方法，其中退出表面模型（quitting surface model）包含了最大量的物理依赖关系。然而，迄今为止仅有有限的实验数据可用。本文中我们展示了一项研究，将退出表面模型与一组广泛的实验数据进行比较。在退出表面模型中，源被描述为一个球体，粒子从中以由麦克斯韦-玻尔兹曼统计决定的分子流离开。我们使用玻尔兹曼方程的数值解来确定其性质。随后利用一个解析积分计算中心线强度。该积分可归为两种情况：一种假设束持续膨胀直至准直孔（skimmer aperture），另一种假设在孔前存在一个退出表面。我们将这两种情况与实验数据进行比较，实验参数包括：喷嘴直径 10 微米，准直孔直径 4 至 390 微米，源压力 2 至 190 bar，喷嘴-准直孔距离 17.3 mm 至 5.3 mm。为支持这两种解析方法，我们还进行了等效的射线追踪模拟。我们得出结论：当使用持续膨胀至准直孔的束时，退出表面模型对直径大于 120 微米的准直孔能较好预测中心线强度；对于较小准直孔，趋势正确但绝对吻合度欠佳。我们提出了若干解释，并测试了其中可解析实现的部分。
引用
@article{arxiv.1806.00527,
title = {Centre line intensity of a supersonic helium beam},
author = {Adrià Salvador Palau and Sabrina D. Eder and Truls Andersen and Anders Komar Ravn and Gianangelo Bracco and Bodil Holst},
journal= {arXiv preprint arXiv:1806.00527},
year = {2018}
}