ТЯЖЁЛЫЕ ИОНЫ

ТЯЖЁЛЫЕ ИОНЫ

- атомы хим. элементов с массой, большей, чем у атома Не. Ускорители тяжёлых ионов создают пучки Т. и. с интенсивностями до 10¹²-10¹³ частиц/с и с энергиями до неск. десятков ГэВ на нуклон ускоряемого иона (и выше). Такие ускорители работают в Ин-те тяжёлых ионов в Дармштадте (Германия), в международных центрах ядерных исследований в Женеве и Дубне.

Т. и. дают возможность изучать атомные ядра, далеко отстоящие от линии стабильности, и осуществлять синтез трансурановых элементов с атомными номерами Z>100, особенно в области Z>110-120, где теория предсказывает существование относительно долгоживущих ядер ("остров стабильности"), С помощью Т. и. синтезированы элементы с Z=102-112.

Т. и. позволяют исследовать свойства короткоживущих ядерных систем, состоящих из 300-500 нуклонов. Образовавшись в результате взаимодействия налетающего Т. и. с тяжёлым ядром-мишенью, такие "сгустки нуклонов" могут обладать большим угл. моментом и принимать не обычные геом. формы, а, напр., форму гантели (один шар как бы "скользит" по поверхности другого). Время жизни системы из двух не слившихся тяжёлых ядер может быть достаточно большим для того, чтобы вокруг такой "квазимолекулярной" системы успела образоваться часть общей электронной оболочки. Рентг. излучение, связанное с квантовыми переходами электронов в этой оболочке, даёт сведения о свойствах сверхтяжёлых атомов c Z>100.

В реакциях с Т. и. действуют электрич. поля, к-рые являются наиб. сильными среди всех электрич. полей, известных во Вселенной. Это открывает возможность проверки законов квантовой электродинамики, позволяет исследовать нелинейные и др. эффекты, к-рые могут возникать лишь в очень сильных полях.

Пучок Т. и. оказывает сильное термич. и механич. воздействия на кристаллич. решётку. При этом может изменяться его хим. состав по заранее заданной программе. Пучок Т. и. может быть сфокусирован в узкий луч диам. в неск. мкм. Т. и. могут воздействовать практически на любое свойство вещества, зависящее от его структуры и хим. состава. При этом радиац. воздействие Т. и. на вещество тем сильнее, чем тяжелее ион.

Используя ионы с энергиями ~10 МэВ/нуклон, можно изменять свойства материала на глубине до неск. десятков мкм. Ускорители Т. и. высоких энергий позволяют воздействовать на очень глубокие внутр. слои облучаемых материалов. Пучки Т. и. используются для легирования поверхностных и близких к ним слоев полупроводниковых материалов. Ионная имплантация открывает возможности для изготовления сплавов, к-рые практически невозможно получить др. способами, напр., из-за хим. несовместимости компонентов, препятствующей их взаимному проникновению. Обработка слоев компонентов пучками Т. и. позволяет "подавить" их несовместимость и получить сплавы с необычно высокими прочностью, термостойкостью, антикоррозионностью и т. д. Таким же путём можно улучшать свойства существующих и создавать новые, в т. ч. и высокотемпературные, сверхпроводники.

Пучки Т. и. используются для моделирования радиац. повреждений, вызываемых нейтронами, в тепловыделяющих элементах и конструкц. материалах ядерных реакторов, приводящих к их деформации. Т. и. оказываются приблизительно в 10⁶ раз более эффективными в создании радиационных дефектов, чем нейтроны. Радиац. эффект, к-рый в реакторах достигается за 1-2 года, с помощью Т. и. может быть промоделирован в течение неск. часов.

Пучки Т. и. применяются для произ-ва фильтров из тонких пластич. плёнок (см. Ядерные фильтры).

Лит.: Флеров Г. Н., Барашенков В. С., Практические применения пучков тяжелых ионов, "УФН", 1974, т. 114, в. 2, с. 351.

Г. Н. Флёров, В. С. Барашенков.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.