Актуальность настоящей темы диктуется необходимостью получения данных по сечениям возбуждения метастабильных уровней атомов инертных газов, выяснения рож кинематических эффектов в поведении сечений процесса и определения вклада состояний отрицательных, ионов в изучаемый процесс. Выбор объектов исследования основывалея на анализе потребности практических отраслей науки и техники. Подобные данные требуются при расчете и получении новых лазерных сред, различных плазменных устройств, при моделировании условий планетных атмосфер.
В данной работе разработана новая методикаизучения возбуждения метастабильных атомов инертных газов электронным ударом с использованием сверхзвуковых атомных пучков, генерируемых газодинамическим источником [28 ]. Отличительной чертой предложенной методики является анализ процессавозбуждения по поведению не налетающей, а рассеянной частицы /метастабильного атома/. Предложенная методика позволяет осуществлять комплексноеисследование энергетических, пространственных и временных зависимостей возбуждения метастабильных уровней электронным ударом. Впервые измерены дифференциальные сечения, возбуждения исследуемых уровней атомов гелия, неона, аргона, криптона и ксенона по углу рассеяния метастабильных атомов, даны анализ и обсуждение динамических и кинематических особенностей сечений. Впервые обнаружено влияние: анизотропии рассеяния метастабильных атомов на поведение особенностей, классифицируемых как резонансные. Впервые определены абсолютные полные сечения возбуждения метастабильных уровней атомов инертных газов в широком диапазоне энергий электронов. По данным распределений по скоростям метастабильных атомов исследованы закономерности передачи импульса при электронном возбуждении.
На защиту выносятся следующие положения:
— методика комплексного исследования динамических и кинематических особенностей образования метастабильных атомов Не, А/е, Аг, Кг и Хе при столкновении с моноэнергетическими электронами низ1 ких энергий.
— методика измерения полных сечений возбуждения метастабильных уровней.
— результаты измерения дифференциальных сечений возбуждения метастабильных уровней атомов инертных газов электронным ударом.
— экспериментальные данные по исследованию энергетических зависимостей сечений возбуждения, метастабильных атомов Не, Л/е, 4 г, Кг и Хе .
— результаты определения полных абсолютных сечений возбуждения метастабильных уровней атомов инертных газов.
— данные по скоростным распределениям метастабильных атомов.
Основное содержание настоящей диссертационной работы докладывалось на УП Всесоюзной конференции, по физике электронных и атомных столкновений /Петрозаводск, 1978 г./, П и Ш Всесоюзных семинарах по актуальным вопросам физики электронных столкновений /Ужгород, 1980, 1983 гг./, УГ Всесоюзной конференции по динамике разреженных газов /Новосибирск, 1979 г./, Ж и ЫУ Всесоюзных конференциях ИТФ 00 АК СССР /Новосибирск, 1980,1981 гг./, Ж Всесоюзной конференции по физике электронных и атомных столкновений /Ленинград, 1981 г./, Ж Международном симпозиуме по динамике разреженного газа /Новосибирск, 1982 г./, Ж Международной конференции по физике электронных и атомных столкновений /Зап.Берлин, 1983 г./ и опубликовано в следующих работах:
1. А. Н. Завилопуло, А. В. Снегурский, Б. В. Шкоба. Исследование угловых распределений метастабильных атомов аргона при электронном ударе. — Тезисы докладов УП ВКЭАС, ч.1, ПетрозаводскД978, с. 45.
2. А. Н. Завилопуло, А. В. Снегурский, О. Б. Шпеник. Рёзонансы при электронном возбуждении метастабильных уровней молекул. — Письма, в ЖЭТФ, 1980, т.31, Ж, с.14−17.
3. А. Н. Завилопуло, А. В. Снегурский. Экспериментальное исследование образования метастабильных атомов и молекул при электронном ударе. — В сб.: Метастабильные состояния атомов и молекул и методы их исследования. Чебоксары, Изд.Чуваш. ун-та. 1980, с.70−92.
4. А. В. Снегурский. Применение газодинамического источника молекулярных пучков для исследования резонансных эффектов при электронном возбуждении метастабильных состояний атомов и молекул.
В сб.: Физическая гидродинамика и тепловые процессы. Новосибирск, 1980, с. 127 -135.
5. А. Н. Завилопуло, А. В. Снегурский, О. Б. Шпеник. Возбуждение метастабильных состояний атома гелия электронным ударом. — Тезисы докладов Ш ВКЭАС, Ленинград, 1981, с. 188.
6. А. Н. Завилопуло, А. В. Снегурский, О. Б. Шпеник, Н. Н. Куцина. Возбуждение метастабильных состояний атомов инертных газов электронным ударом в припороговой области энергий. — ЖЭТФ, 1981, т.81,.
Jte3/9/, с. 842 — 850.
7. Ф. Ф. Напп, Е. Э. Контрош, Н. И. Романюк, А. В. Снегурский, А. Н. Завилопуло. Измерение времяпролетного спектра сверхзвукового пучка с помощью многоканального анализатора импульсов АН -128 — 2. — ПТЭ ,.
1982, 114, C. I7S-I78.
8. А. Н. Завилопуло, А. В. Снегурский, О. Б. Шпеник. Способ определения газового состава. Авт. свидетельство te 913 802 от.16.07.80.
9. Фабрикант Й. И., Шпеник О. Б., Завилопуло А. Н., Снегурский A.B. Особенности возбуждения метастабильных состояний атома Не электронным ударом. — Опт. и спектр., 1983, т.55, в.4, с.625−637.
O.O.B, Shpenilc, A.IT.Zavilopulo, A.V.Snegursky, I.I.Fabricant. Excitation of metastable levels of noble gas atoms by electron impact in intersecting beams.- XIII Int.Conf.PEAC., Abstr. Berlin,.
1983, p.747.
2. МЕТАСТАБИЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ АТОМОВ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Метастабильными состояниями атомов /молекул, ионов/ принято называть широкий класс возбужденных состояний, распад которых с испусканием фотона невозможен из — за. запрета. дипольного излучате-льного перехода в основное /или более низколежащее / состояние [29]. Как правило, метастабильными являются наиболее низкие возбужденные уровни, время жизни которых относительно излучательного перехода обычно превышает Ю" «3 с. При этом времена жизни наиболее долгожи-вущих частиц / 1−1 ¿->-)/г)» 0(40), РТгй/<�а)/ оказываются существенно большими и могут достигать /например, в случае вежчин порядка 10® с [зо] .
Первые эксперименты по исследованию возбуждения метастабиль-ных уровней простейших атомарных объектов относятся к 30 — м годам [31]. С тех пор экспериментальные исследования в этом направлении ведутся весьма интенсивно. К настоящему времени метастабильные состояния обнаружены у большинства элементов и их соединений /см. табл.2 Л/. Однако, в столь широком спектре возбужденных образований особо следует выделить метастабильные состояния атомов инертных газов и, в особенности, атома гелия. Это обусловлено рядом причин. Во-первых, метастабильные атомы инертных газоы являются наиболее «энергетпчными», поскольку энергия их возбуждения лежит, в области 8−20 эВ / а у Не (245я) — выше 20 эВ/. Во-вторых, они характеризуются большими временами жизни /см.табл.2.1/, и, следовательно, обладают способностью длительно аккумужровать запасенную.
— 12.
Табл.2.1. Характеристики некоторых метастабильных частиц.
Атом Состояние Энергия возбужВремя жизни, Литера;
Молекула дения, эВ с тура.
Ж 2г5 4/г 10,20 2,4 • 10 «» 3 [71.
Не 19,82 2,5−10 8 [29].
Ее 20,62 38 -Ю" «3 [29].
Ne 33Р2 16,62 24,4 [32].
Ne 16,71 430 [32].
Ar 43Е2 11,55 55,9 [32].
Дг 43Е0 11,72 44,9 [32].
Кг 53р2 9,915 85,1 [32].
Кг 10,56 48, 8 • Ю" 2 [32].
Хе &-3р2 8,315 149,5 [32].
Хе 63PQ 9,447 78 • 10 «3 [32].
N 2,38 1,4 • 10 5 [29].
Л/ 2 [H 2,39 6,1 • 10 4 [29].
0 AD 1,97 140 [29,33].
G 4,19 0,8 [29] а 3,15 1,8 • КГ4- [29].
Не 63Р2 5,43 Г, 0 [зо].
H* 6% 4,64 1,0 [эо] с-5 Пи 11,86 1,0 I30].
A4 a sz- 6,22 2,0 [29].
A4 о’Пя 8,54 1,7-ИГ4 [7].
О’Лq. 0, 98 3,0−10 3 *29 ] со СРП 6,01 I 'зо] энергию, что обуславливает их значительную роль в процессах, проистекающих в плазменных образованиях естественного и искусственного происхождения /планетные ионосферы, звездные облака и т. п./ [34]. ВТ, наконец, в-третьих, инертные газы получают все более широкоеприменение в различных прикладных задачах, в частности, в' качестве рабочих и буферных газов в лазерных: средах. Столкновения с участием метастабильных атомов инертных, газов играют важную роль в. механизмах, передачи энергии и заселении лазерных уровней [35] .
Атомы инертных газов являются удобным объектом для теоретических расчетов и. проверки различных теоретических моделей и гипотез, что очень важно для распространения определенных: теоретических взглядов и идей на более сложные соединения типа эксимер-ных. Особое место принадлежит атому гелия, для которого накоплен достаточно обширный теоретический и опытный материал, а вследствие простоты строения которого возможным является наиболее успешное и полное сопоставление расчетных и экспериментальных данных. Такое сравнение является очень важным в плане дальнейшего развития как экспериментальных, так и теоретических методов исследований.
Метастабильные атомы являются специфичными и с точки зрения извлечения информации о процессах, приводящих к их возникновению. Поскольку распад метастабильных уровней в излучательном канала крайне маловероятен: [зх], а, зачастую и невозможен, то атомы в подобных состояниях оказываются /наряду с метастабильными молекулами/ практически единственными среди широкого класса возбужденных частиц, подсчет количества которых возможен путем их непосредственной регистрации, без применения каких-либо косвенных методов.
В целом, методы изучения метастабильных атомов можно разделить на две основные группы [Зб] - оптические и электрические.
Оптические методы используют явление поглощения излучения определенной длины волны атомом, находящимся в метастабильном состоянии. При этом возможно измерение либо ослабления излучения, соответствующего переходу атома в более высоколежащее состояние [37], либо излучения, испускаемого высоколежащим уровнем, заселенным вследствие оптической накачки с метастабильного уровня [38] .
Более широким классом экспериментальных методов являются электрические, основывающиеся либо на непосредственной регистрации метастабильной частицы, либо на измерении тока частиц, приводящих к образованию метастабилей, или возникших вследствие разрушения метастабильной частицы каким-либо внешним возмущением.
Рассмотрим основные методы исследования частиц в метастабильных состояниях, учитывая приведенную выше их классификацию.
6. ЗЛКЛЮЧ. Е.НИЕ.
В ходе выполнения данной диссертационной работы получены новые сведения о механизмах, приводящих к образованию атомов в метастабильных состояниях, получены качественно новые сведения о сечениях электронного возбуждения метастабильных уровней атомов инертных газов.
