Экспериментальное исследование сверхупругого рассеяния медленных электронов на метастабильных состояниях атомов ксенона и молекул азота тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

№ \ 1,3

Государственный комитет РСФСР по делам науки и высшей школы

Томский ордена Трудового Красного Знамени и ордена Октябрьской Революции государственный университет им. В. В. Куйбышева

На правах рукописи СОРОКИН Геннадий Михайлович

УДК 539.186.2

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕРХУПРУГОГО РАССЕЯНИЯ МЕДЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ НА МЕТАСТАБИЛЬНЫХ СОСТОЯНИЯХ АТОМОВ КСЕНОНА И МОЛЕКУЛ АЗОТА

0.1.04.05 — оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ТОМСК 1990

' Диссертационная работа выполнена в Томском ордена Трудового Красного Знамени и ордена Октябрьской Революции государственном университете им. В. В. Куйбышева и Чувашском государственном университете им. И. Н. Ульянова.

Научные руководители: заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор физико-математических наук, профессор ПРИЛЕЖАЕВА Н. А., кандидат физико-математических наук, доцент КОРОТКОВ А. И.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор ТИХОМИРОВ И. А., кандидат физико-математических наук, доцент МУРАВЬЕВ И. И.

Ведущая организация: Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова.

Зашита диссертации состоится . * 4 •>! 1990 г. в ^ час на заседании Совета по присуждению ученых степеней по физическим специальностям при Томском ордена Трудового Красного Знамени и ордена Октябрьской Революции государственном университете им. В. В. Куйбышева по адресу: 634010, г. Томск, пр. Ленина, 36, ауд. 136, гл. корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан ' 1990 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат физико-математических наук,

доцент Г. М. ДЕЙКОВ А

..от-.: ц

13.3.«.;1ггкп

Отдел диссортгции

- 3 -

0Е1ЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

* актуальность тайн. До недавнего времен;: в йольаипстпе случ^з исследовались элементарные процесса, протекапдие при взаимодействии электронен с атсиана н молекулами, которые находятся в ас-незнем состоянии. С быстрым развитием оптики и спектроскоп-ля,

плазмы, квзнтозсЯ электроники и теории столкновений значительно повысился интерес к изучения электронного девозСуэдекчя метастайилеа С сверхупругке процессы ), где основной задачей является исследование абсолстнчх величин энергетической зазасииос-тк оЬрскг.'.Еных сечгниЯ ударов 2-го рода ( 2 СУЗ? ).

К настоящему времени в условиях газоразрядной плазмы определены уерззнешше значения ЭС7ВР и константа скорости реакций для низахх возбуждённых состояний атомов инертных газов з чрезвычайно уз:-:см интервале энергия [I - 3 | , Эксперименты с пучками электронов и мегастабйлзннх атомов находятся э стадгигстановления из-за суЕестзеяш-:х трудностей, з их реализации. В система перзее-каздихсл пучков подучз.чы лявь отдельное дашше по угловой зависимости 2,?.5ферен::налу.юго С-СУВ? зля нижнего кетастас'нлъ.чсго зес-тогпгля молекулы кислорода а резсяанслого состояния атома :;ат-ряя [4, 5] . На сегсддя:;лп!й день сведения по энергетически.:--: зависимостям дп^зерс-шналъпи'с ЗСУЕ? стсутствузг. Практически не? а рас"ёт;;нл дсннех по проиассг.:? дезактивации метастас'ильных агс-коз г.н^ртпых гасоз. Па этсЯ причина совершенствование техники о:-ссп(;рл.*:е:;та и проведение сак;::с исследования по кзучекиз сверхупругих процзссов цучкоаыиа и ялазменликл йстодашг становится актуальной' задачей.

Цель работы. Проведение кемцлзкедмх яссдсдсвандЯ. по изучения сверхулругизс процессов, протекавших при взаимодействии медленных электродов с кетаста&тнкия атоиаия ксенона к кагекухаии азота. Более-конкретно работа досвяцена решение слеяувших задач:

- разработке н создания современной спектроскопической установки для изучения процессоз дезактивации иетасгайильных атоксв и молекул^1три столкновениях с электронами;

- проведение исследований в пересекавшихся пучках по определении абсолютных ЭСУБР метастабилмнх состояний атснов Хз с зяетгеиани в интервале энергия (0)5 эВ;

- н&учекиг) б пересекат/ихся пучках электрс;л;их слектроь атока ксенона, кахоаясегося в различных квантовых состояниях;

- исследовании к интерпретации структурных изменении. н:; ¡•унпцикх распределения электронов по энергиям з азотной к азстно-гелиевоР. плаэые отрицательного тлевшего снечеш".;:.

Научная новизна. В настоящей раосте впервые:

- измерены электронные спектры атока ксекска, находящегося г различных квантовых состояниях, в широр;см диапазоне энергий,*

- изучены энергетические зависимости дйМеренакальиых сепенкс Г'ругого к неупругого рассеяния электронов на стоках Хе;

- исследованы энергетические зависимости дебетевскальвых ЭСУЕР нетастабильнкх уровней атока Хе ка угол 90^ ;•

- определены абсолютное значения ОСУВР нижних метастасилБкых уровней атока Хе в интервале энергий от 0, 5 до 7 эЗ;

- установлено, что девозбукдение метастаСнльных атомов Хе происходит с оСразовагчек и распадом ксротхо;::квуг'их состояний отрицательных ионов;

кзмеренк Функции распределения электронов пс энергиям в стационарной азотной и азстко-геллегей плазме отрицательного тлевшего свечения.

Практическая ценность. Результаты проведённых исследований могут оыть использованы:

- - при разработке газоразрядных приборов", в том числе к лазеров Г

- при диагностике.пучков атомов г. молекул, находящихся в различных квантовых состояниях;

- при создании и развитии теории деБсаОукденая кетастаокль-кых атомов и иолекул медленными электронами.

Разработанная методика и экспериментальная установка могут оыть использованы для изучения взаимодействия медленных электронов с другими допгоживуЕКйи атомами и молекулами.

На з&виту диссертации выносятся следувше полокения:

1. Кетсдика пучкового эксперимента, основанного на модуляционной технике и методе электронной .спектроскопии.

2. Результаты исследований'электронных спектров атонсБ ксенона, находящихся в различных.квантовых состояниях.

3. А.бсолвтнне значения энергетических зависимостей 5С7БР не-

- о -

тастабильных атсмоэ Хе (ô^Pg) и Хе (6 Pq) з интервале эноргиЯ электронов ( 0,5 * 6,5 ) эВ.

4. Структурные изменения на функции распределения олектрсноз по энергиям, обнаруженные вл^ и Vg + Не плазме отрицательного тлеющего свечения в трубке с полым катодом особой конструкции.

Апробация работы. Основные результаты исследования докладывалась л обсуждались на кафедральных семинарах л итоговых научных конференциях Чувашского госуниверситета ( Чебоксары, 1974 -- 1969 ) ; Всесоюзном семинаре по физика олектронных столкновений . Î3C - 62 (Ужгород, IS33 ) ; семинаре лаборатории атомной и молекулярной спектроскопии Сибирского физико-технического института ( Томск, 1982); УН, УШ, X Всессюзних конференциях по Физике электронных и атомных столкновения ( Петрозаводск, 197-5 ; Ленинград, 1981 ; Ужгород, 1988 ); IX Сибирском совещании по спектроскопии ( Томск, 1974 ); У Всесоюзном семинаре по вторичной ионной и ионно-фстснноЯ эмиссия ( Харьков, 1983 ) ; семинаре кафедры " Зноичесяая Электроника " физического факультета КГУ ( Москза, 1985, ) ; УШ Всесоюзной конференция по взаимо-

действию атемных частиц с твёрдым телом ( Москва, 1987 ) ; II Всесоюзном семинаре по оптической ориентации атомов и молекул ( Ленинград, 1989 ') ; объединённом семинаре отдела Оптшсл Cil'ï и кафедры Оптики и спзктросиэпии ТГУ ( Томск, 199*3 ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печзги<;х работ в различных sr/рналах, тематических сборниках и тезисах Всесоюзных конференций и совещаний. Отдельные элементы уста-H02KH отмечены в 18 рационализаторских предложениях по ЧГУ им. И.Н.Ульянова

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, выводов и приложения. Работа содержит 171 страницу машинописного текста, включая 45 рисунков, 10 таблиц и список цитированной литературы из 150 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБЗТЫ

Зо-зведении отмечена актуальность темы диссертации, Формулируется основная цель работы и кратко излагаются важнейшие результаты исследований.

В первой главе дается обзор к анализ литературных данных по жкссертации. Рассмотрена конкретных работ предшествует ез-.-.r. конке основных понятий, использованных при описании сверхупру-гсгс рассеяния электронов на атомах и молекулах.

В качьле главы проанализировали основные методы определения интегральных и дифференциальных сечений ударов 2-го рода электронов с метастасмлышми атомами и молекулами. Указывается, что киантовокехакическке' расчеты выполнены 'только для кетастабильньх состояний гелия. Экспериментальные работы, проведённые в стационарной и распадассейся плазме по определение ЭС73Р, показывает, чте основные результату получены в области тепловых экергиг:, и сведения по абсолютным значениям сечений по нектсрым атомам косят противоречивый характер, Опыты, выполненные в рекиме электронной пушки с использованием метода задерхпгааскего пслл,не получили развития и проведены для ограниченного числа атомов, делается вывод, что болег перспективными является эксперименты пс исследовании сверхупругого рассеяния электронов на метастаопль-.)К>: атомах с применением техники пересекавшихся пучков методом глектронноп спектроскопии.

Ьо второй главе приведено описание разработанной и созданной г.спсркментальной техники и ксвоЯ методики исследований.

Начало главы посвяцско анализу физико-техническжх требований .- пучковой установке. Обсуждаются способы получения пучков ато-v.E и молекул в долгоживуиих состояниях. Делается вывод, что д.*я этой вели наиболее подходящими источниками является истсчни-'к возбуждённых частиц с электроивой бомбардировкой, поскольку ■м;и позволяет в определённой степени регулировать состав пучка кетастабильных атомов и при выбранных условиях осуществлять селективное заселение исследуемых уровней- Рассматривается преимущества и недостатки различных регкетрирувгдах систем. Обосновывается возкокность измерения тока электронов, претерпевших удары второго рода, аналоговый методом и методой счета отдельных электронов с накоплением и обработкой цифрового сигнала с помощью компьютера.

1. Для решения задач по исследованию рассеяния электронов на атомах, находящихся в различных квантовых состояниях, сконструирована к изготовлена экспериментальная установка, которая сос-

•joит из зпкуршоП система, электронного епзктронэтра ггетпстгб" кьг. с а то mos н мздуллдпснгго Я систем«: счётз я накоплен ¡5.1 отд or.ViV.z охак?ргнов, сслрязокиоЯ с ксжьатором тала "Эагктрояква Д 3-23' ( р'лс. I ).

ЭАП

?;:с. I. C:t3;*D онсяэргуадажяьной усггиззкя для Hccr2;v>??---r*r5 рзссехшл элсясграоз ка корсальтг? и Г'-этз сг^ : а сот,* ах.

Ззкууикая система содержит два паромасяянкия насоса, нспгт* сЬставованны с хэизрзЗ йокрктой кркопакздья. Суунаргая скорость откачки вакуумних насосов 3000 л/с, что позволило с примензн::?:; систеиц целей создать в области генерации нзтастабидсй остатс^:-ний вакуум I'I0~® Topp и I'IO"^ Topp з ггеагерг столкнобзний. Дл-пэлучеиия пучков атомаэ использован металлический »'логокзилль-

ный формирователь с числом каналов равный 100 и диаметром 10 ийм. '

Электронны'? спектрометр кетастабильных атомов состоит из источника кетастабилей, электростатического йильтра заряженных частиц к эднокаскадного 127 - градусного электронного спектрометра.

¿,ля генерации метастабильных атомов использовалась электронная пупка - состоящая из оксидного катода, трёх плоских электродов с ксллидирующими насадками и приемника электронов типа улитки - 2). Тон пучка электронов регулировался от 10" ° до А в интервале энергий ( I г 30 ) эБ с разрешением й^1/2= ^ + ) Электронная пувкй крепится к камере генерации, в нижней части которой расположен конденсатор для улавливания заряженных частиц - ( С ) и коллиматор - ( Ь ) .

чудкокаскадный 127 -градусный электронны;*' спектрометр содержит юнсхроматор - ( ) для получения монокинетичных электронов, и анализатор - ( А >, установленный под углом &Э° к пучку медленных электронов. Средний радиус каждого из селекторов равен

км ЬЬнохрэматор работает в следующей режиме: энергия медленных электронов ( 0.01 ~ 100 ) эВ, ток пучка на коллектор -

- (о ) равен ( Ю-" г Ю~°) А, разрешение - ^ 0,1 г

- !,£"> эВ.' Анализатор работал в условиях постоянного разреае-

Сканирование спектров происходило за счет ступенчатого изменения потенциала входной диафрагмы анализатора, энергетические разрешение которого в зависимости от задач изменялось б пределах ( 0,07 г 1,2 ) зВ, а угловое составляло около ^3°. Укень-пание глияния внешнего кагнитного поля осуществлялось пермвллое-е-1-' экраном, который расположен в вакуумной камере.-

для регистрации тока рассеянных электронов на метастабильных атомах бшш разработана и изготовлена модуляционная система счёта к накопления сигнала., Система регистрации содержит вторичный электронный умноЕитель - ( ВЭУ-б ), предварительный усилитель- { Ш ), усилитель-дискриминатор - ( УД ), интенсиыетр - ( И ), к интегратор, параллельно которому подключался двухкаэрдинатныГ-самописец. Этот канал регистрации использовался для'настройки электронного спектрометра при записи спектров потерь энергии электронов для. атомов", находящихся в основном состоянии.

С зихода Та обработанные импульсы поступали в электронио--вычислительпсе устройство - С ЭВ7 ). Скорость обработки сигнала в ЭВ7 задавал импульсных генератор - ( Г 5-54 ). Прямоугольные импульсы от генератора подавались на модуль управления ЭВ", который запускал модуляторы -(Н^ЭкС^), и усиленные импульсы поступали на первка электрод пукки -П^- я конохрематора -

- И. Блоки модуляции работал;! на частотах от 10 Гц до Ю кГц с амплитуда?.!',; до 100 в. Тронта нарастания и спада импульсов вырезались з ЗВ7, а разделение полезного сигнала и суммарного '5о::з осуществлялось з арифметическом модуле ЗВ7 при многократном повторении циклов модуляции С минимум 8 циклов, максимум 8192 никла ) для задание?, энергии развёртки спектра. Бремя накопления однс.1 точки кривой спектра достигало до 30 минут. Конечный результат заданного цикла накопления сигнала поступал э модуль памяти ЭЗУ и через цкфро-аналогсвиЗ преобразователь - ( ЦЛЯ )

на графопостроитель. Этот канал "регистрации использовался для кастрсЯки модуляторов по получения электронных спектрсз ог ке-тастабильчь-х атомов. Ланнне одного цикла с модуля памяти ЗВ7 псотупаэт через интерфейс з компьютер "Электроника Л 3-2-3", развёртку электронного спектра с минимальным пагом С,01 зЕ осуществлял программируемы!! источник ступенчатого напряжения -

- ( П7.0Н ), управляемы,! ксмпьптсрси, который та:с;ге суимпрозад сигнал з.:г:ктропа!;х спектров от нссксльг.нг. проходов и

ого методами статисткчзекоЗ обработки, С::ончательпиГ; екгйтр пз-рзсыдался на храпение з накопитель на кагнитнсЯ ленте - С П:1Л выдавался в виде таблицы цгЗропечатасг.пм устройством - ( ПП7 ) и выводился б виде графика чераз ак'прсаналоговый ярзобразсиа-тель - С ПАП ) на графопостроитель - ( ГРАФ ). Управлявшие программы эксперимента па линии с компьютерен и программы обработки данных построзны по модульному принципу-в маспнншс кодах, которые загружается через накопитель па кагнитнсЯ ленте ъ диалоговом режиме через клавиатуру дисплея - ( ДИСПЛ ).

Методика проведения эксперимента по измерении электронных спектров состояла кз следугамх зтапоз: получение высокого' вакуума от системы транспортировки инертного газа до камеры столкновения, термическая очистка и обезгашЕакие вакуумной камеры, настройка 127 - градусного электронного спектрометра я геперирушея

пушки, напуск исследуемого газа и настройка системы регистрации с записью спектра потерь энергии электронов от нормальных атомов, настройка модуляционной системы накопления с управлением от ком-пьвтера и проведение измерений ^энергетических спектров ызтастабильных атомов. Для проверки работоспособности экспериментальной установки были проведены следующие измерения: спектры потерь.энергии электронов на атомах Не в диапазоне энергий ( 8 т 50 ) эВ, энергетические зависимости дифференциальных сечений рассеяния электронов на атомах гелия до порога ионизации. Хорошая воспро-' иэеодимость результатов и согласие с результатами других авторов позволили заклвчять,•что созданная установка соответствует основным требованиям эксперимента и позволяет получать достоверные данные.

2. Экспериментальная установка по определению энергетической зависимости абсолютных значений-ЗСУВР является модернизацией установки работы [ь] . Изменениям подверглись вакуумная камера и трёхканальный электронный прибор ( ТЭП ), которые изготовлены из нержавеющей и немагнитной"стали 1Х18Н9Г. ТЭП содержит: многоканальный формирователь атомного пучка, две антипараллельные электронные пушки, энергоанализатор с однородным задерживающим полем, детектор метастабильных атомов.и фильтры для улавливания заряженных частиц.

Для измерения тока сверхупруга рассеянных электронов и токов вторичных электронов, выбиваемых с металлической поверхности, использовались электрометрические усилители типа ВК 2-16 и У 6-6 соответственно. Развёртка-тормозящего потенциала энергоанализатора с однородным задерживающим полем производилась источником линейного напряжения, что позволило автоматизировать запись сигнала на пишущий прибор при непосредственной калибровке абсолютного значения величины тока электрометра. Были приняты тщательные меры для уменьшения помех при измерении малых токов: применены парные коллекторы с системой охранных электродов, экранированы все набели, как внутри, тек и вне вакуумной камеры, питание электродов ТЭП-е производилось непосредственно от анодных батарей без делителей и т.д.

Отработка методики измерений токовых параметров для определения абсолютных значений ЭСУВР производилось на атомах гелия. Хоро-

Е5Я ВССПрОКЗЗОДХМОСТЬ раЗуЛЬТЛТОВ ПОЗВОЛИЛО 32лЛГ'"::?Ъ, что пучка ес л установка ссатзотстзусг.. трсйовл:!над сггспср-атачгоз к позволяй? пояучзсь достоверные дйшпэ.

3. Экспериментальная устгносяа для кгучзяйз злектрохкютл-чсскшс херахторястак плссма была аязяопгага использоедяпсй п работе [ 7J . Разряднзл трубна содаргкт кслхспалъпо рлсдоло-езтяшз электроды. Внутрокниз д1:й:лгтра катода и анода разни 12 г.м н 9 ка соответственно, длина активной зона разряда состги-ллгт 15 см, диемзгр зондов - 0,02 ма. Измерение второй производной тока на зонд для опроделшшя элсктрокииатичзскнх характеристик плазш отрицательного гяезирго свечения проводилось игтодом 1.юд/лкцйя синусоидой. Концентрация электронов и функция распределения электронов па знергилм вычислялись нэ ЗЕУ типа БЭСМ - 4. ^

В третьей глзео иглэюти результаты аютхненкых зяспэрнггэн-тов и дзна кх фггкчэскэя интерпретация. В частности, проведено обсугдснкз:

1) электронных спехтроз при расселили электронов на нормальны:: и ютасгабвпьяцзс атомах дознана, а тагслз зкгртзягеэекях зависимостей дяЗфергпциальнкс сечений ресселкия злектронов на атомах ксенона» находящихся в различных квагггсшсс сосгоякяпх ;

2) расчётов ш апраделенпэ гбсалктксх значзш:й ЭСУЕР обоих кетастсбялылгх уровней ете?.-:з г:с.';::с;:а ;

3) функции распределения егзатронов■по энергией в отряцаталь-ном тлеющем свечении в гелнасой, азотяой' я озото-гелиевой разрядкой плаз«:з;

4) расчзгов пзгрссноскгй шкквйагаас екс0грз;ея5ГО2.

I. Эксперимента до рассеяга эдз:;трзнов кв-агокек,- находящихся б основном со столпи!, проз оделись прд токе конохронаворз 10"*® А и полной пд!рияз ка половине епспты упругого пика равном

= ^ измэрзкных сдактрах гнергетичзскях потерь

электронов для атока ксенона обнаружена упругий пик и группа дискретных линий, у которых интенсивность пиков сильно кеаяотся от энергии из-за резонансных эффектов. В энергетической зависимости дифференциального сечения упругого рассеяния элентроноз

на атоках ксенона обнаруг.зн глубокий шшкмум в области 0,51 эБ, снсргстическое полоагние которого соответствует Раизаурспзку ыини-муг.у. В ди1>$бренщ:алън11л сечениях возбуждения уровней атома Хо с ¡v = 6 обнаружен целый ряд резонансных особенностей, проявляющихся в екле максимумов, ииникумов и их чередования.

С энергетическим разрешение« 0,5 эВ при токе *:<;нохронатсра

10"^ Á и интервале энергий электронного пучка ( 10 т 50 ) 3S исследованы электронные спсктры метастабплыкдс стонов ксенона. Но рис. 2 приведён характерна спектр энергетических потерь электгонов от иетестабилеЯ ксенона.

. , '1L,; л..

ио

80

чО

с-30*

Л

г ч б

ty, эВ

8 (О С

гнс. С. Энергетический спектр электронов, рассеянных на ыестабильных атомах Хе ( б*^ q Разброс экспериментальных точек кэ-за сума примерно равен величине сигнала. Поэтому на рис.2 приведена силосная результирующая кривая, которая получана иетодоы цифровой фильтрации участков спектра пэ пяти точек с целью отделения истинного сигнала'от обечного статистического пума. Полученный спектр расшифрован следуклкм образом."Лилия, приходовался на коль"энергии, .соответствует упругому рассеяния электронов ка метастабильных атомах ксенона. Максимум, находящийся при энергии >8 эБ. соответству-

;ои

о

ч

3 I

вт сверхупругому столкновении: Хо(6 д) + е - Хе(5 + е.

Другие процессы не наблюдались.

Эксперименты, проведенные при больших энергиях пучка электронов,показывает, что наблсдается значительное уменьшение сигнала с увеличением энергии, что связано с обцей эакононерностьв в поведении сечений сверхупругих процессов для таких переходов ^8}. Ешо установлено, что с улучшением монокинетичности медленных электронов выделяется такие линия от ступенчатого процесса в энергетическом спектре метастабильных атомов.

Энергетические зависимости ЗСУВР нетастсбильных уровней зтома 'ксенона измерены с помощью эноргоанализатора типа однородного зздерпивесщего поля. С этой целью снимались кривые тортго-пения при различных энергиях медленных электронов, когда через эквипотенциальное пространство второй кчыеры ТЭП-а пропускался пучок стоков, содерзащий метастабили. В ксеноне были проведены опыты по рассеянии электронов на цетастабильншс атомах ХеСб^Р^), которые генерировались электронной пупкой в первой камере. В этом случае взаимосвязь мегду током ударов второго рода - ¿^ и абсолЕтнкм З^УЗР метастабильного уровня ХеС&Т^) ~ о^ ике-ет вид: ) = 2 / (1)

где 1М- ток бомбардирующих электронов во- второй ксмере, ¡-{ - ток вторично?. эмиссии электронов, сбиваемых с детектора под действием иетастабильных атоноз, ? - по стоящая велпчинз для

о

данных ус^ОБнГ' эксперимента, имеещая размерность (А с;. ).

Поскольку кривая ¿0А/* вопроизводит энергетическую гззиси-:/зстъ сечения девозбуздения, то уравнение (I) с учгтоц тока ¿^ и величины г позволяет определить абсолютное значение ЗСУВР уетзетабпльнсго уровня Хе(б°?2^ от энергии электронов, которое приведено в таблице.

Для'спгеделения ЭСУБР верхнего кстастабильного состояния ато->/а Хе(5*',р0) применен этот хе иетод. При этом осуществля-

лось возбуждение эсех четырёх нижних уровней атота ксенона. В основу расчётов положены выражения, характеризующие взаимосвязь суммарного тока от удзров второго рода с ЭСУБ? отдельных уровней и суммарного тока вторичных электровоз с концентрацией иетаегэбильных атомов,• Для' каждого мзтастабильного уровня дополнительно составлялось уравнение стационарности я соотносенке

-и-,

ЕлзЗнг и Рсссзлакда. При выводе •рорнул было сделано пргдполопз-кге, что нетасгсбильЕыс уровни меиду собой не взаикодеЗстБув?.. Каскадные переходи к вторичные процессы не учитывались.

Реиенсе песта уравнений сводится к решению биквадратных уравнений, из которых легко определить Ввиду громоздкости самого варане ния для ЭСУВР оно здесь не приводится. На основании экспериментальных кривкх ¿^г определена энергетическая зависимость ЭСУВР для верхнего-метастабпльногр уровня. В табл. представлены результаты расчётов абсолютных ЭСУТЗР для метаста-бильннх уровней атома Хе(6%2) и ХеСб^Рд). В этоГ: таблице для сравнения показана результаты по абсолютный значениям ЗСУБР, полученные из измерений в газоразрядной плазме в работах зJ.

Таблица

ХеСб3Р2) + е - Хе(д) + е* Хе(б3Р0) + е - Хе(5]30) +. е

^ 22 х Ю17 см2 *р 01 х Ю17 см2

Е, зВ Данная работа Данная работа

0,12 6,0

0,2- 1,21 4,9

0,4 * .3,0

0,5 0,3 6 2,2 5,1

1,0 2,4 1.17 . 3,5

1,5 1,9 4,5

2,5 1,8 4,4

3,5 1.9 4.Э

4,5 1,8 3,7

5,5 1,6 2,7

6,5 1,4 1.9

Сопоставление наяих результатов для уровня ХеСб^Ро) с ялазкея-

икми данными показывает, что мекду ними имеется расхоядение в пределах интервала абсолютных ояибок равных (IB - 2Ъ)% для пучковых экспериментов по определение абсолютных значений ЭСУВБ обоих метасгабильных уровней атока ксенона.

Анелиз хода кривых энергетических зависимостей ЭСУВР обоих кетастабильных уровней выявил следующие закономерности. Зависимость сечения девезбукдения от энергии при Е<!.1,0 эВ прямо пропорционально энергии медленных электронов, оатем, начиная с Е~1,0 эВ и до~4 эВ сечение девозбукдения от энергии пропорционально Е , что согласуется с выводами теоретической работы [в].

3. Сверхупругие процессы исследовались также и по анализу структурных изменений на функциях распределения электронов по энергиям в отрицательном тлеосем свечении, разрядной плазмы в полой катоде в гелии, азоте и смеси fie+z/g. Интервал давлений был (3 т б) Topp. Сила разрядного тока изменялась от 5 мА до бС мЛ. Основное изменения функции распределение электронов по энергиям обнаруживаются в области (2 т 30) зВ.

3 гелиевой пласие отрицательного тлеющего свечения.подтвердилось, что энергетический спектр имеет характерный структурный, вид, как и v плазме послесвечения [2]. Установлено, как и-в работе [2] , что дополнительные максимумы при энергии 15 эБ и 20 эВ обусловлены ионизацией Ленинга и ударами зторого рода электронов с метастабклями. Еа рис. 3 приведены функции распределения электронов пс энергиям в азоте и смеси азота и гелия. Обнаружены следующие закономерности. Небольшая добавка азота к гели г. приводит к изменение высокоэнергетической части электронного спектра: исчезает дополнительный максимум, наблюдаемый в • гели;*, при 15 эВ. Увеличение давления азота до 5 Topp приводит к появлению сильного провала в области 2,5 эЗ к наблюдается четко обозначенный максимум на кривой энергетического спектра при "6 эВ. Усыль электронов на функции распределения электронов по энергиям б азоте при 2,5 эВ обусловлена процессом неупрутах ударов первого .рода электронов с возбуждением нижних колебательных ссстсянкГ! основного электронного уровня:

4 (К w) ♦ е - ^ (Ж Ь е .

Рис. 3. Функции распределения электронов по энергиям з отрицательном тлеЕсем свечении при Лг„3 = 30 кА: I - = 3 Торр, 2 - ?Нечл,2= 0.1 ^г.'э Торр.

Появление максимума на энергетическом спектре при энергии зЗ мсуно объяснить слздувд'м пхоцеосом: *

"¿(А**:)

который характеризует сверхупругсе столкновение метаетебхдек медбку.м" азота в состоянии л с ксывшшхг злоптрснамм.

В конце главы проанализированы и расчзташ погрепнсстн пучковых к зондобех измерений.

в а в о д и

1, Разработана, изготовлена' и введена в действие мнегецзле-вая экспериментальная установка для исследования процессов рассеяния электронов на атомах, находящихся в различных квантовых состояниях методом пересекающихся пучков.

2. Усовершенствована методика исследования сверхупругпх процессов, в основу которой полонено сочетание метода электронной спектроскопии и импульсной модуляции пересекагцихся пучков -с накоплением и обработкой сигнала в мнгж-ОВМ "Электрокика Д 3-28"

в ренине реального времени,

3. Впервые проведены измерения энергетического спектра сверхупругого рассеяния электрспов на нижних метастаспльнкх состояниях атс"д ксенона .

А, ¡'сследсваны энергетические задксикости дифференциальных с о г1 s;! II л рассеяния электронов из атомах ксекска, находящихся г различных кезнтсвых состояниях, В энергетических зависимостях дифференциального сечения упругого и неупругого рассеяния электронов а темах ксенона сСкарухена резонансная структура, которая хергас коррелирует с особенностями на сечениях возбуждения ретзетесильквх атс-нсз и оптических функциях возбуждения. Это сведетедъетгует с кнсгеканальнссти распада состояний отряда- • те иных vснов атомов ксенона.

5. Методе»' ударов второго рода с помосьс трёхканального Электр спacre прибора впервые измерены сечения девозбуздения метаста-бильних ургвней атсма ХеСб^) и ХеСб^ (р в энергетическом интервале (0,5 f 6,5) зБ. На энергетической зависимости ЭСУВР ме-ГЕСтабильних состояния атояа Хе(б^р£ (Р обнаружена структура, еОуслорленная образованием к распадом кероткохизумго, состояния отрицательного иона ксенона.,

S. Предложена физическая модель, на основе которой вычислены асеелгтнке значения ЭСУБР медленных электгонов с метастабильнь-

о -5 "

mi*, уровнями Хе(б Pg) и Хе(6 Fq) в энергетическом интервале

С С 5 - 5Ni эВ

7, Впервые 'исследсзаны функции распределения электронов ас снергияи методом второй производной тока на "зонд в азотной и згсто-гсдаезея пгаэве отрицательного тлеющего свечения. По сттуитуте па энергетическом спектре в азоте впервые выделен "г:-г::упруги:; процесс.

tcnosnce содержание диссертации опубликовано в следуссих

1. Сслдатсз А.Н., Ссро:-:кн Г.'!. Электрические параметры азотнсК плаг-ь- // Сп«жттсскспип и её применение,- Красноярск, IS74.—

^ Т5 ■ ■

2. Сс:дат:в Л.К., Середин Г.М. О структурном характере энерге-7йч?сг.сгс спектра элсктрснсз-в асстно- гелиевой плазме // Изв.

вузов. Сар. fes3ißta-.-IS76.- » б.-С. 156 - 133. 2. Солдатаs Ä.H., Сороки! Г.LI. Иседодзвааке эдзхтро:з;::ст;1ч:.-ских :сара::гзр::з1;.л s азотной плаз« // Кетастабняьшз со стояния атомов и молзкул и ыетоды кх исследования / Чуваш, ун-т. - Чебоксары, 1977. -С. 118 - 123.

4. Короткое А.й.,Левченко Ы.А., Сорокой Г.IL. Исследование ударов второго род- мзяду иетастабильнкыи атоыачи Хе и медленными электронами // Тез.докл. У11 ШСЗАС. - Петрозаводск,1978. .Ч. I. - С.52.

5. Ленчгнко, М.А., Прилзааева H.A., Сорокин ГЛ., Алексеев В.Г. Измерение функции девозбуждения метасгабильного уровня Хе(б°?2^// Ивтастабильнне состояния атомов и молекул и катоды их исследования / Чувал, ун-т. - Чебоксары, 1979. - С. 93 - 100.

6. Сорокин Г.М., Нитрэхин Л.К. Измерение функции девозбуадения ыатас.табильных уровней Кх-(53Р0) и Хе(б3Р0 ) // Мета стабильные состояния атоетв и иолекул и методу их исследования / Чузал. ун-т. - Чебоксар:, ISS0. - С. IS6-200.

7. Корс-гков А.И., 1Ьтрэ:аш Л.К., Праяакаева H.A., Сорокин ГЛ. йссл-г-дованке сверкуяругк; процессов пел столкновении кгдден:-::.-;; orsKTpciiOB о атскаХе в состояниях %>2 и 3pQ ^ Тез.докл. ЛИ ЕКЭАС. - Л., IS9I. - С^ 199.

8. Короткое А.К., Петров H.H., Сорокин ГЛ. Определенна коофр-цглтоз смиссяи олоктронов, испускаегазс с поверхности иаталлов дед дэйс£й:ге^ ке-гаегабилыссс stüüoe // Еторжасд nan::^: в j:ck-ио-фотенная ваи с с ня - Харьков, 1933. - С. 253 - £55.

9. Сорокин ГЛ., Ннтрахкн Л.Е.,'Ясосдевцйз A.B. и др. Спектр рассзжяая одзктронов на „^гастаоилыад егозах Хс //,Э.:::-.;с::тар-кьга процассы при атомных схолдноггакях / Чуь«г. ул-д. - Чебакси-pu, 1534. ~ С. 103- 107.

10. Короткое А.И., Ыагргзин Л .К., Сорокин Г.М. Оптичосхке мзте-дн диагностика основных параметров иизяйтеипературкэй газоразрядной плазнн: Спец. фаз. пракг.»ууи / Чувал, ун-т. - Чгбоксари, 1934. - 75 с.

11. Сорокин ГЛ., Мктрюхин Л.К., Короткоа А.Я. к др. Производные электронных^спектров атоиэв инертных газов. Ксексн // Элементарные процессы ври столкновении заряаенных и каЛгралькых атомных частиц / Чуваш, ун-т. - Чебоксары. IS55. - С. IC6 -

12. Сорокин Г.М., Митрсхин Л.К., Ярославцев A.B. и др. Рассеяние »'.едленных электронов на метастабильньпс агорах в системе "плазма-пучок" // Элементарные процессы при столкновении заряженных и нейтральных атомных частиц / Чувап. ун-т. - Чебоксары, 1935. - С. 60 - 65.

13. Коротков Л.К., ¡¿итрвхин Д.К., Сорокин Г.М. Исследование-взаимодействия пучков нетастабильных атомов Не и DTT. - Тез. докл. У III Всесоюзной конференции. Взаимодействие атоыных частиц с ТЕёрдьш телом. И.: 1987. - .Т. 3. - С. 79 - 80.

14. Коротков А.И., Митрюхин JI.K., Сорокин Г.М. Дифференциальные сечения рассеяния медленных электронов на атомах ксенона. - Тез. докл. X ВК ЭЛС. - Ужгород, 1988. - 4.1. - С. 18. '

15. Измерение функций возбуждения нижних кетастабильных состояний атома Хе электронным ударом / Коротков А.И., Митрвхин Л.К., Петров К.И., Сорокин Г.М. // Опт. и спектр. - 1988. - Т. 64. -Вцп. 2. - С. 294 - 299.

16. Коротков А.И., Мктрихш J1.K., Сорокин Г.М. Дифференциальное сечения околопорогового возбуждения электронным ударом нижних уровней атомов аргона и ксенона // Низкотемпературная плазма при горении / Чуваш, ун-т. - Чебоксары, 1989. - С. 130 - 131.

17. Сорокин Г.М. Исследование рассеяния медленных элвктронов на метастабильных атомах методом электронной спектроскопии. -Чебоксары, 1989. - 12 с. Деп. в БЙШШ 2.01.89, * 17 - В89.

ЛИТЕРАТУРА

1. Колоколов Н. Б. Исследование процессов с участием возбужденных атомов методом плазменной электронной спектроскопии // Химия плазмы.— М.: Атомиздат, 1985. — С. 56—96.

2. Blagoev А. В., Mishonov Т. М„ Popov Т. К. Superelastic collisions between slow electrons and excited Kr and Xe atoms. Possible reaction mechanism for rare-gas atoms // J. Phys. В.: Atom. Molec. Phys.— 1984.— V. 17.—№ 3, —P. 435—441.

3. Евтушенко Г. С. Определение сечения девозбуждения метастабилей ксенона по структуре функции распределения электронов по энергиям // Изв. вузов. Сер. физ. — 1981.—№ 2. —С. 85—88.

4. Hall R. 1., Trajmar S. Scattering of 4.5 eV electrons by ground (X^'ZJ) state and metastable (clAff) oxygen molecules // J. Phys. В.: Atom. Molec. Phys. — 1975. — V. 8. —№ 12. —P. L 293 —L 296.

5. Hertel 1. V., Stoll W. Collision experiments with laser excited atoms in crossed beams // Adv. Atom. Molec. Phys.—1977.—V. 13. —P. 113—228.

6. Коротков А. И. Определение атомных констант из опытов по релаксации метастабильных атомов на поверхности металла // Метастабиль-ные состояния атомов н молекул и методы их исследования / Чуваш, ун-т. — Чебоксары, 1979. — С. 3—40.

7. Солдатов А. Н., Климкин В. М., Муравьев И. И., Гуляев Ю. Н. О влиянии неупругих столкновений электронов с атомами на распределение электронов в разряде с полым катодом // Изв. вузов. Сер. физ. — 1970. — №6. — С. 149—153.

8. Фабрикант В. А. Вероятность ударов второго рода между атомами и свободными электронами // Докл. АН СССР. — 1937. — Т. 17.—Л» 5.— С. 245—246.

Подписано к печати 24.09.90. Формат 60x84/16. Объем 1 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 1274. Тип. ЧГУ.