Исследование неупругих электрон-атомных и электрон-молекулярных столкновений методами оптической спектроскопии и протяженных пересекающихся пучков тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

1 о -и г;?

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИИ ИНСТИТУТ (Технический университет)

На правах рукопис]

СМИРНОВ ЮРИЙ МИХАИЛОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕУПРУГИХ ЭЛЕКТРОН-АТОМНЫХ И ЭЛЕКТРОН-МОЛЕКУЛЯРНЫХ СТОЛКНОВЕНИИ МЕТОДАМИ ОПТИЧЕСКОИ СПЕКТРОСКОПИИ И ПРОТЯЖЕННЫХ ПЕРЕСЕКАЮЩИХСЯ ПУЧКОВ

Специальность 01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва-1998

Работа выполнена в Московском энергетическом институте (техническом университете)

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук, профессор Иванов В.К.

Доктор физико-математических наук, профессор Ключарёв А Н.

Доктор физико-математических наук, вед. научн. сотр. Логинов A.B.

Ведущая организация

Физико-технический институт РАН

Защита состоится $ ? О'/_1998 года в ( Т час, на заседании

диссертационного совета Д 105.01.01. ВНЦ " ГОИ им. С.И.Вавилова" (199034, Санкт-Петербург, Биржевая линия, дом 12).

0) 3 ¡/7f

Автореферат разослан 'X Я- _1997 года

Учёный секретарь диссертационного совета ВИЦ "ГОИ им. С.И.Вавилова" доктор технических наук, профессор

А.И.Степанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Исследования в области физики газового разряда, а также квантовотеоретическое рассмотрение столкновений между частицами привели в конце 20-х годов нашего столетия к возникновению новой ветви физической науки: физики электронных и атомных (молекулярных) столкновений. При этом теоретические и экспериментальные исследования развивались параллельно, взаимно дополняя и обогащая друг друга.

В изучении электрон-атомных и электрон-молекулярных столкновений могут быть выделены два основных аспекта: I) постоянный интерес человечества к структуре и свойствам материи в ее различных формах - общенаучный аспект; 2) необходимость информации о количественных характеристиках процессов столкновений для решения задач физики плазмы - прикладной аспект. В практике изучения процессов столкновений эти два аспекта фактически всегда сосуществуют. Актуальность исследования процессов столкновений имеет постоянную составляющую, связанную с общенаучным (фундаментальным) аспектом, и переменную, зависящую от темпов научно-технического развития в различных областях прикладных наук и от постановки конкретных решаемых ими задач.

В настоящее время приложения физики плазмы в таких важных областях, как астрофизика, физика верхней атмосферы, электрометаллургия и электротехнология, разработка специальных источников света, лазерная техника, энергетика, плазмохимия и др. настоятельно требуют прогресса в области математического моделирования плазменных объектов, поскольку при изучении естественной и лабораторной плазмы этот метод относится к числу наиболее перспективных. С появлением сверхбыстродействующих ЭВМ нового поколения такие факторы, как быстрота действия и объем памяти, уже не сдерживают развитие математического моделирования; сейчас основным сдерживающим фактором становится дефицит справочных данных об атомных константах, характеризующих процессы столкновений.

Существуют обширные справочники, необходимые для отождествления атомных и молекулярных спектров, то есть решения

задач физики плазмы, имеющих качественный характер. Однако при решении задач количественного характера на Сазе информации, получаемой методами оптической спектроскопии, аналогичная справочная литература почти отсутствует: существует лишь один справочник по сечениям возбуждения, сопоставимый по детальности информации со спектроскопическими справочниками. Результаты других работ по исследованию неупругих столкновений не имеют систематического характера, так как получаются в весьма малых объемах на различных установках по различным методикам измерений, в результате чего не могут быть устранены индивидуальные ошибки. Именно проведение систематических исследований для максимально широкого круга объектов на одной экспериментальной установке по унифицированной методике измерений является актуальнейшей задачей исследований в области электрон-атомных и электрон-молекулярных столкновений. Результаты таких исследований могут стать основой для изучения закономерностей в поведении сечений возбуждения, а также фундаментальных причин появления этих закономерностей. Цели работы заключаются в создании универсального метода измерений сечений неупругих столкновений медленных электронов с атомами и молекулами и проведении систематических исследований с использованием этого метода. Создание такого метода явлется необходимым этапом работы, поскольку наиболее эффективный из существующих - метод пересекающихся пучков - имеет сравнительно низкую информативность. Кроме того, в существующих реализациях установки, предназначенные для использования этого метода, не универсальны и пригодны для проведения исследований с одним или несколькими элементами.

Задачи, решаемые в настоящей работе: I) исследование оптических спектров различных атомов и молекул в газовой фазе при их столкновениях с монокинетичными электронами низких энергий (до ~ 200 эВ); 2) измерение энергетических зависимостей сечений столкновений; 3) изучение возбуждения запрещенных переходов;

4) изучение радиационного распада автоионизационных состояний, возбуждаемых при столкновениях электронов с атомами и молекулами;

5) поиск эмпирических закономерностей в поведении сечений неупругих столкновений; 6) поиск особенностей в поведении сечений

неупругих столкновений. Значительное внимание при выполнении работы было уделено унификации методики исследования и условий проведения эксперимента.

Научная новизна работы. Результаты, представленные в диссертации,

развивают новое направление оптики и спектроскопии, базирующееся на предложенном автором методе протяженных пересекающихся пучков, создающем возможности для придания систематического характера исследованиям неупругих электрон-атомных и электрон-молекулярных столкновений. В соответствии с этапами развития этого направления:

1) Впервые предложен, обоснован и реализован на созданных автором действующих экспериментальных установках метод протяженных пересекающихся пучков.

2) С использованием этого метода впервые измерены сечения возбуждения атомов тридцати трех элементов, включая наиболее трудно испаримые.

3) Значительно (в 5-20 раз) расширен объем ранее имевшейся информации о сечениях возбуждения атомов и ионов двадцати четырех элементов и уточнены результаты ряда предшествующих работ.

4) Почти для всех исследованных элементов впервые изучены процессы возбуждения с одновременной однократной ионизацией.

5) Впервые исследовано возбуждение излучательных переходов, происходящих с нарушением правила отбора по четности.

6) Впервые изучено возбуждение высоколежащих состояний атомов со значениями главного квантового числа вплоть до п = 26.

7) Впервые исследован радиационный распад автоионизационных состояний атомов меда, серебра, алюминия, галлия при их возбуждении пучком монокинетичных электронов.

8) Впервые изучено диссоциативное возбуждение атомов в столкновениях электронов с молекулами мышьяка, сурьмы, селена, теллура.

9) Впервые исследованы неупругие столкновения медленных

; электронов с продуктами испарения ряда трудноиспаримых окислов. 10) Впервые изучены неупругие столкновения медленных электронов с молекулами галогенидов щелочных металлов.

Научная и практическая ценность полученных результатов. Созданный автором метод протяженных пересекающихся пучков доказал свою эффективность при исследовании неупругих электрон-атомных' и электрон-молекулярных столкновений. Он может быть использован при систематических измерениях сечений неупругих столкновений для всех стабильных элементов таблицы Д.И.Менделеева, а также для различных типов простых молекул. Полученные в работе результаты имеют фундаментальный характер и позволяют глубже понять природу и особенности электрон-атомных и электрон-молекулярных столкновений, а также возможные механизмы плазмохимических реакций. При их подробном анализе могут быть установлены эмпирические закономерности в поведении сечений неупругих столкновений; такие закономерности частично обнаружены в настоящей работе.

Установленные закономерности и фактическая информация, полученная в настоящей работе, могут быть использованы:

1) при создании баз и банков данных по атомным константам;

2) при сопоставлении с результатами теоретических расчетов атомных констант;

3) при анализе спектров и построении моделей астрофизических объектов;

4) при построении математических моделей плазмы природных и лабораторных объектов;

5) при разработке газоразрядных лазеров с различными активными средами;

6) при разработке плазмохимических реакторов и оптимизации режимов их работы;

7) при создании газоразрядных источников излучения специального назначения;

8) при решении задач диагностики плазмы электрометаллургических и электротехнологических установок;

9) при теоретическом анализе физических причин регулярного и нерегулярного поведения сечений.

Основные положения, выносимые на защиту. I. Предложение и обоснование метода протяженных пересекающихся пучков.

2. Создание экспериментальных установок, работающих с использованием этого метода.

3. Получение фактического экспериментального материала о сечениях возбуждения атомов пятидесяти семи элементов электронным ударом.

4. Результаты исследования возбуждения запрещенных излучательных переходов между состояниями одинаковой четности.

5. Результаты изучения радиационного распада автоионизационных состояний атомов меди, серебра, алюминия, галлия при их возбуждении пучком монокинетичных электронов.

6. Результаты исследования возбуждения высоколежащих состояний ряда атомов со значениями главного квантового числа вплоть до п = 26 и получение сериальных закономерностей на основе этих результатов.

7. Обнаружение нерегулярного поведения сечений и оптических функций возбуждения в некоторых сериях атомов кальция, алюминия и ксенона, вызванного действием возмущений.

8. Результаты исследования неупругих столкновений электронов с молекулами мышьяка, сурьмы, селена, теллура.

9. Результаты изучения особенностей неупругих столкновений электронов с молекулами окислов.

10. Результаты исследования неупругих столкновений электронов с

молекулами галогенидов щелочных металлов. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на III Всесоюзном совещании "Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов" (1979 г., Москва); III Всесоюзном семинаре по вопросам физики электронных столкновений (1980 г., Ужгород); VIII Всесоюзной конференции но генераторам низкотемпературной плазмы (1980 г., Новосибирск); X Сибирском совещании по спектроскопии (1981 г., Томск); VIII, IX, X, XI Всесоюзных конференциях по физике электронных и атомных столкновений (Г981 г., Ленинград; 1984 г., Рига; 1988 г., Ужгород; 1991 г., Чебоксары); I, II, III, IV, V Всесоюзных совещаниях "Атомные данные для астрофизики" (1983 г., Тыравере; 1985 г., Научный; 1988г., Молетай; 1991 г., Санкт-Петербург; 1993 г.,

Санкт-Петербург); специализированном семинаре "Актуальные вопросы физики электронных столкновений" (1983 г., Ужгород); XX Всесоюзном съезде по спектроскопии (1988 г., Киев); Третьем Всесоюзном совещании "Квантовая метрология и фундаментальные физические константы (1988 г., Ленинград); совещании секции "Физико-химические свойства вещества" Совета АН СССР по комплексной проблеме "Математическое моделирование (1989 г., Звенигород); Всесоюзном семинаре "Получение, исследование и применение низкотемпературной плазмы" (1989 г., Москва); рабочем совещании "Автоматизированные банки атомных данных для физики ^высокотемпературной плазмы и астрофизики" (1989 г., Менделеево); X, XI Всесоюзных конференциях "Динамика разреженных газов" (1989 г., Москва; 1991 г., Ленинград); X, XI Всесоюзных конференциях по теории атомов и атомных спектров (1989 г., Томск; 1991 г., Суздаль); Всесоюзном семинаре "Физика и химия обработки материалов концентрированными потоками энергии" (1989 г., Москва); VIII Всесоюзной школе по физике электронных и атомных столкновений (1990 г., Туапсе); II Всесоюзном семинаре "Спектроскопия плазмы, процессы ионизации и возбуждения" (1990 г., Ленинград); 22 конференции Европейской группы по атомной спектроскопии (22 EGAS, 1990 г., Уппсала); XI Международной конференции по аналитической атомной спектроскопии (XI CANAS, 1990 г., Москва); 2 Всесоюзном совещании "Базы физико-химических и технологических данных для оптимизации металлургических технологий" (1990 г., Курган); I, II, III, IV семинаре по атомной спектроскопии (1990 г., Ростов-Великий; 1991 г., Суздаль; 1992 г., Черноголовка; 1993 г., Черноголовка);IV Всесоюзном совещании "Автоионизационные явления е атомах" (1990 г., Москва); III Всесоюзном семинаре "Процессь ионизации с участием возбужденных атомов" (1991 г., Ленинград); XX Международной конференции по явлениям в ионизованных газах (ICPIC XX, 1991 г., Пиза); I, II Международном симпозиуме пс теоретической и прикладной плазмохимии (ISTAPC-91, 1991 г., Рига; JSTAPC-95, 1995 г., Плес); Всесоюзном совещании "Моделирование физико-химических систем и технологических процессов в металлургии" (1991 г., Новокузнецк); IV Европейской конференции ш

атомным и молекулярным процессам (IV ЕСAMP, 1992 г., Рига); Международной конференции "Современные проблемы электрометаллургии стали" (1992 г., Челябинск); XXI съезде по спектроскопии (1995 г., Звенигород); V Международном совещании "Автоионизационные явления в атомах".

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 159 работах; список основных работ приведен в конце автореферата. Издана книга: Смирнов Ю.М. Эффективные сечения возбуждения атомов и ионов электронным ударом. / Справочник. -М,, изд-во стандартов. 1989. -265 с. Таблицы результатов автора по измерению сечений возбуждения для атомов и ионов 26 элементов аттестованы Госстандартом СССР в категории "Рекомендуемые справочные данные".

Таблицы,

аттестованные Госстандартом СССР в категории "Рекомендуемые справочные данные" Смирнов Ю.М. Эффективные сечения возбуждения атомов и ионов электронным ударом.

I. Гелий Jí ГСССД PI35-85 от II.II.1985.

II. Неон й ГСССД PI36-85 от II.II.1985.

III. Аргон PI73-86 17.09.1986.

IV. Криптон PI74-85 17.09.1986.

V. Ксенон PI75-86 I7.09.I98S.

VI. Титан Р249-87 18.12.1987.

VII. Хром Р250-87 18.12.1987.

VIII. Марганец P25I-87 18.12.1987.

IX. Железо Р298-88 26.12.1988.

X. Кобальт Р299-88 26.12.1988.

XI. Никель Р300-88 26.12.1988.

XII. Галлий Р353-90 26.03.1990.

XIII. Индий Р354-90 26.03.1990.

XIv: Германий Р355-90 26.03.1990.

XV. Родий Р356-90 26.03.1990.

XVI. Палладий Р357-90 26.03.1990.

XVII. Ниобий Р358-90 26.03.1990.

XVIII. Ванадий

XIX. Медь

Р359-90

Р383-91

Р384-91

Р386-91

Р387-91

Р388-91 '

Р389-91

РЗ90-91

Р391-91

26.03.1990.

29.03.1991. 29.03.1991. 29.03.1991. 29.03.1991. 29.03.1991. 29.03.1991. 29.03.1991. 29.03.1991.

XX. Алюминий

XXI. Иттрий

XXII. Цирконий

XXIII. Олово

XXIV. Свинец

XXV. Висмут

XXVI. Рутений

Личный вклад соискателя. Автору принадлежит решающая роль в выборе направления и цели исследования, разработке и обосновании метода протяженных пересекающихся пучков, создании экспериментальных установок и проведении экспериментов, обработке и представлении результатов. В работах, выполненных в соавторстве, вклад автора состоит в постановке задач, планировании и проведении экспериментов, обработке и представлении результатов. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех основных глав, заключения и списка литературы из 109 наименований. Общий объем диссертации составляет 383 страницы, в том числе 121 рисунок и 81 таблица.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ. Во введении дана общая характеристика работы и отражены ее основные формальные признаки.

В первой главе рассмотрено современное состояние проблеммы экспериментального исследования сечений неупругих электрон-атомных и электрон-молекулярных столкновений, сопровождающихся возникновением оптического излучения.

Спектральный анализ, предложенный в 1859 г. Р.Бунзеном и Г.Кирхгофом, очень быстро получил широкое распространение. Являясь одним из наиболее информативных методов изучения характеристик плазмы, спектральный анализ одновременно имеет важное преимущество бесконтактного метода, не возмущающего состояние исследуемой плазмы. Однако для того, чтобы на основании результатов

спектроскопических наблюдений сделать выводы о состоянии плазмы (о концентрации частиц в различных состояниях, об основных процессах, формирующих состояние плазмы, и т.д.), необходимо знание атомных постоянных, характеризующих вероятности различных элементарных процессов.

К числу основных характеристик процессов столкновений между различными частицами относятся сечения возбуждения атомов и молекул электронным ударом, определяющие эффективность передачи энергии от свободных электронов к внутренним степеням свободы тяжелых частиц. Для большинства атомов таблицы Менделеева теоретический расчет сечений возбуждения пока еще сложен и малонадежен, что является естественным следствием сложности строения их электронных оболочек. Существующие теоретические методы определения сечений возбуждения атомов электронным ударом достаточно разработаны лишь для наиболее простых электронных оболочек; по мере увеличения атомной массы и сопутствующего ему увеличения числа электронов в оболочке начинают проявляться эффекты, учет которых значительно усложняет расчетные методики или делает их совершенно неприменимыми: изменяется характер связи между моментами электронов, появляется смешивание конфигураций, делающее невозможной классификацию в терминах чистых состояний. Расчет параметров смешивания к настоящему времени выполнен сравнительно для немногих атомов и состояний.

Еще более сложная задача - расчет сечений неупругих столкновений электронов с молекулами, поскольку у молекулы появляются дополнительные .степени свободы, связанные с колебательным и вращательным движениями ядер. Уже при низких энергиях электронов (менее 100 эВ) число возможных каналов реакции при столкновении электрона с двух-пятиатомной молекулой становится весьма большим вследствие того, что может происходить разрыв различных связей между тяжелыми частицами в исходной молекуле, т.е. процессы возбуждения или ионизации сочетаются с диссоциацией.

Все вышеизложенное выдвигает на первый план задачу экспериментального определения сечений возбуждения атомов и молекул электронным ударом, которая в настоящее время может быть

решена почти для всех элементов таблицы Менделеева, а также для значительного числа простых молекул. Такая возможность появилась в результате создания метода протяженных пересекающихся пучков, позволившего значительно повысить информативность экспериментов по исследованию неупругих электрон-атомных и электрон-молекулярных столкновений.

Далее в первой главе представлены основные определения и соотношения в задачах неупругого рассеяния частиц, а также дан краткий обзор результатов предшествующих исследований и работ автора.

Опубликовано несколько сотен работ, посвященных непосредственно измерению сечений возбуждения атомов электронным ударом, однако распределение числа работ по элементам таблицы Менделеева крайне неравномерное. Если измерению сечений возбувдения атома гелия посещено свыше ста работ , то для каждого из тяжелых инертных газов, а также для щелочных металлов и ртути соответствующее число работ по крайней мере на порядок меньше. Еще в несколько раз меньше число работ, в которых исследовано возбуждение щелочноземельных атомов, металлов главной подгруппы III группы и некоторых других элементов с невысокими температурами испарения. Работ, в которых измерялись сечения возбуждения атомов элементов с температурами испарения выше 1200 К, до 1980 г. практически не было, хотя такие элементы составляют в таблице Менделеева около половины от общего их числа.

Значительное большинство вышеупомянутых работ выполнены с применением регистрации оптического сигнала по методике, различающейся лишь в малозначительных деталях. При этом с момента появления приоритетных работ Ганле и Шаффернихта и до 1970-х годов почти все работы выполнялись с применением газонаполненной ячейки; метод пересекающихся пучков стал широко распространяться лишь в последние два десятилетия.

Появление в 1982 г. работы /I/ явилось свидетельством того, что экспериментальному исследованию стали доступны не только газы и вещества с высокой упругостью пара, но и наиболее тугоплавкие и труднолетучие металлы с температурами плавления свыше 2500 Кис низкой упругостью паров. В /I/ методом пересекающихся

электронного и атомного пучков с применением регистрации оптического сигнала были измерены сечения возбуждения атома ниобия; несколько позднее на той же установке было изучено возбуждение еще некоторых тугоплавких металлов и, таким образом, доказано, что имеется практическая возможность измерения сечений возбуждения для всех элементов таблицы Менделеева (за исключением радиоактивных).

Наиболее поздний и полный обзор результатов исследования электрон-атомных столкновений содержится в /2/. К сожалению, авторы /2/ дают описание устаревшего варианта метода протяженных ' пересекающихся пучков, который использовался до 1980 г. В течение 1980-83 годов техника и методика исследований методом протяженных пересекающихся пучков были существенно пересмотрены и усовершенствованы. Особенно большое внимание было уделено обоснованию методики и оптимизации условий эксперимента с помощью различных контрольных экспериментов. Основной целью этих усилий было повышение точности и надежности результатов. Изученность сечений возбуждения для атомов различных элементов по состоянию на начало сентября 1995 г. показана на рис.1. Состояние изученности электрон-молекулярных столкновений наиболее всесторонне отражено в обзорах /3,4/; 'Позднейшие обзоры посвящены более частным проблемам.

Неупругие столкновения электронов с продуктами испарения высокотемпературных окислов металлов впервые были исследованы методом протяженных пересекающихся пучков. Результаты получены для У203, ВаО, Ьа203, 5Ю2, А1203 и некоторых других окислов. Также впервые изучены столкновения электронов с молекулами 5еп, БЬ4, Те2 и с молекулами галогенидов щелочных металлов: КВг, 1ЛС1, КС1 и др. Эти эксперименты показали, что метод протяженных пересекающихся пучков позволяет проводить систематические исследования электрон-молекулярных столкновений с целью получения справочных данных, необходимых для развития современной плазмохимии, теории строения молекул и их взаимодействий с медленными электронами. Вторая глава диссертации посвящена детальному обсуждению техники и методики эксперимента, проводимого методами протяженных пересекающихся пучков и оптической спектроскопии, а также

^ [ результаты настоящей работы [\] результаты других исследователей Наличие экспериментальных данных о сечениях Рис.1.

СП ИАП - схема питания источника атомного пучка; СК - система контроля; САР - система автоматического регулирования; СДО - система дифференциальной откачки; ВК - вакуумная камера; ИАП - источник атомного пучка; КАП - коллектор атомного пучка; ИЭП - источник электронного пучка; КЭП - коллектор электронного пучка; СП ИЭП - схема питания источника электронного пучка: ОС оптическая система; СОС - система обработки сигнала; СРС - система регистрации сигнала

контрольных экспериментов и основных источников экспериментальной погрешности.

При измерении сечений возбуждения необходимо создавать такие условия, при которых исследуемый процесс становится доминирующим и поведение реальной системы наиболее близко к теоретической модели процесса столкновения. Важнейшими из этих условий являются: I). Низкая концентрация тяжелых частиц в пространстве столкновений. 2). Низкая плотность тока в пучке возбуждающих электронов. Неизбежным следствием выполнения вышеназванных условий является крайне малая величина сигналов, регистрируемых при исследовании процессов столкновений, вызывающая, в свою очередь, уменьшение объема получаемой информации и снижение ее надежности.

Для преодоления этих негативных факторов автором в 1959 г. создана и в дальнейшем широко использовалась при измерении сечений возбуждения специальная низковольтная электронная пушка, создающая ленточный электронный пучок большой протяженности. Впоследствии в 1974 г. были сконструированы источники широких ленточных атомных пучков, что позволило наряду с методом газонаполненной ячейки использовать метод пересекающихся пучков. Важным преимуществом созданных источников электронного и атомного пучка является значительно большая по сравнению с другими известными системами величина полезного сигнала. Если в традиционном варианте объем области пересечения пучков составляет около 0,1 см3, то в методе протяженных пересекающихся пучков он увеличен до 70 см3.

Общая схема эксперимента представлена на рис.2. В вакуумной камере, откачиваемой системой дифференциальной откачки, расположены источники атомного и электронного " пучков и соответствующие им коллекторы. Для питания обоих источников служат системы питания, полностью расположенные вне вакуумной камеры. Излучение из области пересечения пучков выходит через кварцевые окна в двух различных направлениях и попадает с одной стороны в оптическую систему для выделения нужной спектральной линии, а с другой стороны - в систему контроля режима. Сигналы из оптической системы, системы контроля режима и системы питания источника электронного пучка поступают в систему обработки сигналов, а затем в систему регистрации сигнала. Кроме того, сигнал от системы

контроля режима подается в систему автоматического регулирования, предназначенную для поддержания фиксированного уровня опорного сигнала путем автоматического регулирования режима работы системы питания источника атомного пучка.

Разработанный автором источник электронного пучка, первоначально использованный для изучения столкновений электронов с атомами гелия , представляет собой низковольтную электронную пушку с протяженным оксидным катодом косвенного накала, формирующую ленточный электронный пучок с размерами пространства столкновений около 13 х 30 х 190 мм.

Пучок электронов, эмиттируемых катодом, модулируется по плотности тока прямоугольными импульсами с частотой 830 Гц и скважностью 2 путем подачи напряжения от модулятора на промежуток катод-сетка I. Амплитуда положительного импульса +15 В; в отрицательном полупериоде на сетке I напряжение по отношению к катоду составляет -6 В для увеличения глубины модуляции тока пучка до 100%. Управляемое напряжение, ускоряющее электроны, подается на промежуток катод-сетка 2; оно может изменяться от 0 до 250 эВ или поддерживаться неизменный с точностью 0,05%. Сетка 2 имеет потенциал корпуса установки; такой же потенциал имеет внешний коллектор электронов. Однако потенциал в пространстве столкновений может заметно отличаться от потенциала С-, а и

£ С

стенок камеры из- за наличия в пространстве столкновений объемного заряда электронного пучка; влияние объемного заряда особенно существенно при низких энергиях электронов, когда поле объемного заряда изменяет геометрию пучка, а при дальнейшем уменьшении энергии электронов приводит к практически полному его запиранию.

Коллектор электронов выполнен двойным, причем на внутренний коллектор подан потенциал +15 В по отношению к внешнему. Это способствует эффективному собиранию вторичных и отраженных электронов, не вызывая в то же время нежелательных побочных явлений в пространстве столкновений. Кроме того, в пространстве столкновений параллельно оси катода натянуты с шагом 4 х 4 мм металлические нити диаметром 33 мкм, являющиеся принудительно заданными эквипотенциаля- ми с потенциалом стенок камеры. Такой прием, названный нами квазиэквипотенциализацией, позволил

значительно снизить провисание потенциала в пространстве столкновений и улучшить ход вольтамперной характеристики (ВАХ) в области низких энергий. Естественно, увеличение тока электронного пучка в области низких энергий ведет к соответствующему увеличению оптического сигнала. В то же время атомный и электронный пучки практически не искажаются, так как прозрачность такой системы при ее тщательном монтаже приближается к 98%. Функционирование этой системы подробно рассмотрено в диссертации.

Система регистрации позволяет обрабатывать сигналы и регистрировать их на самопишущих потенциометрах, а также выдавать управляющий сигнал для системы автоматического регулирования режима источника атомного пучка. Канал А используется как рабочий, канал Б - контрольный. Приемниками излучения в обоих каналах являются фотоумножители: в канале Б - ФЭУ-39, а в канале А - ФЭУ-39А или ФЭУ-79, в зависимости от необходимой области спектра.

Относительные значения сечений возбуждения при фиксированной энергии электронов регистрируются на спектрограммах, однако масштаб этих значений в различных областях спектра различный. Для приведения относительных амплитуд пиков на спектрограммах к единому масштабу относительных значений должна быть использована информация о спектральной чувствительности установки.

Методом двух последовательных идентичных монохроматоров измерено спектральное пропускание оптической системы,

смонтированной на измерительном стенде из компонентов, использованных в последувдем в эксперименте, с точным соблюдением их расположения подобно таковому на установке. Пропускание оптической системы измерено для линейно поляризованного излучения с вектором электрического поля, параллельным и перпендикулярным штрихам дифракционной решетки.

Для определения абсолютных значений сечений возбуждения при их измерении оптическим методом обычно заменяют источник исследуемого излучения эталонным источником с известным спектральным распределением интенсивности. Для того, чтобы такая замена была корректной, различия формы излучающих объемов в обоих источниках должны быть минимальными; но даже в этом случае учет

геометрических факторов труден и малонадежен. Не менее существенна возможная неоднородность пространственного распределения излучения, прежде всего в газоразрядных эталонных источниках.

В связи с особенностями геометрии излучающего объема в нашем эксперименте ни один из существующих стандартных эталонных источников не может быть эквивалентной заменой применяемому источнику с пересекающимися пучками. Естественное решение состоит в замене атомов исследуемого вещества в нашем источнике атомами другого вещества, для которого сечения возбуждения некоторых линий известны с достаточно высокой точностью. Наиболее приемлем для использования в качестве эталона гелий, который не проявляет химической активности, имеет хорошо изученный спектр и измеренные с высокой точностью сечения возбуждения /5/. В качестве эталонной может быть использована любая из линий атома гелия, исследованных в /5/.

Если амплитуды пиков на спектрограмме (при одинаковой

чувствительности системы регистрации, т.е. фиксированном усилении

всех каскадов) для линии исследуемого вещества и гелия составляют

Мм и №Не соответственно, то сечение возбуждения линии ди

исследуемого вещества можно определить при помощи соотношения

т)„ 1„ пц Чн = * — * — * — * « • (I)

Н "е Мне "и 1И ПМ

где qHe - сечение возбуждения эталонной линии гелия; т)Не и т)м -чувствительность установки для излучения соответствующих линий; *не и ~ ток электронного пучка при возбуждении гелия и исследуемого вещества; пНе и пи - концентрация атомов гелия и исследуемого вещества. Величина а представляет собой поправочный коэффициент, связанный с различием в пространственном распределении атомов гелия и исследуемого вещества: гелий, возбуждаемый по методу газонаполненной ячейки, имеет одинаковую концентрацию во всем пространстве столкновений, в то время как атомы исследуемого вещества при применении метода пересекающихся пучков имеют концентрацию, изменяющуюся вдоль катода низковольтной электронной пушки и подлежащую измерению в каждом калибровочном эксперименте.

Основные контрольные эксперименты поставлены с целью:

1) определения возможных вариаций коэффициента а в индивидуальных экспериментах;

2) определения распределения плотности тока эмиссии вдоль оси катода;

3) определения роли реабсорбции для наиболее интенсивных линий;

4) определения химического состава напыляеммых пленок;

5) определения роли долгоживущих состояний;

6) определения состава молекулярных пучков.

В третьей главе приведены некоторые результаты, полученные при исследовании электрон-атомных столкновений.

Начиная эту работу, автор планировал проводить тщательный и всесторонний анализ результатов непосредственно после их получения. Однако возникавшие по ходу работы связи и ассоциации оказались столь сложными и обширными, а объем результатов столь велик (табл.1), что их полный анализ и систематизация сейчас невозможны без применения современных ЭВМ и без создания соответствующих программ. Уже проведенный анализ неизбежно оказывается сравнительно поверхностным также и из-за дефицита параллельных теоретических результатов.

Атомы инертных газов относятся к числу объектов, возбуждение которых исследовалось наиболее часто и подробно. Среди них выделяется гелий как атом, который чаще всего используется для тестирования новых экспериментальных установок. Однако, хотя гелий исследовался в десятках экспериментов, до использования метода протяженных пучков изучалось возбуждение низколежащих уровней

с п ^ ю.

Таблица I.

Число измеренных сечений

Группа I о I i I и1ш1 iv I v Ivi 1уи1уш1 Р3м1 £ I Всего

АТ0МЫ(1)! 125о1 25о115о123о1 143о1126о1 410 470) 2720)43801 13550 18000

Ионы (II,III) 1690 200 30 400( 360 220 80 ПО 130 1230 4450

В настоящей работе сечения возбуждения атома гелия исследованы вплоть до п=17. Установлено, что для э-, р- и с!-серий атома гелия (как синглетных, так и триплетных) значения сечений с изменением главного квантового числа верхнего уровня изменяются по закону

о = А4* П_а1, (2)

где А1 и а1 - постоянные, значения которых для каждой из исследованных серий приведены в табл.2. Соответствующие зависимости, представленные на графиках в логарифмическом масштабе (рис.3), изображаются прямыми линиями; отклонения, выходящие за пределы экспериментальных погрешностей, имеют место лишь для головных линий б-серий (взяты значения сечений при энергии электронов 100 эВ).

Таблица 2.

Постоянные А1 и с^ для спектральных серий атома гелия

Синглеты Триплеты

1 5 ' 1 д Б 1 - 1 Б

АЮ""см2 а1 91,3 | 4,85 5,15 3,69 32,5 4,09 1,70 5,32 36,4 4,18 24,6 4,35

Современная теория электрон-атомных столкновений утверждает, что сечения возбуждения водородоподобных состояний должны изменяться пропорционально п"3; соответствующие предсказания для сечений возбуждения спектральных линий, учитывающие факторы ветвления и вклад каскадных процессов, отсутствуют.

Изучение поведения сечений возбуждения атома неона показало, что и для него в ряде серий имеет место зависимость сечений от главного квантового числа верхнего уровня, близкая к степенной. Вместе с тем в большинстве серий Ие1 значения сечений для головных линий серий оказываются выше степенной зависимости, как это имеет место у атома гелия в б-сериях. При исследовании возбуждения атомов аргона, криптона и ксенона были получены сериальные закономерности, в основном подобные имеющим место у атома неона.

4 5 6 7 fl 9 (0 fl 1213 Н П

Рис.3. Зависимость Q=f(n) для Hei: а - синглетные серии; б - триплетные серии

I

го

s 7 д 9 iomiß п

Рис.4. Зависимость Q=f(n> для серии 6sf3/2I° - пр[1/210 Хе1

Однако у атома ксенона в серии 6б13/23° - пр[1/2]0 обнаружено немонотонное поведение сериальной зависимости сечений (рис.4), с которым коррелирует соответствующее изменение ОФВ. Если головная линия серии с п=6 имеет на ОФВ небольшой добавочный максимум при энергии электронов 15 эВ и основной максимум при Еэ=26 эВ, то у следующей линии с п=7 два максимума при энергиях 15 и 28 эВ имеют почти одинаковую амплитуду, а у более высоких членов серии низкоэнергетический максимум исчезает (рис.5). Наиболее вероятной причиной такого поведения сечений и ОФВ является возмущение уровня 7р11/210 другими состояниями. Необходимо отметить, что ранее влияние возмущений на форму ОФВ не обсуждалось. При исследовании возбуждения атомов инертных газов метод протяженных пучков позволил получить значительно более обширные результаты, чем традиционный вариант, при одновременном уменьшении давления газа, плотности тока электронного пучка и существенном улучшении спектрального разрешения.

При изучении возбуждения атома меди установлено, что наряду с монотонным изменением сечений с ростом п в Б- и Б-сериях, имеет место совершенно немонотонное поведение сечений в сериях 4з22Б -пр2Р°, причем для обеих серий (различающихся значениями Л) изменения сечений происходят скоррелировано. Из сопоставления сечений в этих сериях с данными для резонансных серий 4б251/2 -пр2рэ/г 1/2 следует, что для пр2Р°-уровней фактор ветвления значительно изменяется с ростом п. Теоретическая интерпретация такого поведения факторов ветвления в настоящее время отсутствует.

В настоящей работе впервые изучено возбуждение серии Зр - пс! *02 вплоть до значения п=2б. Участки спектрограммы, содержащие линии этой серии с пг13, показаны на рис.6. Поскольку эти линии расположены в узком спектральном интервале менее 10 нм, изменение спектральной чувствительности установки на этом участке незначительно, и убывание амплитуды пиков с ростом п весьма наглядно отображает характер изменения сечений для этой серии. У атома кальция, напротив, серия 4р - пс1 1Б2 могла быть зарегистрирована лишь до п=12, тогда как другие синглетные серии исследованы до значений п=15 (4р 'Р® - пэ 1Б0), п=20 (ЗА 102 -

Рис.5. ОШВ серии 6sl3/21° - npll/2J0 XeI

16 /7 /<? (9 го

¿5 23

Участки спектра магния с высоким членами серии Зр*Р° - п<11Б2

пГ п=23 (Зс1 т02 - пр 1Р°). В большинстве синглетных серий

при имеют место отклонения от степенной зависимости, тогда как во всех триплетных сериях поведение сечений остается регулярным.

В настоящей работе получены подробные данные о возбуждении атома и однозарядного иона алюминия. Установлено, что сечения возбуждения Б-серии А11 изменяются по степенному закону, тогда как в О-серии имеет место возмущение, проявляющееся, как у кальция и ксенона, в немонотонном изменении сечений с изменением пив изменении формы ОФВ при п £ 5, которая далее остается неизменной вплоть доп=П. При этом изменение абсолютных значений сечений полностью коррелирует с немонотонным ходом зависимости радиационного времени жизни от главного квантового числа, обнаруженным в /6/.

Исследован радиационный распад АИС атома алюминия; три спектральных линии, впервые обнаруженных в видимой области спектра, классифицированы как радиационные распады АИС атома алюминия в состояния Зр22Б и Зр22Р, также лежащие выше первого предела ионизации.

При изучении возбуждения атома галлия вблизи А=300 нм обнаружены четыре ранее неизвестных линии. Зарегистрированные ОФВ оказались попарно совпадающими, что указывало на пары переходов с общими верхними уровнями. С использованием данных электронной спектроскопии эти переходы были классифицированы как радиационные распады двух АИС атома галлия.

Возбуждение атомов скандия, иттрия и лантана изучено в настоящей работе впервые. Полученный обширный экспериментальный материал весьма труден для анализа, поскольку состояния с одинаковыми значениями орбитального момента и мультиплетности могут относиться к различным конфигурациям, вследствие чего получение сериальных закономерностей становится некорректным.

Получены весьма обширные результаты для атомов с достраивающимися й- и (-оболочками, сравнение которых с данными расчетов Р.К.Петеркопа в большинстве случаев дает удовлетворительное согласие. Экспериментальные данные других авторов почти для всех этих атомов отсутствуют. Более подробные результаты анализа (в той мере, в какой он возможен при

современном состоянии проблемы) опубликованы в работах автора. Для металлов VIII группы (подгруппы железа, палладия, платины) какие-либо другие результаты полностью отсутствуют.

При исследовании редкоземельных элементов для празеодима, неодима, тербия, диспрозия, гольмия, эрбия, лютеция результаты получены впервые, а для самария, европия, иттербия и гадолиния имевшаяся ранее информация расширена примерно на порядок.

Полученные результаты весьма трудны даже для предварительного анализа по ряду причин: I) большой объем информации затрудняет ее систематизацию; 2) к тому же следствию ведет наличие у исследованных атомов очень большого числа низкорасположенных уровней; 3) у ряда атомов значительная часть линий не классифицирована; 4) отсутствуют теоретические работы по расчетам сечений для всех атомов, кроме самария , европия и иттербия , тулия, из которых последний не исследован в настоящей работе.

Автором проведена классификация значительного числа спектральных линий атомов и однозарядных ионов редкоземельных элементов; наиболее подробные результаты получены для Dyl, Dyll, Hol, Holl, ТЫI, Ndl. В спектрах некоторых хорошо изученных элементов (не РЗМ) появлялись сравнительно интенсивные неизвестные линии, принадлежность которых данному элементу подтверждалась контрольными экспериментами; они также частично были классифицированы. Эта работа выполнена для Gal, All, Nil, Mnl, Mnll и некоторых других атомов и ионов. В отдельных случаях одновременно устанавливалась принадлежность линии атому или однозарядному иону. Все результаты по классификации включены в таблицы сечений.

В четвертой главе обсуждаются результаты исследования неупругих столкновений медленных электронов с молекулами. Исследовано возбуждение спектральных полос одиннадцати ранее не изученных систем молекул азота, расположенных в УФ части спектра, а также возбуждение полос И2 и N* из колебательно-возбужденных состояний молекул азота. Показано, что колебательное возбуждение молекулы в ее исходном состоянии приводит к значительному изменению как абсолютных значений сечений, так и их энергетических зависимостей.

В настоящей работе впервые исследовано диссоциативное возбуждение линий бальмеровской серии HI вплоть до n=II в столкновениях е-Н2. Хотя спектр Н2 чрезвычайно густой и весьма обилен линиями,применение протяженного электронного пучка позволило измерить около 850 сечений возбуждения спектральных линий Hj, расположенных в диапазоне 350-770нм. Оптические функции возбуждения измерены в диапазоне энергий электронов от порога возбуждения до ЮОэВ для линий 18 синглетных и 12 триплетных систем полос, а также для неклассифицированной линии 535,4нм (из 100000 известных линий Hj классифицировано около одной трети).

При исследовании столкновений электронов с молекулами Н20 показано, что для диссоциативного возбуждения бальмеровской серии HI имеет место сериальная закономерность, не совпадающая с таковой для случая столкновений электронов с молекулами Н2 . Одновременно исследовано диссоциативное возбуждение ОН и 0Н+ , а также получен обширный материал о сечениях возбуждения с одновременной ионизацией в состояния Н20+.

Изучение столкновений электронов с молекулами MgO, CaO, SrO, ВаО показало, что соотношение числа атомов и молекул в формируемых пучках систематически изменяется вдоль вышеприведенного ряда от чисто атомного пучка (Mg) до чисто молекулярного (ВаО); для окислов кальция и стронция имеет место смесь атомов и молекул. Однако при столкновениях электронов с молекулами ВаО происходит только диссоциативное возбуждение Bai и особенно Ball, а возбуждение молекулярных полос ВаО не обнаружено .

При испарении А1203 пучок состоит из смеси атомов алюминия (41% по массе) и молекул монооксида алюминия АЮ (59%), то есть по числу частиц атомы и молекулы присутствуют практически одинаково. При этом имеет место раздельно возбуждение All в электрон-атомных столкновениях и возбуждение полос АЮ в электрон-молекулярных столкновениях, а диссоциативное возбуждение не обнаружено . Испарение других окислов элементов III группы Y203 и La203 дало пучки, состоящие из монооксидов УО и LaO . Примесь атомов по оценкам не превосходит 1,5%; диссоциативное возбуждение также не обнаружено, а зарегистрированы полосы нескольких систем Y0 и LaO.

Испарение двуокиси кремния дает пучок молекул Si02; примесь монооксида кремния или атомов Si не обнаружена . При столкновении Si02 с электронами имеет место диссоциативное возбуждение в состояния монооксида SiO, однозарядного молекулярного иона SiO+ и атома Sil. Механизмы реакций в околопороговой области проанализированы на основе полученных значений потенциалов появления. Одновременно установлено, что система полос вблизи 427 нм, принадлежность которой ранее оспаривалась, принадлежит SiO.

При неупругих столкновениях электронов с молекулами галогенидов щелочных металлов получены результаты для 18 молекул; не изучены лишь фториды натрия и калия. Предварительный анализ полученных результатов показывает, что имеет место только диссоциативное возбуждение атомов и ионов металлов и галогенов. Такой результат является естественным следствием особенностей электронно-возбужденных состояний молекул галогенидов щелочных металлов. Энергия связи металла и галогена в возбужденных состояниях таких молекул имеет значение менее ю"2-10"3 эВ, вследствие чего связанные возбужденные состояния у этих молекул фактически не существуют. При диссоциативном возбуждении, осуществляемом электронами с энергией 100 эВ, регистрируются спектральные линии первого, второго и третьего спектров тяжелых металлов и галогенов; естественно, в случае лития и натрия обнаруживаются лишь два спектра - атома и однозарядного иона.

Исследованы сериальные закономерности диссоциативного возбуждения атомов щелочных металлов; установлено, что, как и при возбуждении серий в электрон-атомных столкновениях, сечения с ростом п убывают по степенному закону (рис.7). Вместе с тем различия в оптических функциях возбуждения при электрон-молекулярных и электрон-атомных столкновениях велики . Также велики различия в абсолютных значениях сечений для диссоциативного возбуждения атомов металлов и галогенов; отчасти причиной этих различий может быть наблюдательная селекция, так как резонансные линии атомов галогенов расположены в вакуумном ультрафиолете и в настоящей работе не регистрируются.

Полученные значения констант с^ и At (формула 2) также обнаруживают некоторую регулярность поведения (рис. 8).

Рис.7. Зависимость СНЧп) для спектральных 7 ^^/г" серий Сб1 в столкновениях электоонов с молекулами СэС1

а.ем.

Рис.8. Поведение о^ для галогенидов рубидия

пр2Р°/2 о 6р2Р°/2- пз251/2 А 6р2Р?/2- Пс12Вз/2 пр2Р°/2 х 6Р2Р°/2- пб251/2 ♦ 6р2Р°/2- пс!2П5/2 _ 3/2

Существенное уменьшение значений а. для бромидов обнаруживается не только в ряду галогенидов рубидия, но и у всех остальных исследованных молекул этого класса.

Заключение содержит формулировку основных результатов диссертации:

1. Предложен и обоснован метод протяженных пересекающихся пучков, позволяющий исследовать оптическое излучение, возникающее в результате неупругих столкновений электронов с атомами любых элементов и с различными молекулами.

2. Создана универсальная установка для измерения сечений неупругих столкновений электронов с атомами и молекулами.

3. Измерены 18000 сечений возбуждения атомов и ионов для элементов всех групп периодической системы Л.И.Менделеева.

4. Впервые измерены сечения возбуждения для атомов тридцати трех элементов, включая наиболее трудно испаримые.

5. Значительно (в 5-20 раз) расширен объем ранее имевшейся информации о сечениях возбуждения атомов и ионов двадцати четырех элементов и уточнены результаты ряда предшествующих работ .

6. Почти для всех исследованных элементов впервые изучены процессы возбуждения с одновременной однократной ионизацией. Установлено, что сечения для таких процессов у многих атомов приближаются по абсолютным значениям к сечениям возбуждения атомных состояний, вследствие чего возбуждение с одновременной ионизацией может играть важную роль в плазменных системах в случаях, когда распределение электронов по энергиям существенно отличается от максвелло-больцмановского (например, в пучковой плазме).

7. Впервые исследовано возбуждение излучательных переходов, происходящих с нарушением правила отбора по четности. В случае атома висмута такие переходы происходят между нечетными уровнями внутри конфигурации 6р3, для которых естественные времена жизни составляют от 5 до 120 мс.

8. Впервые изучено возбуждение высоколежащих (ридберговских) уровней атомов со значениями главного квантового числа вплоть до п=26. Показано, что сечения возбуждения таких уровней изменяются в спектральных сериях по степенному закону. Численные значения

констант, входящих в степенную формулу, определены для гелия, ксенона, меди, серебра, алюминия, магния, кальция, Оария, цинка, кадмия.

9. Впервые исследован радиационный распад автоионизационных состояний атомов меди, серебра, алюминия, галлия, иттербия при их возбуждении пучком монокинетичных электронов. Установлено, что такой распад может эффективно происходить как в бейтлеровские, так и в нормально возбужденные состояния, и конкурировать с автоионизацией.

10. Впервые исследовано возбуждение спектральных линий, расположенных в ИК области спектра до 4 мкм.

11. Результаты, полученные с использованием пересекающихся пучков, впервые применены для классификации спектральных линий редкоземельных элементов, а также металлов II группы, никеля, марганца, алюминия, галлия и др. Показано, что возбуждение пучком монокинетичных электронов позволяет значительно упростить процедуру классификации даже при отсутствии информации о пороговой энергии возбуждения.

12. На основе результатов эксперимента рассчитаны сечения возбуждения энергетических уровней инертных газов и атома меди. Полученные данные значительно выходят за предел круга уровней, рассмотренных до настоящего времени в теоретических работах и в экспериментах других авторов.

13. Установлены сериальные закономерности для сечений возбуждения атомов инертных газов, металлов II и III групп, свинца, меди, серебра. Существенно уточнены значения параметров сериальных зависимостей для атомов гелия, магния, кальция, найденные ранее другими авторами. Предложенные зависимости позволяют определить сечения возбуждения неисследованных высоколежащих уровней путем экстраполяции .

14. Обнаружены отклонения сериальных закономерностей для сечений от степенной зависимости. Впервые установлено (на примере атомов ксенона и алюминия) резкое изменение Форш оптических функций возбуждения, вызванное возмущениями в результате наложения конфигураций. Показана тесная связь пекулярностей в сериальных закономерностях с действием возмущений.

15. Впервые изучено диссоциативное возбуждение атомов в столкновениях электронов с молекулами мышьяка, сурьмы, селена, теллура. Установлено, что при столкновениях электронов с многоатомными молекулами мышьяка, сурьмы, селена имеет место только диссоциативное возбуждение атомов, тогда как столкновения с молекулами Те2 ведут к возникновению спектра этой молекулы наряду с атомными.

16. Впервые исследовано возбуждение молекулы и молекулярного иона азота из колебательно-возбужденных уровней основного электронного состояния молекулы. Установлено, что изменение абсолютных значений сечений при энергии 50 эВ может находиться в пределах от 3-5У. (для v"=0) до 1.6-1.8 раз (для v"=2-5). При этом для уровней с v"=2-5 имеет место резкое изменение характера ОФВ со сдвигом максимума от 40 эВ в область энергий £ 100 эВ.

17. Впервые исследованы неупругие столкновения медленных электронов с продуктами испарения ряда трудаоиспаримых окислов. Установлено, что для монооксидов металлов III группы имеет место возбуждение только молекулярных полос, тогда как в случае Si02 возбуждаются полосы Si02,Si0 и линии Sil.

18. Впервые изучены неупругие столкновения медленных электронов с молекулами галогенидов щелочных металлов и с СеС14. Установлено, что для всех этих молекул имеет место только диссоциативное возбуждение, причем преимущественно возбуждаются спектры атомов и ионов щелочных металлов.

19. Впервые установлены сериальные закономерности для процессов диссоциативного возбуждения атомов щелочных металлов в столкновениях с молекулами галогенидов щелочных металлов. Установлено, что, как и в электрон-атомных столкновениях, сериальные зависимости сечений выражаются степенным законом. Определены параметры Aj, и а1 в степенных формулах.

20. Впервые изучено поведение параметров Ах, и а1 для галогенидов каждого из щелочных металлов. Установлено, что возбуждение бромидов происходит менее эффективно, чем хлоридов и йодидов. Цитированная литература.

I. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. // Журн. прикл. спектр. 1982. Т.36, №2. С.188-193.

2. Heddle D.W.O., Gallagher J.W. // Rev. Mod. Phys. 1989. V.61,

N 2. P.221-278.

3. Trajmar S., Cartwright D.C. // El.-Mol. Interact. Th.Appl. /

Acad. Press. 1984. P.155-249.

4. Zipf E.C. // Ibid. P335-401.

5. Van Zyl Б., Dunn G.H., Chamberlain G. , Heddle D.W.O. Benchmark

cross-sections for electron-impact excitation of n*S levels of He. // Phys. Rev. A. 1980. V.20, N 5. P.1916-1929.

6. Jonsson G., Lundberg N. V/ Z. Phys. A - At. Nucl. 1983. V.313.

P.151-154.

Основные результаты диссертации изложены в работах:

1. Смирнов Ю.М., Шаронов Ю.Д. О закономерностях для сечений возбуждения Hei.//Опт. и спектр. 1971. Т.30, W 6. СЛ001-1005.

2. Смирнов Ю.М., Шаронов Ю.Д. О возбуждении спектральных линий Nelll. // ОПТ. и спектр. 1972. Т.32, » 3. С.624-626.

3. Подбиралина В.П., Смирнов Ю.М., Стегнова Н.В. Вероятности переходов некоторых линий KrII и Xell. // Опт. и спектр. 1973. Т.34, J* 4. с.809-810.

4. Ростовикова Г.С., Самойлов В.П., Смирнов Ю.М. Возбуждение ArIII электронным ударом. // Опт. и спектр. 1973. Т.35, № 2. С.384-385.

5. Самойлов В.П., Смирнов Ю.М., Старикова Г. С. Сечения возбуждения линий Hell электронным ударом. // Астрон. журн. 1973. Т.50, Jí 6. С.1335-1336.

6. Ростовикова Г.С., Самойлов В.П., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения линий многозарядных ионов ксенона электронным ударом. // Журн. прикл. спектр. 1973. Т.18, J6 4. С.789-792

7. Самойлов В.П., Смирнов Ю.М., Старикова Г.С. Определение атомных постоянных KrII. // Журн. прикл. спектр. 1975. Т.23, № 2. С.321-324.

8. Бороздин B.C., Смирнов Ю.М., Шаронов Ю.Д. Измерение сечений возбуждения атомов меди электронным ударом. // Опт. и спектр. 1977. Т.43, № 2. С.384-386.

9. Бороздин B.C., Смирнов Ю.М. Возбуждение инфракрасных линий XeI электронами низких энергий. // Опт. и спектр. 1979. Т.46, № 6.

С.1121-1124.

10. Мельников В.В., Смирнов Ю.М., Шаронов Ю.Д. Измерение сечений возбуждения атома марганца электронным ударом. // Опт. и спектр. 1981. Т.50, Я 4. С.652-657.

11. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения бора электронным ударом. // Опт. и спектр. 1981. Т.51, а 2. С.210-212.

12. Красавин А.Ю., Колосов П.А., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения атомов кремния электронным ударом. // Астрон. журн. 1981. Т.58, № 6. С.1213-1216.

13. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения атома ниобия. // Журн. прикл. спектр. 1982. Т.36, № 2. С.188-193.

14. Красавин А.Ю., Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Измерение сечений возбуждения иона серебра электронным ударом. // Журн. прикл. спектр. 1982. Т.36, № 4. С.543-547.

15. Колосов П.А., Смирнов Ю.М. Измерение сечений возбуждения однозарядного иона железа электронным ударом. // Астрон. журн. 1982. Т.59, № 3. С.602-605.

16. Красавин А.Ю., Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения атома ванадия. // Журн. прикл. спектр. 1982. Т.36, № 5. С.805-811.

17. Красавин А.Ю., Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения атомов меди электронным ударом. // Журн. прикл. спектр. 1982. Т.36, Л 6. С.912-917.

18. Колосов П.А., Смирнов Ю.М. Измерение сечений возбуждения атома германия электронным ударом. // Опт. и спектр. 1982. Т.53, Л 3. С.411-414.

19. Богданов С.Н., Бодылев А.Ю., Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения молибдена электронным ударом из основного состояния атома. // Журн. прикл. спектр. 1982. Т.37, № 3. С.364-367.

20. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения спектральных линий двухзарядного иона иттрия. // Изв. вузов. 1982. № 8. С.90-92.

21. Красавин А.Ю., Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Измерение сечений возбуждения однозарядного иона индия электронным ударом. //

В кн.: Метастабильные состояния атомов и молекул и методы их исследования. - Чуваш, ун-т. Чебоксары. 1982. С.120-129.

22. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения квартетных термов атома лантана. // Там же. С.130-139.

23. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения однозарядного иона титана электронным ударом. // Астрон. журн. 1983. Т.60, № I. С.185-187.

24. Красавин А.Ю., Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения атома серебра электронным ударом. // Опт. и спектр. 1983. Т.54, № I. С.20-24.

5 0 5 0

25. Колосов П.А., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения Р - и Б -состояний атома железа электронным ударом.// Астрон. журн. 1983. Т.60, № 3. С.524-528.

26. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Измерение сечений возбуждения атома циркония электронным ударом. // Журн. прикл. спектр. 1983. Т.39, № I. С.21-25.

27. Колосов П.А., Смирнов Ю.М. Измерение сечений возбуждения некоторых квартетных состояний атома кобальта электронным ударом. // Журн. прикл. спектр. 1983. Т.39, № 2. С.200-204.

28. Красавин А.Ю., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения атома лютеция электронным ударом. // Журн. прикл. спектр. 1984. Т.41, № 4. С.553-558.

29. Бодылев А.Ю., Красавин А.Ю., Смирнов Ю.М. Измерение сечений возбуждения атома гольмия электронным ударом. // Опт. и спектр. 1984. Т.57, № 6. С.983-986.

30. Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения атома гелия электронным ударом. // Астрон. журн. 1984. Т.61, № 6. С.1087-1097.

31. Колосов П.А., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения атома свинца. //В кн.: Элементарные процессы при атомных столкновениях. - Чуваш.ун-т. Чебоксары. 1984. С.58-63.

32. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения однозарядного иона скандия. // Там же. С.63-69.

33. Смирнов Ю.М. Возбуждение запрещенных переходов висмута электронным ударом. // Журн. техн. физики (письма). 1985. Т.II, » II. С.689-693.

34. Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения однозарядного иона меди. //

опт. и спектр. 1985. Т.59, Л 4. С.768-770.

35. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Измерение сечений возбуждения атома гафния электронным ударом. // Журн. прикл. спектр. 1985. Т.43, № 6. С.1004-1008.

36. Колосов П.А., Смирнов Ю.М. Измерение сечений возбуждения однозарядного иона олова электронным ударом. // Опт. и спектр. 1985. Т.59, М 5. C.II4I-II44.

37. Смирнов Ю.М. Исследование сечений возбуждения атомов с применением протяженных пересекающихся пучков. // В кн.: Физика электронных и атомных столкновений. ФТИ АН СССР. Ленинград. 1985. С.183-193.

38. Подмазов Д.А., Смирнов Ю.М. Исследование электрон-ионных столкновений с применением протяженных пересекающихся пучков. // В кн.: Элементарные процессы при столкновении заряженных и нейтральных атомных частиц. - Чуваш.ун-т. Чебоксары. 1986. С.66-71.

39. Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения Lull электронным ударом. // Опт. и спектр. 1986. Т.60, №6. C.II27-II29.

40. Смирнов Ю.М. Сечения диссоциативного возбуждения дублетных состояний N1. // Опт. и спектр. 1986. Т.61, J* I. С.33-38.

41. Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения однозарядного иона висмута электронным ударом. // Журн. прикл. спектр. 1986. Т.45, № 5. С.744-748.

42. Колосов П.А., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения однозарядного иона никеля. // Журн. прикл. спектр. 1987. Т.46, № 3. С.483-486.

43. Смирнов Ю.М. Возбуждение молекулы и молекулярного иона азота из колебательно-возбужденных состояний молекулы. // Химия выс. энергий. 1987. Т.21, № 3. С.267-270.

44. Смирнов Ю.М. Возбуждение синглетных состояний атома титана электронным ударом. // В кн.: Элементарные процессы при столкновении атомных и молекулярных частиц. - Чуваш, ун-т, Чебоксары. 1987. С.56-63.

+

45. Смирнов Ю.М. Возбуждение полос 5 - и ХК-систем молекулы азота. // Журн. прикл. спектр. 1988. Т.48, Jí 3. С.493-496.

46. Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения нечетных квинтетных состояний

атома титана электронным ударом. // Журн. прикл. спектр. 1988. Т.48, № 4. С.551-555.

47. Рябчикова Т.А., Смирнов Ю.М. Силы осцилляторов линий Xell и содержание ксенона в атмосфере Hg-Mn звезды К Cancri. // Астрон. цирк. № 1534 (декабрь 1988). С.21-22.

48. Смирнов Ю.М. Возбуждение некоторых систем полос молекулы азота в УФ области спектра. // Журн. прикл. спектр. 1989. Т.50, № 6. С.933-937.

49. Смирнов Ю.М. Сечения диссоциативного возбуждения квартетных состояний 011 электронным ударом. // Журн. прикл. спектр. 1989. Т.51, № 5. С.738-742.

50. Колосов П.А., Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения атома палладия электронным ударом. // Журн. прикл. спектр.

1989. Т.51, № 6. С.906-910.

51. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Диссоциативное возбуждение гидроксила при столкновениях медленных электронов с молекулами н20. // В кн.: Плазмохимия-89. - ИНХС АН СССР. Москва. 1989. С.227-244.

52. Бороздин B.C., Колосов П.А., Кученев А.Н., Подмазов Д.А., Смирнов Ю.М. Применение протяженных пучков для измерения атомных констант. // Метрология. 1990. № I. С.39-43.

53. Колосов П.А., Смирнов Ю.М. Возбуждение однозарядного иона германия из основного состояния Gel. // Журн. прикл. спектр.

1990. Т.53, № 2. С.197-201.

54. Кученев А.Н., Самсонова Е.А., Смирнов Ю.М. Сглаживание потенциального рельефа в протяженных пучках электронов низкой энергии. // Автометрия. 1990. № 5. C.I09-II3.

55. Смирнов Ю.М. Диссоциативное возбуждение линий бальмеровсокй серии HI в столкновениях электронов с молекулами Н2 и Н20. // Химия вью. энергий. 1990. Т.24, № 3. С.252-255.

56. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Особенности возбуждения 2

D-состояний атома алюминия электронным ударом. // Журн. прикл спектр. 1990. Т.53, К 4. С.666-670.

57. Смирнов Ю.М. Возбуждение четных квинтетных состояний атома титана электронным ударом. // В кн.: Горение и электродинамические явления. - Чуваш, ун-т. Чебоксары. 1990.

С.97-104.

58. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Диссоциативное возбуждение полос

+

ОН при столкновениях электронов с молекулами воды. // Журн. прикл. спектр. 1991. Т.54, » I. С.128-130.

59. Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения атома иридия медленными электронами. // Журн. прикл. спектр. 1991. Т.54, № 5. C.7II-7I6.

60. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Эффективные сечения неупругих столкновений медленных электронов с . молекулами монооксида иттрия. // Химия выс. энергий. 1991. Т.25, Л 3. С.202-207.

61. Смирнов Ю.М. Эффективные сечения неупругих столкновений медленных электронов с молекулами селена. // Журн. прикл. спектр. 1991. Т.55, № 2. С.315-318.

62. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Диссоциативное возбуждение Bal и Ball в столкновениях медленных электронов с молекулами ВаО. // Хим. Физика. 1991. T.I0, № II. C.I462-I468.

63. Хамхотько Ф.Ф., Рудненко Т.Б., Столярова В.Л., Востряков A.A., Смирнов Ю.М. Фактографические базы физико-химических данных в рамках банка данных "Металлургия". // Изв. АН СССР. Металлы. 1991. № 4. С.221-223.

64. Смирнов Ю.М. Неупругие столкновения медленных электронов с молекулами монооксида лантана. // Журн. прикл. спектр. 1991. Т.55, № 6. С.988-993.

65. Смирнов Ю.М. Фонд справочных данных о сечениях неупругого взаимодействия электронов с атомами металлов. // Изв. АН СССР. Металлы. 1991. Jí 5. С.212-216.

66. Смирнов Ю.М. Неупругие столкновения медленных электронов с молекулами сурьмы. // Химия выс. энергий. 1992. Т.26, № I. С.7-12.

67. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Возбуждение триплетных состояний Sell из основного состояния атома скандия. /У Журн. прикл. спектр. 1992. Т.56, » I. C.I8-23.

68. Смирнов Ю.М. Исследование неупругих столкновений медленных электронов с молекулами теллура. // Химия выс. энергий. 1992. Т.26, Jf 2. С.99-103.

69. Смирнов Ю.М. Исследование возбуждения Holl медленными

электронами с применением протяженных пересекающихся пучков. // Журн. Прикл. спектр. 1992. Т.57, № 1-2. С.23-29.

70. Смирнов Ю.М. Неупругие столкновения медленных электронов с продуктами испарения Si02. // Теплофиз. выс. темпер. 1992. Т.30, * 4. С.714-720.

71. Колосов П.А., Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Возбуждение атома родия медленными электронами. // Журн. прикл. спектр. 1992. Т.57, № 1-2. С.18-22.

72. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Неупругие столкновения медленных электронов с продуктами испарения А1203. // Химия выс. энергий. 1992. Т.26, »■ 5. С.391-394.

73. Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения PrII электронным ударом из основного состояния атома празеодима. // Журн. прикл. спектр. 1992. Т.57, № 3-4. С.183-187.

74. Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. Возбуждение дублетных состояний HfII из основного состояния атома гафния. // Журн. прикл. спектр. 1992. Т.57, № 3-4. С.188-193.

75. Смирнов Ю.М. Возбуждение квинтетных состояний VII электронным ударом. // Телофиз. выс. темпер. 1992. Т.30, № 6. C.I049-I056.

76. Смирнов Ю.М. Возбуждение Till и Zrll при соударениях электронов с атомами титана и циркония. // Журн. прикл. спектр. 1992. Т.57, № 5-6. С.429-437.

77. Комаровский В.А., Смирнов Ю.М. Экспериментальное исследование вероятностей переходов атома гадолиния. // Опт. и спектр.

1992. Т.73, № 5. С.10-16.

78. Smirnov Yu.M. Dissociative excitation of lithium atoms in collisions of electrons with LiCl molecules. // Chem. Phys.

1993. V.174, N 2. P.277-284.

79. Смирнов Ю.М. Неупругие столкновения медленных электронов с молекулами КС1. // Химия выс. энергий. 1993. Т.27, № 4. С.I0-2I.

80. Kuchenev A.N., Smirnov Yu.M. Excitation of quintet states of the hafnium atom by electron impact. // J.Phys.B: At. Mol. Opt. Phys. 1993. V.26, N 15. P.2417-2428.

81. Смирнов Ю.М. Эффективные сечения возбуждения АIII в столкновениях электронов с атомами алюминия.//Журн.прикл.спектр.1993.

T.59, N 3-4. C.2II-2I5.

82. Комаровский В.A., Смирнов Ю.М. Вероятности переходов атома эрбия.//Опт. и спектр. 1993. Т.75, N 2, С.225-227.

83. Смирнов Ю.М. Радиационный распад автоионизационных состояний атома серебра.//Журн.прикл.спектр. 1993. Т.59, N 5-6. С. 425-430..

84. Smirnov Yu.M. Excitation cross-sections of the praseodymium atom.//J.Phys.II France. 1994. V.4, N 1. P.23-35.

85. Смирнов Ю.М. Неупругие столкновения медленных электронов с молекулами LiF.//Химия выс.энергий. 1994. Т.28, N 2. С.101-104.

86. Smirnov Yu.M. Electron-Impact Excitation of UV Lines of Dyl. //Phys.Scripta. 1994. V.49, N 3. P.689-695.

87. Смирнов Ю.М. Сечения возбуждения DylI электронным ударом. //Журн.прикл.спектр. 1994. Т.60, N 3-4. С.212-216.

88. Smirnov Yu.M. Extended classification of holmium spectral lines using data obtained in crossing beams.//Spectrochim. Acta. 1994. V.49B, N 5. P.469-474.

89. Смирнов Ю.М. Диссоциативное возбуждение атома германия в столкновениях медленных электронов с молекулами GeCl4.//Химия выс.энергий. 1994. Т.28, N 4. С.293-296.

90. Рябчикова Т.А., Смирнов Ю.М. Силы осцилляторов линий Gall в видимой области спектра и содержание галлия в атмосфере Hg -Мп- звезды К Cancri.//Астрон.журн. 1994. Т.71, N I. С.83-87.

Оригинал-макет изготовлен 10.12 97 в МЭИ. Отв.исп. Степанов А.И., тел. (812) 218 -

Отпечатано на КМА множительного центра ГОИ. Заказ от 16.4^97.

Формат 60 х 84 16. Усл. печ. л. 2.0. Уч. изд. л. 2.0. Тираж 100 экз.