Исследование процессов возбуждения Не I при взаимодействии атомов гелия в основном состоянияя тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

VI О ии

1 3 НЮ!! 1505

ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 639.184

КУРСКОЙ Сергпй Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ Не I ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ АТОМОВ ГЕЛИЯ В ОСНОВНОМ СОСТОЯНИИ

01.04.04 - физическая электроника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степэни кандидат« физико-математических наук

Петрозаводск 1ЭЭ5

Работа выполнена на кафедре информационно - измерительных систем и физической электроники физического факультета Петрозаводского государственного университета

Научный руководитель - доктор физико-математических наук, профессор Хахаев А.Д.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук, профессор Елецкий A.B.

- доктор физико-математических наук, профессор Ильин Р.Н.

Ведущая организация - С.- Петербургский государственный университет

Защита диссертации состоится и 0 &_)Э9& г.

в I) часов на заседании диссертационного совета К 063.95.03 в Петрозаводском государственном университете по адресу: 185640, Петрозаводск, пр. Ленина, 33.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке ПГУ.

Автореферат разослан " ■ ü " U V 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного^

совета, кандидат физ.-мат. наук f .--^-ч^/СтефажАич Г.Б.

ОЭДЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования столкновений с участием атомов гелия обусловлена той важной ролью, которую эти атомы играют в элементарных процессах в атсмосферах звезд и межзвездной среде, в также в низкотемпературной плазме в различных практических приложениях. К настоящему времени достаточно обстоятельно исследованы столкновения атомов гелия с электронами, протонами, альфа-частицами, имеется значительное число количественных данных по взаимодействию ионов гелия с атомами гелия в диапазоне знергий столкновения от порога до сотен кэВ. Наименее исследованными в этом ряду остаются столкновения между атомами гелия в основном состоянии.

Интерес к этой система обусловлен не только возможностью практического использования результатов в различных областях науки и техники, но и тем, что это простейшая симметричная система из атомов с замкнутыми оболочками.

Особый интерес представляет наименее изученная область низких анергий столкновения, то есть область таких энергий соударения частиц, в которой относительная скорость сталкивающихся атомов много меньше скорости атомных электронов. В этой области энергий теоретическое исследование неупругих процессов затруднено, поэтому информация об эффективности различных каналов и механизмах реакций может быть получона в основном экспериментальным путем. В частности, это связано с тем, что условие сохранения полного стша системы до и после столкновения требует учета одновременного возбуждения обеих частиц при рассмотрении заселения триплетных состояний. Если до столкновения система из двух атомов гелия имеет две замкнутые оболочки с двумя электронами в кавдой, то после соударения промоти-рующие электроны образуют четыре незамкнутые оболочки, и, следовательно, в расчетах необходимо учитывать как эти оболочки, так и межэлектронные корреляции.

До сих пор мало изучены механизмы возбуждения при столкновении атомов гелия в основном состоянии в области низких анергий соударения (особенно вблизи порога возбувдэния), практически отсутствуют количественные данные о полных и дифференциальных сечениях возбуждения уровней Не I с главным квантовым

числом пъ3 и их зависимости от энергии сталкивающихся частиц, нет данных о парциальных сечениях возбуждения магнитных подуровней.

Целью работы являлось экспериментальное исследование возбуждения атомных состояний в системе Не(1зс)<Не(1зг) при энергии взаимодействия частиц, соответствующей условиям применимости адиабатического приближения (£^500 эВ), а также изучение закономерностей в поведении различных квантовых состояния в зависимости от энергии столкновения и главного квантового числа.

Методы исследования. Исследование возбуждения атомных уровней при взаимодействии пучка быстрых атомов гелия с газовой мишенью Осуществлялось по спектрам испускания в условиях однократных столкновений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые проведено систематическое изучение возбуждения состояний Не I при взаимодействии атомов гелия в основном состоянии в диапазоне энергий столкновения от порога до 500 эВ (с.ц.м.). В ромхах этого:

- исследован спектр излучения атомов гелия в диапазоне длин волн 250-730 нм при энергии столкновения частиц 450 эВ. По обнаруженным линиям определены сечения возбуждения гг1 '^3-, п1,3Р- и п1'^-уровней Не I (3«1<1б);

- измерена сечения возбуждения гг1 '-^-.л.1 '•'Р- и п1 '^-уровней Не I (3«п$10) в диапазоне энергий столкновения от порога до 500 эВ (с.ц.м.). Для уровней с главным квантовым числом п=3 определены спектроскопические пороги возбуждения;

- измерена зависимости степени поляризации излучения 21Б-31Р~, гН-гЪ-, 21Р-31В- и 23Р-ЗэВ-шреходок Не I" от энерпш столкновения. На функции поляризации излучения 21Р-311)-лерехо-да обнаружена колебательная структура, изменяющаяся в противо-фазе с осцялляциями в полном сечении возбуждения З^-уровня;

- определена зависимость степени поляризации для 21Р-п1Б-переходов от главного квантового числа 2) при фиксиро-вая.ой энергии соударения частиц;

- для 31,ЭР-уровней Не I определена относительные парциальные сечения возбуждения магнитных подуровней с ±1. Для 31,3П-уроЕкей Не I оценен интервал возможных значений

относительных парциальных сечений возбуждения магнитных подуровней с UJ~tZ.

2. Установлено, что при фиксированной энергии столкновения сечения возбуждения уровней Не I в различных сериях зависят от главного квантового числа следующим образом:

о(л)~п;а(п)

где а характеризует сериальную зависимость и изменяется в интервале от G до 3 (значения а с увеличенном п уменьшаются и при л»1 а--»3);

1 ч

3. Но зависимостях сечений возбуждения - (i D- и п^В-уровней от энергии соударения обнаружена колебательная структура,которая интерпретирована кок [гроявление осцилляция, обусловленных фазовой интерференцией квазимолэкуляршх термов системы Не2 на больших межъядерных расстояниях. Для уровней о определены площади "петель" <бС?йН> между взаимодействующими термами квазимолекулы;

4. Детализирован механизм заселения скнглетных и триплет-ных 31'^Г-уровней в указанном диапазоне энергий столкновения. Предполагается, что засоление указанных уровней осуществляется преимущественна вследствие коретлисовой связи Sg- Hg- термов и радиальной связи термов квазимолекулн Не2. Поэтому возбуждение этих уровней, вероятно, обусловлено следующей последовательностью переходов: Озо )г(2ро„)'Х12*-»-(1за )22ро„

1 _ О Ь 1 1 u 1 4-Ö о u

ZpVne—<lBOg)t<2iVc 2g *1 soe g4d0S "

Практическая ценность. Полученные в работе результаты могут быть использованы при анализе астрофизических явлений и физико-химических процессов в горячей плазме. Кроме того, они могут быть использованы для уточнения представлений о взаимодействии тяжелых частиц, что представляет значительный интерес для квантовой теории рассеяния.

Апробация работы. Материалы данной работы были представлены на IX, X и XI Всесоюзных конференциях по физике электронных и атомных столкновений (Юрмала, 1984; Ужгород,1988; Чебоксары, 19Э1), XVI и XVIII Международных конференциях по физике электронных и атомных столкновений (Нью-Йорк, 1989; Орхус, Дания, 1993), 22 и 23 Европейских группах по атомной спектроскопии (Уплсала, Швеция, 1990; Торунь, Польша, 1ЭЭ1), XX Всесоюзном съезде по спектроскопии (Киев, 1ЭР.З), III Семинаре по атомной

спектроскопии РАН (Черноголовка, .1992), Всесоюзных семинарах "Процессы ионизации с участием воэбувдонных атомов"(Ленинград, 1984; Ленинград, 1988), па расширенном заседании Секции столкновений с участием возбужденных атомов Научного совета АН СССР по проблеме "Физика электронных и атомник столкновений" (п. Лазаревское, 1989), XI Национальной конференция по атомной спектроскопии с международным участием (Варна, Болгария,1986), Всесоюзном семинаре "Взаимодействие ночных пучков с атомами и поверхностью твердого тела (Новгород, 1986), VIII Всесоюзной конференции "Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях" (Ленинград, 1986), на семинарах кафедр оптики и квантовой механики ЛГУ (Ленинград,1989), Республиканской научно-практической конференции "Научно-технический прогресс и развитие науки" (Петрозаводск, 1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объеи работа. Диссертация состоит из введения, четырех глав,заключения и списка литературы. Содержит 188 стр., в том числе VI рисунок и 22 таблицы. Список литературы состоит из 143 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, сформулирована цель работы, отмечены основные вопросы, которым в рабств уделялось наибольшее внимание.

В первой главе рассмотрены основные результаты экспериментального и теоретического исследования процессов возбуждения и ионизации при столкновениях атомов гелия в основном состоянии в диапазоне энергий соударения от порога до нескольких кзВ. Основное внимание уделено механизмам процессов и возможным каналам реакций. При интерпретации неупругого взаимодействия использовалась квазимолекулярная модель атомных столкновений.

Из приведенных данных видно, что достаточно полно изучены каналы неупругого рассеяния, доступные для методов времяпро-Л1этной спектрометрии (ионизация, возбуждение резонансных и метастабнлышх состояний). Однако для состояний с пИ3 имеются лить единичные экспериментальные данные, не позволяющие дета-

лизирстать физическую кпртпу взаимодействия частиц.

Во второй главе рассмотрена автоматизированная установка для наследования процессов гозбуждения при атом-атомных и ион-атомных столкновениях. Приводятся основные характеристики и параметры экспериментальной установки. Обсуждена схема измерительно- вычислителыгаго комплекса, структура программного обеспечения.

Основу установки составляют следующие функциональные модули, разработанные в ходе данной работы:

- газоразрядный источник ионов и быстрых атомов (формирование пучка быстрых атомов осуществлялось путем симметричной резонансной перезарядки ионов на собственном газе в каналах вытягивающего электрода);

- детектор заряжонных и нейтральных частиц, позволяющий контролировать коэффициенты вторичной электронной эмиссии под действием иоиов и быстрых атомов с поверхности детектора;

- система регистрации оптического излучения возбукдешшх атомов;

- вакуумная установка на базе двух турбомолекулярннх и маг-нитораэрядаого насосов с системой напуска газа и датчиками давления газа и контроля вакуумных условий;

- времяпролетный спектрометр (для энергетического анализа пучка нейтральных частиц);

- измерительно - вычислительный комплекс на базе микроэвм "МЕЙА-БО" и программно-управляемой системы КАМАК с подключенными к ней автономными измерительными приборами.

Плотность потока быстрых частиц в камера столкновений достигала З-Ю13 чпст/(м2<с). Дарлениэ остаточного газа не превышало 2 >10"^ Па. Состав рабочего и остаточного газов контролировался монополярным масс-спектрометром МХ7304.

Излучение возбужденных атомов из камеры столкновений с помощью кварцевого конденсора фокусировалось на входную щель монохр.матора СД-2 (обратная линейная дисперсия в первом порядке дифракции - 1.2 нм/мм (решетка 1200 штр/мм), относительное отшрстие - 1:10 и рабочий диапазон дли волн - 0.2-1.0 мкм). Оптическая ось конденсора была перпендикулярна пучку быстрых частиц. Анализ поляризации излучения осуществлялся с помощью пленочного поляроида. Для устранения влияния поллризу-

- а -

кщега действия монохроматора использовались четвертьволновые компенсаторы. Оптическое излучение регистрировалось фотоэлектронным умножителем ФЭУ-106 в режиме счета фотонов. Скорость счета определялась с учетом мертвого времени регистрирующей системы. Для подавления термоэлектронной эмиссии с фотокатода и первых динодов, а также повышения порога развития газоразрядных процессов ФЭУ охлаждался парами жидкого азота до температуры -15°С. Температура ФЭУ поддерживалась на заданном уровне автоматически. О учетом выбранного порога дискриминации скорость счета темповых импульсов составила 0.5 - 1 имп/с. Чувствительность спектрометрической системы в диапазона длин волн 380-400 нм достигала 46 фот/имп.

Для эксперимента был разработан комплект программ, который включает программу для измерения сечений возбуждения спектральных линий в зависимости от анергии сталкивающихся частиц,программу для изморения спектров излучения атомных часгиц.програм-му для определения абсолютной чувствительности системы регистрации оптического сигнала, программу для градуировки дифракционного монохроматора по длинам волн и программу для изморения коэффициентов вторичной электронной эмиссии с поверхности детектора под действием ионов и быстрых атомов.

Программное обеспечение комплекса написано на языках высокого уровня ПАСКАЛЬ и КВЕЙСИК-2 и используется для проведения эксперимента в режиме реального времени в среде операционной системы ОС ДЙК (а таюко совместимых с ней).

В третьей главе описана методика измерения сечений возбуждения атомных уровней при столкновении тяжелых частиц, проанализированы факторы, влияющие на достоверность получаемых сечений, а также сделана оценка систематической погрешности измерений. Приводятся краткие описания методик и результаты измерений параметров ионного и атомного пучков, сечений выбывания атомов и ионов из пучка быстрых частиц, оценена погрешность, которую вносит каскадное заселение исследуемых уровней.

Распределение плотности быстрых частиц по радиусу ^ пучка было измерено с помощью подвижного миниатюрного цилиндра Фара-дея. Угловая расходимость пучка не превышала 3-10"4 ср.

Анализ функции распределения ионов пучка по энергиям проводился методом задерживающего потенциала. Ширина функции рас-

- 9 -

предоления на полушсотэ сост- зила 511 эВ.

Энергетический разброс нейтральных частиц определен методом времяпролетной спектрометрии. Измерения показали, что ширина функции распределения атомов по знвргиям на полувысоте была равна 11±3 зВ. Последний результат свидетельствует об отсутствии в пучке частиц, нейтрализовавшихся на стенках каналов.

Содержание метастабильных атомов гелия в 21'-^-состояниях в пучке быстрых частиц определено методом фотоионизации. Количество указанных атомов но превышало 0.6£ от общего числа быстрых частиц.

Состав пучка ионов был измерен монополярным масс-спектро-мотром МХ7304. Как видно из приведенных в работе данных, основные примэси - это Н^, На^, Н.-,0+ и Относительно высокое содержание молокуляртах ионов водорода (до Ъ%) компенсировалось неэффективностью процесса перезарядки Нр ни Не в рабочем диапазоне энергий.

В работе также показано, что сечения возбуждения спектральных линий с уроьпнй с п=3 зависят от давления газа-мишени лишь при давлениях, больших 5«10"1 Па (исключение составляет сечение возбуждения 215-31Р-шрехода, что, вероятно, связано с явлением пленения резонансного излучения). Полученные сечения выбывания ионов из пучка быстрых частиц совпадают (в пределах 16*) с известными экспериментальными данными, что свидетельствует о надежном определении давления газа-мишени.

Систематическая погрешность измерения сечений возбуждения, включающая погрешность определения абсолютной чувствительности спектрометрической системы, погрешность измерения давления газа-мишени в камере столкновений и погрешность определения интенсивности атомного пучка, могла достигать ±60Случайная погрешность в основном определялась временем накопления счетного сигнала и флуктуациями интенсивности атомного пучка. В диапазоне анергий быстрых частиц от 300 до 1000 эВ она не превышала 5-10% (о вероятностью 95%).

Для проверки работоспособности установки било измерено сечение возбуждения и захвата на З^Б-уровень Не I при столкновении ионов и атомов гелия при энергиях налетающих ионов 500, 700 и 1000 эВ. Полученные величины хорошо согласуются с данными работ [1,21 - наблюдается соответствие как зависимости се-

чэния от энергии, так и (в пределах погрешности измерений) числовых значений сечения.

В четвертой главе приведены результата исследования процессов возбуждения Нэ I 1гри взаимодействии атомов гелия в основном состоянии в диапазоне энергий столкновения от порога до 500 эВ (с.ц.м.).

В диапазоне длин волн от 260 до 730 нм были измерены спектра излучения атомов Не I при анэргии столкновения 4Б0 эВ. Всего было зарегистрировано 52 спектральные линии, принадлежащие атому Не I (с 5-, Р- и Б- уровней с главным квантовым числом от 3 до 16). Все измерения выполнены в условиях однократных столкновений.

Значения полных сечений возбуждения п1*^-, п1'-^- и л1,3Ь-уровней Не I в зависимости от главного квантового числа приведены на рис. 1. Случайная погрешность измерений варьировалась от 5% при малых значениях главного квантового числа до 1056 при больших п (13-416). Систематическая погрешность могла достигать 60%. При определении сечений возбуждения п10-уровнэй учитывалась поляризация излучения. Для триплетных 2^Р-З^Б- и 233-33Р-шреходов при данной энергии столкновения степень

оти.*д.

1 Т 1

Рис. 1. Зависимости сечений возбуждения п Б-, п 3-, п Р-, п3Р-, л1 Б- и п3С-уровней Не I от главного квантового числа при энергии столкновения 450 эВ •(' соответствует 3.34-10~18 см2).

поляризации на превышает сиот. этствеюю 2 и 1 %. Поляризация излучения для переходов 21£-п1? не учитывалась, поэтому дополнительная погрешность сечений возбуждения п1Р-уровней (п>3) мокет достигать (степень поляризации для 21Б-315-перэхода при той же энергии столкновения составляет 1656).

Известно 131, что при взаимодействии атомных частиц типа А + Я -»■ А + а*(п) и фиксированной энергии столкновения сечения возбуждения уровней атомной частицы для каждой серии

о(гс)~ гсТ3

Эднако, как показала обработка данных рис. 1. при возбуждении эазличных серий уровней Не I

о(п)»лТа<в)

где а характеризует сериальную зависимость и при данной энергии столкновения изменяется в интервале от 6 до 3. В табл. 1 триведены значения а как параметра аппроксимирующих зависи-дость 1п а(п) прямых для различных серий. Видно, что значения I с увеличением п уменьшаются и при гс»1 а-*3.

Таблица 1

Уровни а п а п

и18 5.1*0.1 3-6 3.6 6,8

гА е.о±о.б 3-6 3.6±0.1 6-8

гг1Р 6.110.3 3-6 3.310.2 7-10

пэ Р 4.810.1 3-6 4.310.2 8-11

п1о 5.610.1 3-6 3.510.1 9-12

П3Б б.ОгО.1 3-6 3.210.1 13-16

Наш такте были обработаны имеющиеся в литературе немно-■очисленные данше для систем НеЧ Не 11,2 5 и Не*+ Не [45 при мзких энергиях столкновения. Расчеты показали, что при 250 $ 'им5®00 а3 знвчення а Д-ля Б-, Р- и Б- серий заключены в интвр-алэ 4-9.

Полученные дашша о сериальных зависимостях и численные начения величины а мою го непротиворечиво объяснить, если до-

пустить предположение об одновременном возбуждении каждого из атомов гелия, участвующих в столкновении (в случае возбуждения триплетных состояний это необходимо для сохранения полного спина система взаимодействующих частиц). Если анергия столкновения выше суммы пороговых энергий возбуждения состояний каждого атома и один из атомов переходит в состояние с т&З, то, вероятно, одна из частиц оказывается в низковозбужденном состоянии, а другая, если энергия достаточна, может быть возбуждена в любое из состояний дискретного спектра или ионизована.С втим предположением коррелируют результаты измерений порогов возбуждения (см. ниже), а также данные других работ (см., например, [б]).

Также измерены сечения возбуждения n S-, n S-, п Р-, ri Р-. n1D- и гЛ-уровней Не I (3<жШ) в диапазоне энергий столкновения от порога до SOO sB (с.ц.м.). Сечения возбувдения 31,3Р-51,ЭР- и 31,3D-51,3D-ypoBHefl приведены на рис.2 (случайная погрешность в диапазоне энергий столкновения от 200 до 500 эВ не превышает 5%, при меньших энергиях она но более диаметра кружка). Абсолютные значения сечения возбуждения 3%-уровня в интервале анергий столкновения 200-500 sB близки (в пределах погрешности измерений) к значениям, полученным в работе I6).

Сравнение сечений возбуждения синглетных уровней с результатами расчета в первом борновском приближении 171 показывает, что рассчитанные сечения возбуждения Не (п1Ь)-состояний при анергии столкновения атомов гелия 500 эВ на несколько порядков величины меньше измеренных.

Спектроскопические пороги возбувдения 31,3Р- и З1'^-уровней Не I составили 60 вВ, а 31,33-уровней - 65 эВ (шаг изменения Б - 5 эВ). Это согласуется с дашшми работы [61, где для 31D- и 33Р-уровней спектроскопические пороги составили соответственно 58, 60 и 55 эВ. Величины спектроскопических порогов близки к порогу ионизации гелия атомами гелия, что может быть обусловлено тем, что термы квазимолекулы Не2,ответственные за одновременное заселение возбужденных соЬтояний обеих частиц,при разлете атомов становятся автоионизационными.

Как видно из рис.2, на обидей ход сечений возбуждения n1D-и гЛ-уровней накладывается ярко выражешая колебательная структура. Наблюдаемые на функциях возбуждения относительные

<00 /РО юо 400 £00

а

100 300 300 400 £00 ^ Ю

<00 гоо лоо ноо 5оо 6

г \

: М /

. 1 1 1 / /

1 I'"'гтт III' 1 . 1

30

10

<0

<оо гоо зоо аоо £оо

г

Рис. 2. Зависимости сечений возбуждения ге1Р-, тРр~, л1 Б- и гЛ-уровней Не I для (о) и степени поляризации излучения

для переходов 213-31Р, 23Э-3ЭР, 21Р-31П и 23Р-33Б (•) от энергии столкновения атомов гелия ((а)-(г) соответственно).

максимумы и минимумы эквидистантны в шкале обратных скоростей системы после столкновения которые определялись как гГ1=

= 12(Ецм- л!/№)/ц171 /г где р. - приведенная масса, а еМ^ - дефект анергии при бесконечном межъядерном расстоянии. Это позволило предположить, что наблюдаемые особенности в поведении функций возбуждения - проявление осцилляции, обусловленных фазовой интерференцией квазимолекулярных термов системы Не2 на больших межъядерных расстояниях (8,91. Для ряда синглетных и триплет-нкх С-уровней определены площади "петель" <д1Шг> между интерферирующими термами квазимолекулы и начальные фазы колебаний (табл. 5, 6). Значения и-1 рассчитывались с учетом одновременного возбуждения обеих частиц.

Таблица 2

I 31Э I | 510

<дГМД>, эВ'8 V2* 19.210.4 0.210.1 21 ±1 0.810.2 2212 0.910.2

Таблица 3

I 3ЭБ | | 43И | 530

<д1/дЯ>, эВ-8 V2* 14.0*0.3 0.0310.04 16.810.7 0.910.1 1811 0.210.2

Были измерены зависимости степени поляризации спектральных линий для переходов 215-31Р, 233-33Р, 21Р-31й и 23Р-33Э от анергии столкновения атомов гелия (рис. 2),а также зависимость степени поляризации излучения для 21Р-п10-переходов (3<п^12) от главного квантового числа при внвргии столкновения ' 450 эВ (степень поляризации определялась как Р=(11-12)/(11+12)-100%, где 11 и Г2 - интенсивности компонент, поляризованных ^ответственно вдоль направления пучка быстрых частиц и перпендикулярно к нему).

Наиболее сильно поляризация излучения выражена у синглетных 21Б-31Р- и 21Р-п1И-пораходов. На функции поляризации излучения 21Р--310-перехода наблюдается колебательная структу-

ра, изменяющаяся в противогаза с осцилляциями в полном сечении возбуждения 31 И-уровня. Относительные максимумы и минимумы этой структуры эквидистантны в шкале обратных скоростей системы после столкновения. Механизм возникновения этих осцилляций неясен.

Поляризация излучения сталкивающихся частиц дает необходимую информацию, которая позволяет конкретизировать квасимоле-кулярние состояния, ведущие к заселению конечных состояний атомных частиц. При разлете взаимодействующих атомов симметрия квязимолекуляршх состояний сохраняется. Сохранение симметрии проявляется в сохранении магнитного квантового числа, то есть проекция углового момента конечного атомного состояния равна проекции углового момента квазимолэкулярного состояния, из которого дшшоэ атомное состояние образовалось.

На основании полученных данных было установлено, что в исследованной области энергий механизм возбуждения 31,3Р-уровней Не I при столкновении атомов гелия в основном состоянии отличается от механизма возбуждония указанных уровней при взаимодействии ионов и атомов гелия. Анализ зависимости поляризации излучения от энергии столкновения частиц позволяет утверждать, что заселоние синглэтных и триплетньх 31,3Р-уровней Не I при взаимодействии атомов гелия в основном состоянии в данной области энергий осуществляется преимущественно вследствие корио-лисовой связи Е - П - Е^-гермов и радиальной связи 2 - £^-тер-мов квазимолекулы Не.-,. Поэтому возбуждение 31,3Р - уровней, вероятно, обусловлино следующей последовательностью переходов:

Не(11Б)+Не(1— (1ааб)г(2рои)2

(1воё)22рои2ртси1П8 (1аое)г(2Р7Си)г —

Не(31'3Р)+Не(21'3.>5). При этом второй атом гелия будет находиться в одном из мета-стабильных 21 •-^-состояний.

С помощью соотношений Г10,11I, связывающих парциальные сечения возбуждония магттшх подуровней со степенью поляризации излучения, регистрируемого в направлении, перпендикулярном

пучку быстрых атомов, для 31'3Р-уровней Не I были определены относительные парциальные сечения возбуждения магнитных подуровней с Иь~0, ±1. В случае 31Р-уровня относительные парциальные сечения возбуждения магнитных подуровней с Уь=0 и М =11 при энергии столкновения 250 эВ (максимум функции поляризации) равны соответственно 0.48 и 0.26 (±0.01). С ростом энергии соударения они изменяются соответственно до 0.40 и 0.30 (10.01) при 470 эВ (минимум функции поляризации). Аналогично в случае 33Р-уровня относительные парциальные сечения возбуждения подуровней с Ы^-О и г 1 при энергии столкновения атомов 200 эВ равны соответственно 0.42 и 0.29 (+0.01), о при энергии 450 эВ - 0.30 и 0.35 (10.01). Для 31•31)-уровней Не I оценен интервал возмогших значений относительных парциальных сечений возбуждения магнитных подуровней с 2 (для 21Р-310- и 23Р-33С-перэ-ходов парциальные сечения испускания с параллельной и перпендикулярной поляризацией зависят как от 0о, так и от о1 )-

Возбуждение магнитных подуровней с ^=+2 может быть обусловлено как заселением и других термов квазимолекулы Не2, так и отклонением мекгядерной оси от направления пучка быстрых атомов. В последнем случае заселенность подуровней с И^О, сформированная в результате Г. - ^-переходов в системе центра масс, трансформируется в заселенность подуровней с Мх=12 в лабораторной системе вследствие измпнения угла рассеяния 1121.

В заключении кратко сформулированы основные результаты работы:

1. Создана автоматизированная установка,позволяющая исследовать процессы возбуждения )гри атом - атомных и ион - атомных столкновениях в диапазоне энергий налетающих частиц от 50 до 1000 эВ;

2. Впервые проведено систематическое исследование .процессов возбуждения Не I при взаимодействии атомов гелия в основном состоянии в диапазона энергий столкновения от порога до 500 эВ (с.ц.м.). В рамках этого:

- определены сочеция возбуждения п '-45-, п "Т- и п ,-'о-уровней Не а._(3£ш$16) при фиксированной энергии столкновения атомов гелия;

- измерены сечения возбуждения п1 '^Б--,;!1,3Р- и п1,30-уров-ней Не I (3.<?К10) в диапазоне энергий столкновения от порога

до Б00 эВ (с.ц.м.). Для урочче* с глпвшм квантовым числом п*3 определены спектроскопическиj пороги возбуждения;

- измерены зависимости степени поляризации излучения 21S-31P-, 23S-33P-, 21P-31D- и 23Р-33Б-пероходов Не I от энергии столкновения;

- определена зависимость степени поляризации для 21P-n1D-переходов от главного квантового числа (3€пй12) при фиксированной энергии соударения частиц;

- для 31,3Р-уровней Не I определен« относительный парциальные сечения возбувдения магнитных подуровней о *ь=0. Для 31,30-уровней Не I оценен интервал возможных значений относительных парциальных печений возбуждения магнитных подуровней с

3. Ha основании полученных данных установлено:

- при фиксироншшой энергии столкновения атомов сечения возбуждения уровней Не I в различных сериях зависят от главного квантового числа следующим образом:

о (п)~п^[п)

Значение а в каждой серии изменяется в интервале от 6 до 3. С увеличением п значения а уменьшаются и при гг» 1 а-»3;

- на зависимостях сечений возбуждения гс1 D- и гЛ-уровней от энергии соударения имеет место ярко выраженная колебательная структура;

- на функции поляризации излучения 21Р-31D-перехода наблюдается колебательная структура, изменяющаяся в противофазе с осцилляциями в полном сечении возбуждения 31D-уровня.

4. Исходя ия анализа полученных данных и закономерностей, были сделаны следующие предположения о взаимодействии частиц:

- если энергия столкновения атомов гелия выше суммы пороговых энергий возбуждения состояний каждого атома и один из атомов переходит в состояние с п>3, то, вероятно, одна из частиц оказывается в низковозбужденном состоянии, а другая, если энергия достаточна, может быть возбуждена в любое из состояний дискретного спектра или ионизована;

. - наблюдаемые особенности в поведении функций возбуждения-это, вероятно, проявление осцилляций, обусловленных фазовой интерференцией квазммолекулярных термов системы Не., на больших межъядерных расстояниях. (Основываясь на данной интерпретации,

для ряда синглетшх и триплетных D-уровней определены площади "петель" <t\UtR> между взаимодействующими термами квазимолекулы);

- заселение синглетных и триплетных 31,эР-уровней Не I при взаимодействии атомов гелия в основном состоянии в исследованной области энергий столкновения осуществляется преимущественно вследствие кориолисоьой связи fig- Eg-термов и радиальной неадиабатической связи íg-Eg-термов квазимолекулы. Поэтому возбуждение 31,3Р-уровней, вероятно, обусловлено следующей последовательностью переходов: (1во )г(2роц)гХ12*-*0зо )г2рои 2Р\, \ — (1£->аеГ (2ртси)г 1sg -- (faag)2?sag4da h*. Второй атом гелия будет находиться в одном из метастаоильных 21,3S-состояний.

Список цитируемой литературы

1. Vfolterbeek Muller L., de Heer P.J.//Physlca.-1970.-V.48.-P.345-39G.

2. Okasaka R., Konlshl Y., Sato У., Pukuda К.//J. Phys. B.-1987.- V.20.- N15.- P.3771-3737.

3. Бородин B.M. // Вопросы теории атомных столкновений.- Л.: Изд. ЛГУ.- 1986.- С.72-82.

4. Гостев В.А., Елвховский Д.В.Дахаев А.Д.//Оптика и спектроскопия.- 1982. - Т.52..- N5.- С.909-910.

6. Moorman I., van Eck J., Heldeman H.G.M., Nlenhuls G. //J. Phys. В.- 1985.- V.18.- P.4707-4743.

6. KempterV., Velth P., Zehnle L.//J. Ph,ya. В.- 1975.-V.8,-N7.- P.1041-1052.

7. levy II H. //J. Phys. В.- 1970.- V.3. NI I.-P.1501-1509.

8. Rosenthal H., Foley H.M. //Phy.s. Rev.Lett. - 19G9.- V.23.-N26.- P.1484-1488.

9. Анкудинов Б.А., Бобашев C.B., Перель Б.И. //ЖЭТФ,- 1971.-Т.60.- N3.- С.906-919.

10. Okasaka R., Sakakibara H.,0kumoto K.,Tanl M.//J. Phys.В.-1983.- V.22.- N6.- P.863-871.

И. Tani M., Hlshikawa A., Okasaka R. // J. Phys. В.- 1991.-V.24.-r P. 1359-1376.

12. Andersen N. //J. Phys.В.- 1990.- V.23.- N3.- P.L51-L54.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих рвботах:

1. Гусев Г.В., Курсков С.Ю., Хахаев А.Д., Щербина А.И. Комплекс для изучения атом-атомных столкновений// IX Всесоюзная конф. по физике электронных и атомных столкновений. Тез. докл.- Рига, 1934.-Ч.2.- С.177.

2. Гусев Г.В., Кнпрушкин С.А., Курсков С.Ю. Автоматизированная установка для изучения процессов возбуждения при атом-атомных столкновениях//Электронныо и ионные процессы в газах и твердых телах. Тез. докл.- Петрозаводск, 1984.-С.29-31.

3. Хахаев А.Д., Гусев Г.В., Курсков С.Ю. Программно-аппаратный комплекс для изучения взаимодействия атомных частиц с веществом//Примвнвниэ ЭВМ в научных исследованиях и управлении: Опыт использования АСНИ и АСУ в обучении. Можпуз. сб. науч. тр.-М.: Всесоюз. заочн. машиностр. ин-т.-1986.-С.79-85.

4. Гусев Г.В., Курсков С.Ю., Хахаев А.Д. Исследование взаимодействия атомных частиц с веществом на многофункциональном автоматизировашюм комплексе // Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях. Тез. докл. VIII Всесоюзной конф.- Л.: Изд-во ЛГУ, 1986.- Ч.4.-С. 17.

5. Гусев Г.В., Курсков С.Ю., Хахаев А.Д. Технические средства и программное обеспечение для автоматизированного изучения взаимодействия потоков атомных частиц с веществом// Взаимодействие ионных пучков с атомами и поверхностью твердого тела. Материалы 2-го Всесоюзного семинара. - Л., 1987.- С.37-41.

6. Гусев Г.В., Курсков С.Ю. Структура программного обеспечения автоматизированного комплекса для изучения процессов возбуждения при атомных столкновениях//Научно-технический прогресс и развитие науки. Тез. докл. Республиканской нэ-учно-практической конференции молодых ученых и специалистов.- Петрозаводск, 1987,- С.104-105.

7. Курсков С.Ю., Хахаев А.Д. Изучение функций возбуждения и поляризации излучения при рассеянии быстрых атомов Не на

- 20 -

Не//Процоссы ионизации с участием возбужденных атомов. Тез. докл. Всесоюзного семинара.- Л., 1988.- С.46-47.

8. Курсков С.В., Хахаев А.Д. Изучение сериальных зависимостей в возбуждении Не, Ne и Аг в атом-атомных столкнове-ниях//Х Всесоюзная конф. по физике электронных и атомных столкновений. Тез. докл.- Ужгород, 1988.- Ч.1.- С.148.

9. Курсков С.Ю., Хахаев Л.Д. Спектры и интенсивность излучения Не I при возбуждении в атомных пучках// XX Всесоюзный съезд по спектроскопии. Тез. докл. - Киев: Наукова думка, 1988.- 4.1.- С.74.

10. Курсков С.Ю., Хахаев А.Д. Спектроскопическое исследование процессов возбуждения в пучке атомов гелия // Известия АН СССР. Серия физическая.- 1989.- Т.БЗ.- В.9.- С.168Э--1696.

11. Kurskov S.Yu., Khakhaev A.D. Excitation of atomic levels in pairing interactions of He atoms//22nd ECAS: Europhy-з1сз conference abstracts, Uppnala, 10 - 13 July 1990.-Uppsala.- 1990.- V.2.- P.716-718.

12. Курсков С.Ю., Хахаев А.Д. Поляризация, индуцированная столкновениями нейтральных атомов//Х1 Всесоюзная конф. по физике электронных и атомных столкновений. Тез. докл.-Чебоксарн: Изд-во Чувашского ун-та, 1991.- С.80.

13. Курсков С.П., Хахаев А.Д. О механизмах возбуждения п1,3Р-и n1,3D - уровней Не I при столкновении атомов He(11SQ) низких энергий//1П Семинар по атомной спектроскопии.Тез. докл.- И., 1992.- С.63.

14. Kurslcov S.Yu., Khakhaov A.D. Excitation processes In ground state helium atoms collislons//Electronlc and Atomic Collisions: Abstracts of Contributed Papers of the 18 International Conference on PJiysics of Electronic and Atomic Collisions, Aarhua, 1993. - Aarhus, 1993.- V.2.-P.637.

15. Курсков С.Ю., Хахаев А.Д. Сечэлия возбуждения n1,3S -, п1'3Р- и n1,3D - уровней Не I (2<ш$16) при столкновениях атомов гелия//ФИЗМЕТ'Э4: Тез. докл. Первой национальной конференщш с международным участием по проблемам физической метрологии 27 июня - 1 июля 1994 года. Секция А,-С.-Петербург, 1994.- С.15-18. .