¹
Å û s Þô v Ú; c 8 ý X ¢ 8 c m8 ý A 0P T Æ X Ø× D mì ÅX ì Ä
+ ä
è ¡¬ £ ∗
Ø
æ z @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , @ / 305-764 (2009¸ 3 Z 4 30{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
Ø æ[ t \ _ ô Ç B jò ø Í_ K o s : r o é ß & h ` ¦ q ' r ç ß ~ ½ ÓZ O ` ¦ 6 x # 50\ " f 1000 eV_ Ø æ[ t
\
-t % ò % i \ " f ] X @ /8 £ ¤& ñ % i . Ø æ[ t t % i \ " f Ò q t$ í ) a Z } É r \ -t _ s : r[ þ t` ¦ ¸¿ º ³ ðÀ Ó ' a \ V , l
0 AK Ø æì r ô Ç l © ` ¦ # Ò q t$ í s : r` ¦ ¢ - a y Ø ¦ % i . s ½ ¨_ õ é ß & h ` ¦ É r z ´ +
« >, Õ ªo ¦ s : r& h ¸4 S qõ q § % i ¦, Ò q t$ í s : r` ¦ ¢ - a y Ø ¦Ù þ ¡ ¦ Å Ò © H s _ õ ü < @ /
^
Ð ¸ ú ´ ú H כ ` ¦ S X % i .
PACS numbers: 34.80.-i, 34.80.Gs
Keywords: Ø æ[ t, B jò ø Í, K o s : r o, é ß & h
I. " e  ] Ø
B
jò ø Í É r í H Ã ºõ < Æ& h < É ª p s ü @\ ¸ ò ø Í è~ Ã Ì} _ e ¦
Ý ¼ / B N& ñ õ ' $ í @ /l \ " f B Ä º × æ כ ¹ô Ç ì r s .
Hughes ü < Kein [1]s CH
4_ ' Í P : 8 ú x é ß & h ` ¦ 8 £ ¤& ñ ô
Ç s A Ð, # Q ] X @ / [2,3]ü < © @ / [4–10]8 £ ¤& ñ [ þ t s Ð ¦
÷
&% 3 . © @ /8 £ ¤& ñ õ [ þ t É r s \ 8 £ ¤& ñ ) a ] X @ / 8 ú x é ß
&
h õ q § # ] X @ /8 £ ¤& ñ ° ú כ` ¦ Æ Ò& ñ ô Ç כ s . ] X @ / Â Òì r é
ß & h É r Straub 1 p x [11] \ _ K 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 H X <, Õ ª[ þ t É r q '
r ç ß (TOF) ~ ½ ÓZ O õ 0 Au 8 £ ¤& ñ Ø ¦ l \ ¦ s 6 x # Ò q t$ í s
: r _ ¢ - a ô Ç Ø ¦` ¦ S X % i ì
r _ K o s : r o\ " f_ é ß & h 8 £ ¤& ñ _ Å Ò ) a # Q 9 î
r & h É r Ò q t$ í s : r _ î r1 l x \ -t ì r í V , H כ s .
Rapp É r 50 \ " f 1000 eV s _ Ø æ[ t \ -t \ " f 8 ú x s : r
o_ 8 ? /t 13 % 0.25 eV s © _ Ò q t$ í s : r` ¦ ë ß H
¦ Ð ¦ % i [12]. s ½ ¨\ " f F G | 9 | ¾ Óì r$ 3 l [6,8] ü < s 9 þ t Ðs × ¼ | 9 | ¾ Óì r$ 3 l [7] 6 x ÷ &% 3 t ë ß , \
-t ì r í\ É r : x õ ´ òÖ ¦ s $ í / B N& h Ü ¼ Ð Ð& ñ ÷ &t 3 l w Ù þ
¡l M :ë H \ , Õ ª õ ¸ ø @½ + É ë ß t · ú § . Tarnovsky 1
p x [9] É r É r × æ$ í c õ \ -t ì r$ 3 l \ ¦ s 6 x % i l M : ë
H \ Ä » n º ú õ ï r î ß & ñ { 9 \ ¦ 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e % 3 ¦, s
: r _ ¢ - a ô Ç Ø ¦ É r s : rc ` ¦ ¼ # ¾ Ór & " f ¼ # ¾ Ó/ B G ` ¦
% 3
É r Ê ê\ Ð& ñ Ã º\ ¦ & ñ % i . s 8 £ ¤& ñ É r ç ß ] X & h
~
½ Ód s l M :ë H \ « Ñ_ ø @$ í \ _ ë H s e . Tianõ Vidal [10] É r TOF ì r$ 3 l ü < í& h E $ Ý ¼, Õ ªo ¦ ¼ # ¾ Ól \ ¦
6 x # î r1 l x \ -t \ ¦ Ò q t$ í s : r _ ¢ - a ô Ç Ø ¦` ¦
∗
E-mail: [email protected]
r
¸ % i . s [ þ t É r Ø Ô 4 H` ¦ Ã Ð ¦ r « Ñ Ð 6 x # ] X
@
/ é ß & h õ q §K Z ~ ¤ .
s
7 Hë H \ " f H Ø æ[ t \ _ ô Ç CH
4_ s : r oü < K o
s : r o\ @ /ô Ç ] X @ /é ß & h ` ¦ ] jr ½ + É כ s . Ø æ[ t t
%
i \ " f Ò q t$ í ) a Z } É r \ -t _ s : r[ þ t \ Ø æì r ô Ç l ©
`
¦ # TOF ì r$ 3 l _ ³ ðÀ Ó ' a (drift tube) \ | 9 5 Å q r
&
Ò q t$ í s : r` ¦ ¢ - a y Ø ¦ % i . Ù ü t2 x; ¤ µ 1 Ïs y Ò q t$ í s
: r \ ° ú É r ª _ î r1 l x | ¾ Ó` ¦ ì r C Ù ¼ Ð, © ! 9î r s
: r H
+ © Z } É r \ -t \ ¦ ° ú H . " f H
+_ Ø
¦ / B G s í o÷ & H כ Ü ¼ Ð" f ¸ H Ò q t$ í s : r _ ¢ - a Ø
¦` ¦ S X ½ + É Ã º e .
II. ÷ m Ç ] M ö
z
´+ « > © u H s 7 Hë H [14,15] \ " f [ jy 7 H _ % i l M
:ë H \ , # l " f H ç ß é ß > [ O " î ô Ç . Fig. 1\ z ´+ « > © u _
ç ß | Ä Ì ¸\ ¦ Ð% i . 8 ú x É r Qo 2 ; 7 á x À Ó_ ) í Û ¼J $ 9
F ' pà Ôü < { 9 Y L > h_ F G Ü ¼ Ð s À Ò# Q E $ Ý ¼ r Û ¼% 7 , Õ ª o
¦ ¿ º © _ ¼ # ¾ Óó ø ÍÜ ¼ Ð s À Ò# Q4 R e . 1 l x \ -t H 50 \ " f 1000 eVs . _ ¨ î ' ô Ç c s 1 mm ½ ¨" í ` ¦ : x K
l ^ z ´ (gas cell) Ð [ þ t # Q ¦, l ^ z ´` ¦ : x õ ô Ç Ê ê J
QX <s ( \ í S \ ÷ & H X <, { 9 _ ] X @ /° ú כ` ¦ 8 £ ¤& ñ
¸2 ¤ p o Ð& ñ z ´+ « >` ¦ z ´r % i . l ^ z ´ ? /\ " f_
c _ s 1 l x o H 80 mm s . l ^ z ´ ? /\ " f_ CH
4_
· ú
§ 4 É r l 6 x | ¾ Ó · ú § 4 > Ð 8 £ ¤& ñ # 3 × 10
−5Torr & ñ
¸ Ð Ä »t % i ¦, ³ ðÀ Ó ' a \ " f_ · ú § 4 É r 1 × 10
−6Torr s
Ð Ä »t % i . CH
4l ^ _ í H ¸ H 99.999 % s % 3
-558-
Fig. 1. Schematic diagram of the experimental setup.
. l ^ z ´\ l ^ \ ¦ V , t · ú § É r © I _ / B N ¸_ · ú § 4 É r
2 × 10
−8Torr s . 8 ú x _ ¼ # ¾ Óó ø Í` ¦ s 6 x #
c ` ¦ ¸ ú | Ã Û . c s B 5 µs 50 ns 1 l x î ß & t ¸ 2
¤ ¦ · ú ` O " f\ ¦ 6 x % i .
Ø æ[ t \ _ K µ 1 ÏÒ q tô Ç s : r É r Ó ü æ u t ç ß 2 ns Ê ê\ 130 V/cm_ l © ` ¦ Ø æ[ t% ò % i \ 150 ns 1
l
x î ß # Æ ÒØ ¦ % i . Ø æ[ t% ò % i É r 10 mm ç ß _ 80 × 80 mm
2_ & ñ y + þ A ¨ î ' ó ø Í_ × æ ç ß % ò % i X <, î r X
<\ 2 × 10 mm
2_ f y + þ A ½ ¨" í ` ¦ : x K Ò q t$ í s : r s Æ
ÒØ ¦ ) a . " f Ä »´ ò Ø æ[ tU ´s H 10 mm s . Æ ÒØ ¦ ) a s
: r[ þ t É r ³ ðÀ Ó ' a \ " f 2300 eV_ \ -t Ð 8¹ ¡ ¤ 5 Å q
÷
& ¦ 70 cm_ o \ ¦ q ' # Ø ¦ l \ Ø ¦ ) a .
Ø ¦ l H multi-channel plates (MCP)\ ¦ 6 x % i ¦,
Ø ¦ ´ òÖ ¦` ¦ Z } s l 0 AK ± p · ú ¡é ß _ 0 A\ ¦ −4000 V
Ð Ä »t % i . MCP\ " f : r ñ H 7 £ x; ¤ l ü < ó ø ÍZ > l
(discriminator)\ ¦ 5 g x ï í r ç ß ì r$ 3 l (Ortec 9308) _ stop é ß Ð [ þ t # Qç ß . Start é ß _ ñ H s
: r Æ ÒØ ¦ ` O Û ¼ü < 1 l x ¸ ) a 7 H o ñ\ ¦ s 6 x % i .
K
o s : r o  Òì r é ß & h σ H
σ = s
nli
e(1)
`
¦ 6 x # ½ ¨ H X <, # l " f s H Ò q t$ í s : r à º, n É r ³ ð
&
h x 9 ¸, l É r Ø æ[ tU ´s , i
e H Ã ºs .
Fig. 2. The H
+ion counts from the dissociative ioniza- tion in function of the extraction electric fields.
III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý
· ú
¡\ " f 7 H _ ô Ç @ / Ð Æ ÒØ ¦ l © s y © ½ + ÉÃ º2 ¤ s : r[ þ t, :
£
¤ y H
+_ Ø ¦ s : r _ Ã º ´ ú § t H כ ` ¦ · ú Ã º e % 3
. Fig. 2\ Æ ÒØ ¦ l © õ H
+_ > Ã º\ ¦ Ð% i . s Õ ª a Ë
>\ " f Ð1 p w s H
+ H 100 V/cm s © _ Æ ÒØ ¦ l © Ü ¼ Ð
¢ -
a y Æ ÒØ ¦ ÷ & H כ ` ¦ Ä »Æ Ò½ + É Ã º e . " f Ä ºo 6
x ô Ç 130 V/cm_ Æ ÒØ ¦ l © É r Ø æì r ô Ç כ Ü ¼ Ð Ð .
ø @à ºï r 90 % \ " f_ z ´+ « > à º[ þ t \ @ /ô Ç Ô ¦S X & ñ ¸ H
6 £ § õ ° ú : l ^ · ú § 4 5 %, c À Ó 3 %, Ø ¦ ´ òÖ ¦ 5 %. " f, 8 £ ¤& ñ ) a é ß & h _ 8 ú x Ô ¦S X & ñ ¸ H 90 % ø
@à ºï r \ " f 7.7 %s . > à º\ @ /ô Ç : x > ¸ H É r > :
x ¸ \ q K Á ºr ½ + É ë ß p u .
z
´+ « >\ " f 8 £ ¤& ñ ô Ç C â ` ¦ É s : r _ Ã º, Ð& ñ ô Ç _
À Ó, Õ ªo ¦ l ^ _ · ú § 4 ` ¦ s 6 x # d (1)\ @ /{ 9 ½ + É
¸ H Ã º\ ¦ % 3 % 3 . Õ ª QÙ ¼ Ð : r z ´+ « >\ " f ½ ¨ô Ç é ß & h
É
r ] X @ / 8 £ ¤& ñ ° ú כs . Fig. 3\ 8 ú x é ß & h , s : r o é ß & h , Õ
ªo ¦ K o s : r o é ß & h ` ¦ Ð% i . · ú ¡\ " f / å L ô Ç @ /
Ð, Adamczyk 1 p x [7] õ Chatham 1 p x [6] s ½ ¨ô Ç CH
+4_ Â
Òì r é ß & h É r & ³ z ´+ « > õ x 9 É r z ´+ « > õ ü < q §& h { 9
u H Ã ºu s t ë ß , H
+_ Â Òì r é ß & h s : r z ´+ « > õ
\
1/5 µ 1 Ú\ î ß ÷ & ¦ H
+2_ â Ä º\ H 1/2 & ñ ¸ Ð 8
£ ¤& ñ ô Ç כ Ü ¼ Ð Ð Z } É r \ -t _ H
+ü < H
+2[ þ t _ ´ ú § É r Â
Òì r s Ø ¦ ÷ &t · ú § ¤ H K $ 3 ` ¦ ½ + É Ã º e . ¢ ¸ô Ç, s
Qô Ç ¼ # \ " f H | 9 | ¾ Ó_ s : r \ " f É r | 9 | ¾ ÓÜ ¼ Ð ° ú Ã º 2
¤ é ß & h s © @ /& h Ü ¼ Ð > 8 £ ¤& ñ ) a â ¾ Ó` ¦ Ðs H כ
É
r Ò q t$ í s : r _ ~ ½ ÓØ ¦ \ -t 7 £ x < Ê\ É r Ø ¦ z ´J
\
¦ r ô Ç ¦ ^ ¦ Ã º e . : r z ´+ « > õ H Tian õ Vidal
[10], Õ ªo ¦ Straub 1 p x [11] _ ¢ - a ô Ç s : r Ø ¦` ¦ S X
Fig. 3. Cross sections of the electron impact ionization and dissociative ionization of CH
4. The y-axis of all the graphs is in units of 10
−16cm
2. (a) CH
+4(b) CH
+3(c) CH
+2(d) CH
+(e) C
+(f) H
+2(g) H
+(h) Total cross section.
Present work(•) is compared with the results of Tian and Vidal [10](), Straub et al. [11](M), Tarnovsky et al. [9]( ),
Chatham et al. [6](♦), Orient and Srivastava [8](×), Adamczyk et al.[5](5) and Hwang et al. [16](–).
X <, CH
+(d) ü < C
+(e) _ 200 eV s _ \ -t % ò % i
\
" f & ³ z ´+ « > « Ñ_ ° ú כs ¸F K 8 Z } É r כ Ü ¼ Ð p À Ò# Q, Õ
ª[ þ t _ 8 £ ¤& ñ \ " f s [ þ t ¼ # s : r s # Q " s Ä » Ð \
-t _ o\ ç ß W = Ø ¦ ) a כ Ü ¼ Ð Ð . s
H : r ½ ¨_ õ ø @½ + É ë ß H כ ` ¦ r ô Ç . : r z
´+ « > É r s [ þ t _ õ \ 8K 500 eV s © _ \ -t \ " f
¸ 8 £ ¤& ñ % i Ü ¼Ù ¼ Ð, ø @$ í s Z } É r ¦\ -t % ò % i _
«
Ñ\ ¦ 8 H _ p ¸ e .
Binary-encounter Bethe (BEB) ¸+ þ As Ô ¦ o H Hwang 1 p x [16] _ s : r É r õ ¸ n º ú õ # Q t ì r _
8 ú x é ß & h ` ¦ ¬ ¹ H X < $ í / B N& h s . Õ ª Q BEB é ß
& h s y ì r C ¸\ " f » 1 ÏØ ¦ H é ß & h _ é ß í
H ½ + Ës l M :ë H \ K o s : r o\ @ /ô Ç [ j Ò& h ` ¦ s s
: r Ü ¼ Ð Ò ¦ Ã º H \ O . s s : r É r ± ú É r \ -t \ " f H Mott é ß & h [17]õ + þ A ) a binary-encounter s : r` ¦ 6
x ¦, Z } É r \ -t \ " f H Bethe s : r [18]` ¦ s 6 x ¸ 2
¤ ÷ &# Q e . Fig. 3(h)\ z ´+ « >u ü < s : r` ¦ q § % i .
x
ß ¼ % ò % i \ " f & ³ z ´+ « >u # Q É r z ´+ « >u × æ \ " f
© ¸ ú { 9 u ¦ / B G _ ¡ óo  Òì r \ " f ¸ ë ß 7 á ¤ Û ¼ Qî r { 9 u
\ ¦ Ð# ï r . 8 ú x é ß & h _ { 9 u  Òì r é ß & h [ þ t _
«
Ñ ´ ú H 7 £ x" î É r ÷ &t · ú §Ü ¼ , · ú ¡\ " f / å L ô Ç Â Òì r é ß
& h \ @ /ô Ç 7 H _ ü < Â Ò # s 8 £ ¤& ñ _ ø @$ í s Ä ºÃ º
H כ ` ¦ r ô Ç .
IV. + s Ç Â ] Ø
Ø æ[ t \ _ ô Ç B jò ø Í_ K o s : r o é ß & h ` ¦ q ' r ç
ß ~ ½ ÓZ O ` ¦ 6 x # 50\ " f 1000 eV_ \ -t % ò % i \
"
f ] X @ /8 £ ¤& ñ % i . Ø æ[ t t % i \ " f Ò q t$ í ) a Z } É r \ -t _
Ò q t$ í s : r[ þ t` ¦ ¢ - a y Ø ¦ % i . s ½ ¨\ " f 8 £ ¤& ñ ô
Ç Â Òì r é ß & h õ 8 ú x é ß & h ` ¦ É r z ´+ « >õ q § % i ¦ Ò q
t$ í s : r` ¦ ¢ - a y Ø ¦Ù þ ¡ ¦ Å Ò © H s _ õ ü <
@
/^ Ð ¸ ú ´ ú H כ ` ¦ S X % i . ¢ ¸ô Ç & ³ z ´+ « >° ú כ[ þ t s s
: r 8 ú x é ß & h ¸4 S qõ ¸ ¸ # 3 0 A î ß \ " f { 9 u 9, é ß
&
h
/ B G _ x ß ¼\ " f É r z ´+ « >u × æ \ " f © H] X ô Ç ° ú כ
`
¦ Ð% i .
s
7 Hë H É r 2006¸ ¸ & ñ  ÒF " é ¶ ( §¹ ¢ ¤ & h " é ¶ Â Ò < ÆÕ ü t
½ ¨ ¸$ í \ O q )Ü ¼ Ð ô Dz D G < ÆÕ ü t < É ª F é ß _ t " é ¶` ¦ ~ à Î
½ ¨÷ &% 3 6 £ § (KRF-2006-311-C00031).
Y
c p w à U Ø ô
[1] A. L. Hughes and E. Klein, Phys. Rev. 23, 450 (1924).
[2] D. Rapp and P. Englander-Golden, J. Chem. Phys.
43, 1464 (1965).
[3] B. L. Schram, M. J. van der Wiel, F. J. de Heer and H. R. Moustafa, J. Chem. Phys. 44, 49 (1966).
[4] B. A. Tozer, J. Electron Control 4, 149 (1958).
[5] H. F. Winters, J. Chem. Phys. 63, 3462 (1975).
[6] H. Chatham, D. Hils, R. Robertson and A. Gal- lagher, J. Chem. Phys. 81, 1770 (1984).
[7] B. Adamczyk, A. J. H. Boerboom, B. L. Schram and J. Kistemaker, J. Chem. Phys. 44, 4640 (1966).
[8] O. J. Orient and S. K. Srivastava, J. Phys. B: At.
Mol. Phys. 20, 3923 (1987).
[9] V. Tarnovsky, A. Levin, H. Deutschm and K. Becker, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 29, 139 (1996).
[10] C. Tian and C. R. Vidal, J. Phys. B: At. Mol. Opt.
Phys. 31, 895 (1998).
[11] H. C. Straub, D. Lin, B. G. Lindsay, K. A. Smith and R. F. Stebbings, J. Chem. Phys. 106, 4430 (1997).
[12] D. Rapp, P. Englander-Golden and D. D. Briglia, J.
Chem. Phys. 42, 4081 (1965).
[13] A. Crowe and J. W. McConkey, J. Phys. B: At. Mol.
Phys. 7, 349 (1974).
[14] Y.-S. Chung and H. Cho, J. Korean Phys. Soc. 39, 609 (2001).
[15] Y.-S. Chung, J. Korean Phys. Soc. 41, 682 (2002).
[16] W. Hwang, Y.-K. Kim and M. E. Rudd, J. Chem.
Phys. 104, 2956 (1996).
[17] N. F. Mott, Proc. R. Soc. London Ser. A 126, 259 (1930).
[18] H. Bethe, Ann. Phys. 5, 325 (1930).
Cross Sections of Dissociative Ionization of Methane by Electron Impact
Y.-S. Chung
∗Department of Physics, Chungnam National University, Daejon 305-764 (Received 30 March 2009)
Absolute cross sections of the electron impact ionization and of the dissociative ionization of methane have been measured for energies ranging from 50 to 1000 eV by using a time-of-flight (TOF) method. Full detection of the product ions was achieved by applying a large enough electric field in the collision area so that the energetic ions were completely extracted into the drift tube.
The cross sections were compared with other experimental data and the results of a theoretical model. The present data agree reasonably well with the previous results, which were claimed to be for a complete collection of product ions.
PACS numbers: 34.80.-i, 34.80.Gs
Keywords: Methane, Electron impact, Ionization, Dissociative ionization, Cross section
∗
