Исследование взаимодействия электронов и метастабильных атомов инертных газов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

МИТЮРЕВА АЛЛА АЛЕКСАНДРОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОНОВ И МЕТАСТАБИЛЫ1ЫХ АТОМОВ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ

Специальность 01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена на кафедре оптики Санкт-Петербургского государственного университета

Научный консультант: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физ.-мат. наук, профессор Толмачев Юрий Александрович

доктор физ.-мат. наук, профессор Герасимов Геннадий Николаевич

доктор физ.-мат. наук, профессор Огурцов Геннадий Николаевич

доктор физ.-мат, наук, профессор Хахаев Анатолий Диомидович

Санкт-Петербургский государственный технический университет

Защита состоится /Г 2004 г. в / 5"~ часов на заседании

диссертационного совета Д. 212. 232. 45 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу :

199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб. дом 7/9, СПбГУ

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. М. Горького СПбГУ

Автореферат разослан / ^ ■ & 5 . 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук " 7"),/ , Тимофеев Н. А.

■и миг.

Общая характеристика работы

Проведенные в диссертации исследования посвящены изучению процессов электронно-атомного взаимодействия с участием метастабильных атомов в области средних энергий столкновения (1-102 эВ), при которых эффективность этих процессов достигает максимальных величин.

Актуальность темы диссертации

Изучение рассеяния электронов на атомах, в частности, на возбужденных, в том числе на метастабильных атомах, имеет не уменьшающуюся с годами актуальность. Интерес к этой проблеме объясняется развитием областей науки и техники, имеющими дело с активными средами: с физикой низкотемпературной плазмы, газового разряда, атмосферной физики, физики лазеров, биофизики и др., развитие которых невозможно без количественной информации об элементарных процессах взаимодействия частиц, участвующих в них, в частности, электронов и метастабильных атомов. Метастабильные атомы являются мощными аккумуляторами энергии, обладающими временами жизни, на много порядков величины превышающими время жизни любого другого возбужденного состояния и характеристическое время многих элементарных фото-, био- и электрохимических реакций. Наличие метастабильной компоненты в среде делает последнюю активированной, а в активной системе может быть преодолен потенциальный барьер многих реакций, практически невероятных в обычных условиях. Вероятность рассеяния электронов на возбужденных метастабильных атомах на порядки величины превышает вероятность их рассеяния на атомах в основном состоянии. Таким образом, присутствие метастабильной составляющей в реакции рассеяния, благодаря её специфике, оказывает большое влияние на эффективность и качество процесса взаимодействия. Хотя все сказапное известно довольно давно, до сих пор в литературе отсутствовали надежные и систематизированные количественные характеристики вероятностей взаимодействия электронов с метастабильными атомами, которые не поддавались измерению в прямом эксперименте Отсутствие этих параметров сдерживает прогресс в развитии практических приложений плазмы.

Предложенные и разработанные впервые в настоящей работе прямые экспериментальные методы количественного исследования взаимодействия электронов с метастабильными атомами позволили в значительной восполнить нехватку таких данных и способствовали широкомасштабному изучению обсуждаемой проблемы в других странах.

Диссертационная работа посвящена исследованию двух групп процессов взаимодействия электронов и метастабильных атомов:

1) образованию метастабильных атомов при столкновениях электронов с атомами, находящимися в основном состоянии:

А0 + е = Ат + е - образование метастабильных состояний (ОМС), и

2) возбуждению этих метастабильных атомов электронным ударом на вышележащие уровни:

Атх + е - А** + е - возбуждение метастабильных состояний (ВМС).

Цель и задачи работы

Цель работы состояла

- в систематическом измерении величин сечений процессов ВМС и ОМС для пяти атомов инертных газов от Не до Хе в абсолютной мере и

- в измерении зависимостей этих сечений от энергии возбуждающих электронов в широком диапазоне энергий, гтг >тп мч1*нип постигают максимальных значений;

ЮС. Н Д.НЬНАЯ"

6' ' КА

' 1 ..,рг »»¿С*

- в создании экспериментальных методов для решения этих задач определения абсолютных значений ВМС и определения абсолютных значений сечений ОМС 2-х метастабильных атомов порознь в прямом эксперименте и

- в реализации этих методов в оригинальных экспериментальных установках для проведения соответствующих измерений;

- в анализе всего объема полученных результатов и выявлении закономерностей в сечениях процессов ВМС и ОМС для атомов инертных газов, а также в представлении этих сечений в удобном для приложений виде.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.

1. Исследовать способы создания достаточных для эксперимента плотностей метастабильных атомов и возможности разделения вклада от них и от атомов в основном состоянии для процесса ВМС.

2. Создать и реализовать в прямом эксперименте методы измерения абсолютных величин сечений и функций электронного возбуждения из метастабильных состояний - ВМС.

3. Разработать методы и создать соответствующие экспериментальные установки для измерения абсолютных величин сечений и функций возбуждения в процессе ОМС с учетом необходимости раздельного измерения сечений для двух разных метастабильных состояний атомов инертных газов.

4. Выявить и исключить влияние вторичных процессов на результаты определения ВМС и ОМС сечений, кроме каскадного заселения.

5. Измерить соответствующие сечения и провести их анализ, имея целью установить закономерности рассеяния и сопоставить полученные значения с сечениями возбуждения из основного состояния атома (для ВМС), а также с сечениями возбуждения излучающих уровней (для ОМС).

6. Обобщить и представить результаты определения сечений электронно-атомного взаимодействия в компактной форме, учитывая весь накопленный по данному вопросу материал.

Научная новизна и практическая ценность работы состоит в том, что впервые были измерены абсолютные величины сечений процессов ОМС и ВМС, и впервые создана и научно обоснована методическая база изучения этих процессов. Был создан и разработан ряд новых оригинальных методов исследования, с помощью которых определены абсолютные величины сечений возбуждения большого количества уровней атомов Не, N6, Аг, Кг и Хе в широкой области энергий налетающих электронов и полученные результаты представлены в компактном и удобном для приложений виде, а именно:

• впервые в мировой практике поставлена актуальная научно-исследовательская задача и созданы не плазменные методы измерения абсолютных величин сечений и зависимостей их от энергии возбуждающих электронов на основе пространственного и временного разделения метастабиль-образующего и метастабиль-возбуждающего электронных ударов для процесса ВМС (несколько разных методов);

• эти методы апробированы и реализованы в задаче систематического измерения сечений взаимодействия электронов с метастабильными атомами инертных газов (Не, Ие, Аг, Кг, Хс) и впервые определены соответствующие абсолютные значения величин сечений;

• в результате проделанных исследований впервые выявлены закономерности как в величинах, так и в форме энергетических зависимостей сечений ВМС, и сделаны соответствующие обобщающие заключения;

• впервые созданы методы измерения в абсолютной мере интегральных сечений образования каждого из метастабильных состояний атомов на основе двух новых вариан гов оптического метода поглощения;

• разработанные методы апробированы и реализованы в задаче систематического измерения сечений образования метастабильных 3Рг и 3Р(, атомов инертных газов Ne, Ar, Кг, Хе электронным ударом и впервые получены соответствующие значения сечений;

• в результате проведенных измерений впервые определено, что для тяжелых инертных газов сечения электронного возбуждения, измеряемые путем регистрации метастабильных агомов, являются сугубо эффективными величинами, и метастабильные состояния практически полностью заселяются за счет каскадных переходов;

• для наиболее исследованных в литературе атомов гелия и api она впервые представлены обобщающие значения сечений возбуждения электронами на метастабильные и излучающие уровни из основного состояния и из метастабильных -на вышележащие уровни.

Практическая ценность работы. Определенные величины сечений являются атомными константами и, помимо академическою, представляют интерес для многих областей науки и техники, где возможны процессы, связанные с присутствием свободных электронов:

• они способствуют правильному пониманию механизма процессов, протекающих в низкотемпературной лабораторной и технической плазме, в верхних слоях атмосферы и астрофизике;

• служат оптимизации работы лазеров и, в частности, могут повысить коэффициент полезного действия работы электроионизационных лазеров на смесях с инертными газами за счет учета ВМС процесса;

• способ представления сечений рассеяния в обобщенной и компактной форме, учитывающий всю совокупность экспериментальных и теоретических данных, и позволяющий определенным образом "сжать" эту информацию до обозримого предела, должен существенно облегчить и повысить качество ее использования в приложениях;

• предложенные в работе методы могут быть использованы при исследовании других процессов электронно-атомных столкновений и имеют самостоятельный интерес.

Как сказано, подавляющее большинство представленных в диссертационной работе результатов получено впервые. Результаты работы использованы в экспериментальных и теоретических исследованиях отечественных и зарубежных авторов по физике лазеров, атмосферной и плазменной физике и физике столкновений. Многие результаты работы освещены в справочнике, статьях и докладах обзорного характера, а также используются в лекционных курсах, читаемых на кафедре оптики физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета, в Московском государственном университете.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Создание и реализация прямых методов изучения процесса возбуждения электронов из метастабильных состояний атомов в вышележащие, основанных на пространственном и временном разделении метастабиль-образующего и метастабиль-возбуждающего электронных ударов.

4

i

2 Абсолютные величины сечений электронного возбуждения атомов инертных газов Не, Ne, Аг, Кг и Хе из метастабильных состояний на вышележащие S, Р, D - уровни и зависимости этих сечений от энергии налетающих электронов

3 Создание и реализация метода измерения интегральных сечений электронного образования двух разных метастабильных состояний атомов порознь на основе нового варианта оптического метода поглощения в абсолютной мере.

4. Абсолютные величины сечений электронного возбуждения атомов инертных газов Ne, Аг, Кг и Хе из основного состояния на 3Рг и 3Ро метастабильные уровни.

5. Сечения электронного возбуждения из метастабильных состояний нижних уровней атомов инертных газов на 1-3 порядка величины превосходят соответствующие сечения возбуждения из основного состояния атома

5 Электронное образование метастабильных атомов тяжелых инертных газов определяется эффективным сечением, и метастабильные состояния их практически полностью заселяются за счет каскадных переходов с вышележащих уровней.

6 Предсчавление совокупного результата для сечений возбуждения в физике электронно-атомного взаимодействия, учитывающего все данные, полученные в эксперименте и теории, позволяющего представить их в компактной форме и выявить на основе этого закономерности в сечениях.

7 Определенные при этом подходе значения сечений процессов электронною возбуждения атомов Не и Аг на метастабильные и излучающие уровни из основного состояния и из метастабильных - на вышележащие.

8 Закономерности в сечениях S-, Р-, D- термов атома гелия для процессов возбуждения из основного и метастабильного состояний Корреляция в величинах сечений 2р-уровней атома аргона, возбужденных из метастабильных 3Рг и 3Ро состояний, с соответствующими силами осцилляторов Выполнение правила подобия для уровней аточа гелия, возбужденных из метастабильных состояний Выравнивание в величинах эффективных сечений возбуждения резонансных и метастабильных lsj.5 уровней атомов тяжелых инертных газов за счет каскадного заселения.

Апробация работы

Результаты вошедших в диссертацию исследований представлены

- на EX, XV, XVI, XVII, XVIII, XX, ХХШ Международных конференциях по физике фотонных, электронных и атомных столкновений (ICPEAC: Систл, 1975; Брайтон, 1987, Нью-Йорк, 1989, Брисбен, 1991; Орхус, 1993; Вена, 1995; Сюкюльм, 2003),

- на V Европейской конференции по атомной и молекулярной физике (ЕСАМР: Эдинбург, 1995),

- на 31 и 34 Европейских труппах по атомной спектроскопии (EGAS- Марсель, 1999; София, 2002),

на Объединенной европейской и национальной астрономической встрече, сопутствующий коллоквиум "Атомные и молекулярные данные для астрофизики" (JENAM-2000: Москва, 2000),

на Международном семинаре по физике электронных и атомных столкновений (ISPEAC: Клязьма, 2001),

- на VI - XI Всесоюзных конференциях по физике электронных и атомных столкновений (ВКЭАС' Тбилиси, 1975, Петрозаводск, 1978; Ленинград, 1982; Рига, 1984; Ужгород, 1988; Чебоксары, 1991),

- на XX Всесоюзном съезде по спектроскопии (Киев, 1988),

- на Международной конференции по физике низкотемпературной плазмы (ФНТП. Петрозаводск, 1995),

- на IV Всесоюзном совещании по атомным данным для астрофизики (Ленинград, 1991),

- на V, VI Конференциях и П, Ш семинарах - Атомные данные для астрофизических исследований (С Петербург, 1993; С Петербург, 1995; С.Петербург, 1998; С.Петербург, 2000),

- на I, Ш и IV семинарах по атомной спектроскопии (Ростов-Великий, 1990; Черноголовка, 1992, 1993).

Обобщение результатов работы приведено в Справочнике констант элементарных процессов с участием атомов, ионов электронов и фотонов (п/ред А.Г Жиглинскою, С.Петербург, 1994, гл. 2),

- публикациях в журналах I РЬук В 1994, Оптика и спектроскопия: 1989, 1999, 2002; и докладах на

V Всесоюзной школе по физике электронных и атомных столкновений (Бакуриани, 1980),

ХХШ Международной конференции по физике фотонных, электронных и атомных столкновений (Стокгольм, 2003),

- IV Всесоюзном совещании по атомным данным для астрофизики (Ленинград, 1991),

- Всесоюзных и региональных семинарах по спектроскопии и физике электронно-атомных столкновений и семинарах по астрофизике (Ужгород, 1976; Ростов -Великий, 1990; Черноголовка, 1992-1993; Санкт-Петербург, 1993, 1995,1998,1999).

Публикации и личный вклад

Теме диссертации посвящено 56 публикаций; основное её содержание изложено в работах, ссылки на которые приведены в конце автореферата. Постановка задач, способы решения и полученные при этом основные результаты принадлежат автору В диссертацию включены данные самостоятельных исследований автора, из совместных работ - результаты, полученные под её научным руководством, и при непосредственном участии.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из девяти глав и заключения. Она изложена на 411 странице, включая 247 страниц текста, 132 рисунка, 43 таблицы и список литературы из 344 наименований.

Содержание работы

Задачи, решаемые в диссертации, целиком посвящены исследованию взаимодействия электронов и метастабильных атомов: образованию метастабильных атомов электронным ударом и разрушению их электронами с возбуждением вышележащих состояний. Эти процессы изучены для весьма важного и для теории, и для приложений случая метастабильных атомов инертных газов.

До настоящей работы было известно, что роль названных процессов очень велика во многих активных средах, но конкретных данных по вероятностям их протекания практически не было Не было не только величин сечений, измеренных в прямых экспериментах, но не существовало и методов измерения. В настоящей работе предложены и разработаны прямые методы изучения ОМС и ВМС процессов и измерения соответствующих им сечений. Было разработано несколько вариантов методов, они были апробированы, развиты и использованы нами для измерения абсолютных величин сечений и зависимостей этих сечений от энергии электронов для всех пяти исследованных инертных газов от гелия до ксенона.

Кроме того, поскольку, по нашему мнению, помимо получения новых результатов по сечениям и стремления увеличить точность их определения, настало время проводить и

обобщения, мы предложили сделать это следующим образом Использовать известный способ интерполяции по набору данных для сечений, но в качестве такого набора брать не данные какого-либо одного подхода, метода или приближения, как это обычно принято, а всю совокупность данных всех имеющихся работ по этому вопросу.

В главе I обоснована аиуальность темы исследования и место последней в физике столкновений, вводятся основные понятия и определения применительно к изучению электронно-атомного взаимодействия. В ней сформулированы цель исследования и конкретная задача изучения взаимодействия электронов и метастабильных атомов

Глава П, в первой своей части, посвящена рассмотрению понятия метастабильного состояния вещества в его макро- и микро- представлении, сформулированы основные свойства, характеристики и особенности этого важного понятия.

В двух последующих параграфах главы рассмотрены и проанализированы возможные экспериментальные способы создания атомов в метастабильных состояниях, способы регистрации их и способы удержания атомов в метастабильных состояниях, а также приведены в табличном виде основные спектральные характеристики метастабильных состояний атомов инертных газов.

Глава III посвящена разбору методов измерения разных величин, необходимых при определении сечения электронно-атомного взаимодействия в прямом эксперименте Сформулирован принцип классификации этих методов по признаку их действия в одном из 3-х главных узлов эксперимента по рассеянию, каковыми являются источник электронов, мишень, или зона взаимодействия, и детектор продуктов реакции. Рассмотрены в общих чертах возможные пу1и исследования и выбран как единственно пригодный в наших условиях способ пропускания пучка моноэнергетических электронов рехулируемой энергии через разреженный газ, что явилось опорным пунктом в задаче создания методов изучения процессов ОМС и ВМС. Рассмотрено влияние побочных факторов на измеряемые величины и указано на необходимость априорного выполнения нескольких обязательных требований к проведению эксперимента

В параграфах 2 и 3 разобраны первые два основных узла экспериментальной установки Рассмотрены различные способы создания электронных пучков, эмиссионные свойства разных катодов и формирующие пучок системы элекгродов Большое внимание уделено типам использованных катодов. Проанализированы структуры возможных типов зон взаимодействия электронов с мишенью и показано, чго наилучшей является камера столкновения в газовой ячейке.

В 4-ом параграфе описан использованный в работе способ детектирования продуктов реакции, основанный на регистрации возбужденных атомов методами лучеиспускания и поглощения света. Оптический метод в настоящей работе рассматривается как базовый способ измерений, на основе которого разрабатываются конкретные оригинальные методы изучения непосредственно процессов ОМС и ВМС и определения их сечений. Метод лучеиспускания используется для регистрации возбужденных излучающих атомов как продуктов взаимодействия в реакции ВМС, а метод поглощения используется, с одной стороны, для регистрации метастабильных возбужденных атомов как продукта реакции, образованного в результате процесса ОМС, и с другой - для регистрации исходного для реакции состояния, из которого осуществляется возбуждение, в реакции ВМС.

В этом и последующем параграфах выведена основная формула для определения величин сечсний возбуждения атомов электронным ударом на основе данных избранного базового меюда исследования - "электронный пучок в газовой ячейке с ошической регистрацией продуктов взаимодействия".

В 6-ом параграфе излагается суть предлагаемой концепции получения совокупного обобщенною результата для сечений электронно-атомного взаимодействия вообще, и для процессов ВМС и ОМС, в частности.

Глава IV посвящена описанию базовой части экспериментальной установки, являющейся общей для обоих случаев исследования ВМС и ОМС процессов, способам измерения основных величин, входящих в формулы для определения значений сечений, и условиям проведения эксперимента.

Возбуждение происходит в камере той или иной конструкции, в зависимости от решаемой задачи, заполненной исследуемым газом и содержащей внутри себя электронную пушку и коллектор электронов. Камера представляет собой стеклянный, или кварцевый, или металлический баллон со стеклянным или кварцевым окном для выхода излучения, возникающего при бомбардировке газа электронами пучка

Оптическая система установки состоит из монохроматора СД-2 с дифракционной решеткой, фотоумножителя, усилителя (постоянного тока или импульсного) и регистрирующего прибора (аналоговый вольтметр, счетчик импульсов) Абсолютные яркости линий находились сравнением световых потоков трубки возбуждения и стандартного источника излучения. В видимой области спектра стандартным источником излучения сплошного спектра служила отградуированная во ВНИИМе лампа накаливания с вольфрамовой полоской СИ-Ю-ЗООу. Абсорбционные измерения производились с помощью вспомогательного источника излучения, в качестве которого использовалась лампа с полым катодом, наполненная тем же газом, что и газовая ячейка Работа велась в режиме, соответствующем допплеровскому уширению линий испускания и поглощения. Проводился учет сверхтонкой структуры (СТС) линий; ее роль в случае Ие и Аг была пренебрежимо малой, в Кг и особенно в Хе - большой, и СТС - весьма сложной.

Конкретные параметры каждой из установок для непосредственного изучения процессов ВМС и ОМС приведены в соответствующих главах.

Во втором парахрафе изложена меюдика измерения интенсивностей спектральных линий 1ь, плотностей возбуждаемых атомов Л/, и плотностей яг возбуждающих электронов со скоростями входящих в формулу для величин сечений возбуждения

линии Хь: **<*«> = У » 1 ■ <»>

В работе обсуждаются особенности условий эксперимента при исследовании процесса ВМС в гелии и неоне и особенности экспериментов с двухимпульсным пучком электронов.

Одним из важных моментов при исследовании процессов взаимодействия в прямом эксперименте с электронным пучком в газовой ячейке является требование выполнения ряда условий для соблюдения уравнения баланса скоростей возбуждения и разрушения

к-1

частиц в виде: Т-е- когда из всех процессов

7=0

заселения уровня к существенно только электронное возбуждение из состояния / с сечением (у,) (и неизбежные каскадные переходы а из процессов

Ык+\

разрушения - спонтанное излучение (или гибель на стенках камеры возбуждения для метастабильных атомов), здесь А1к и Ак1 - вероятности спонтанных переходов, N. и Л' -концентрации возбужденных атомов в состояниях к и / На выполнении этого 1ребования, собственно говоря, и зиждется принцип метода, качество и чистота проводимого эксперимента. Выяснению и формулировке этих условий посвящен третий параграф настоящей главы. В нем показано, что из всего набора возможных, в принципе, процессов

электронно-атомного, атомно-атомного и ионно-атомного взаимодействий в общем уравнения баланса при малых плотностях исследуемого газа и малых плотностях электронного пучка всеми процессами, которые можно назвать побочными по отношению к прямому электронному возбуждению и спонтанному разрушению, входящим в формулу (1), можно пренебречь.

Критерием малости является, в первую очередь, соотношение Х(р)» Л , где Л -характерный размер области столкновений по пути электронного пучка, а Я- длина свободного пробега электронов в газе с давлением р. Также критерием малости могут служить такие величины токов и давлений, при которых вклад побочных процессов в регистрируемый сигнал по оценкам не превышает одного - нескольких процентов по сравнением с прямыми Проверкой отсутствия побочных процессов в выбранных условиях является линейность зависимостей интенсивностей спектральных линий 1ц от давления газа и тока электр0нн01 о пучка.

Вопрос о влиянии каскадного заселения на измеряемое сечение также является принципиальным Он важен в том случае, когда из продуктов реакции регистрируется новое состояние мишени, как, например, в оптическом методе. Дело в том, что в подавляющем большинстве экспериментальных работ сечение ОМС находится не путем регистрации рассеянных электронов, а путем регистрации образовавшихся метасгабильных атомов, а они, кроме прямою электронного удара, могут бьиь заселены еще и каскадным процессом; то же относится и к сечениям ВМС В работе детально обсуждены понятия прямого, оптического и эффективного - О^ сечений возбуждения, последние из которых как раз и включают каскадный вклад Такой разбор нам кажется не бесполезным, поскольку есть не единичные факты неверного сопоставления несопоставимых данных, которые приводят к ошибочным выводам (гл VI)

Последующие четыре главы диссертации посвящены изложению конкретных разработанных способов определения искомых сечений, полученным результатам и их анализу.

Главы V и VI посвящены процессу ОМС - образования метасгабильных атомов инертных газов Вначале дана краткая характеристика других, использовавшихся ранее методов, указаны их возможности и ограничения в связи с измерением интегральных сечений в широкой области энергий порознь для каждого отдельного метастабильного состояния. Во втором параграфе главы V описан метод многопроходной системы с наклонным падением лучей при измерениях относительного поглощения

Чувствительность метода относительного поглощения "линии линией" часто бывает недостаточной для точных измерений, поэтому нами был разработан прием, повышающий её Один из способов увеличения чувствительности основан на принципе усиления эффекта (в данном случае величины относительного поглощения) системой многократных отражений Была предложена очень простая система с двумя плоскими зеркалами при наклонном падении лучей на них, и получен ощутимый выигрыш в чувствительности без заметных потерь света В диссертации подробно рассмотрена система с "п " проходами, показано, что в условиях тонкого луча во столько же раз увеличивается эффективная длина поглощающего слоя, проделан расчет для соотношения степени надежности метода в условиях шумящей системы, и предложенная система сравнена с системой двух полупрозрачных зеркал На основании всего этого сделан следующий вывод- применение зеркальной системы с наклонным падением лучей при использовании обычных зеркал с коэффициентом отражения г ~ 0.8 позволяет увеличить шм лощение А в несколько раз (5+10 раз) и иметь выигрыш в отношении сигнал /шум в несколько раз. При этом величину коэффициента отражения г знать не требуется.

Специально проведенпый нами эксперимент по измерению концентрации метастабильных атомов аргона по поглощению на линиях Я 811.5 нм и Я 763 5 нм показал, что применение системы зеркал с пятью проходами позволило увеличить практически не измеримый ранее сигнал в пять раз и довести его до уровня надежно измеримого Во всех работах по определению ОМС тяжелых инертных газов нами была использована многопроходная оптическая система с двумя плоскопараллельными зеркалами с числом проходов, как правило, равным трем, как наиболее оптимальным.

В третьем и четвертом параграфах изложены новые методы измерения сечений ОМС процесса В качестве базового, использован метод поглощения для определения концентраций образующихся метастабильных частиц, а для определения эффективного времени жизни метастабильных состояний мы предложили в работе [с.8] *1 использовать вариант метода сдвига фазы в поглощении. Можно идти и более простым путем. В [с. 17] нами показано, что можно, минуя раздельное нахождение концентраций и времен жизни, находить непосредственно величину сечения из частотной (или временной) зависимости » относительного поглощения При этом результат не зависит ни от конкретной геометрии

задачи переноса метастабильных атомов и вида краевых условий, ни от распределения метастабильных атомов по объему, ни от контура линии поглощения, что обычно вызывает затруднения при интерпретации результатов, полученных методом поглощения.

В пятом параграфе описан эксперимент по определению сечений ОМС тяжелых инертных газов аргона, криптона и ксенона, а в 6-ом - конкретные условия и параметры экспериментов для каждо1 о элемента.

Источник электронов собран на основе электронной лампы 6П45С с протяженным катодом для увеличения оптической длины при регистрации метастабильных атомов методом поглощения Плотность тока в пучке составляла 1 + 3 мА/смг, монокинетичность - ДЕ ~ 0.7 эВ. Размер рабочей области пучка электронов составил 4.5 х 0.7 х 0.2 см3, где размер вдоль распространения электронного пучка равен 0.2 см и поперек - 4.5 см, что соответствует направлению вдоль зондирующего оптического пучка.

В главе VI приведены результаты определения эффективных сечений образования метастабильных атомов инертных газов электронным ударом

8 1 Гелий Экспериментальному и теоретическому исследованию гелия посвящено значительное число работ, данные которых, по большей части, хорошо согласуются друг с другом, хотя и имеются результаты, заметно отличающиеся от основной массы Мы не проводили собственных измерений сечений ОМС гелия по причине его достаточно хорошей изученности, и в справочнике [с 16] на основании рассмотрения всех имеющихся данных приводим рекомендуемые значения интегральных сечений образования метастабильных 2'во и 2 38; состояний атома гелия электронным ударом в максимумах функций возбуждения В [с 13] при использовании метода аппроксимации (гл IX), мы определили обобщенные значения максимальных величин этих сечений, которые демонстрируют превосходное согласие результатов, полученных при совершенно разных подходах' в одном случае при экспертной оценке разных работ и выборе из них наиболее качественного результата, во втором - при объективном рассмотрении все* имеющихся данных и их соответствующей обработке (см гл. IX § 3) Это весьма приятный вывод, однако, он касается только гелия, поскольку этот элемент, в отличие от других, довольно хорошо исследован.

§ 2 Неон Измеренные нами сечения ОМС неона опубликованы в работе [с 3] Зависимости сечений от энергии электронов были исследованы наиболее подробно в

Ссылка с буквой "с " означает статью из списка собственной литературы с соответствующим номером.

области максимума кривых от порога возбуждения до -30 эВ При больших энергиях электронов на кривых наблюдался подъем, который связан с каскадным заселением метастабильных уровней из 2р,Зр-состояний. Учет каскада производился расчетным путем по исследованным сечениям возбуждения вышележащих уровней и известным вероятностям переходов для них. Для величин сечений в максимумах / (Е) мы получили следующие значения: 0(3Р2) - 3.4«10"18 см2, £(3Ро) ~ 1.3«10'18 см2 Измеренные значения являются практически первыми результатами по сечениям ОМС 3Р2 и 3Ро уровней неона

$ 3 Аргон. Аргон является наиболее исследованным элементом среди тяжелых инертных газов. Нами впервые были измерены эффективные сечения возбуждения 3Р2 и 3Р„ метастабильных состояний атома аргона электронным ударом методом поглощения в частотном представлении По сравнению с работой [с.З] была использована более совершенная по конструкции и параметрам трубка возбуждения, что позволило увеличить чувствительность и наблюдать сечение возбуждения метастабильного состояния 3Р2 Аг I до порога появления каскадов. При больших энергиях электронов результаты измерения сечений 3Р2 и 3Р0 - уровней являются эффективными - О?1* , т.е. включают в себя прямое возбуждение и каскадное заселение О1'" = Х^/ш с вышележащих уровней Сечения

I

(У1* в максимумах функций возбуждения, расположенных при Е ~ 18эВ, составили 3 4* 10'17 и 0.9-10"17 см2, соответственно.

Эффективное сечение 0е11 есть комбинация атомных констант, т е. тоже является константой. Чтобы определить долю каскадного вклада, можно измерить сечспия этих каскадных линий и вычесть их - должны получить сечения уровней 3Р2 и 3Р0 Известно, что большая доля каскадного заселения метастабильных состояний происходит с уровней 2р (обозначения по Пашену) В литературе есть данные для сечений возбуждения рада спектральных линий с этих уровней, участвующих в каскаде на 1Р: - и 3Ро - состояния Поскольку сопоставление их между собой обнаружило некоторое противоречие, то мы измерили сечения возбуждения нескольких наиболее сильных каскадных линий, оканчивающихся на метастабильных уровнях Измерения показали, что каскадный вклад в заселение метастабильных уровнен аргона очень велик. Он практически полностью определяв! заселение метастабильных уровней при энергиях выше появления каскадов Отметим, что аналогичный результат наблюдается и при исследовании электронного возбуждения резонансных уровней аргона, для которых каскадное заселение тоже большое Из сказанного следует, что таким путем учесть каскадную долю, видимо, нельзя' результат должен быть малой разностью двух больших величин, а такая задача является некорректной.

ИВ криптоне, как в аргоне, сечения измерены методом поглощения в частотном представлении Поглощение измерялось на линиях А 811 3 нм и А 806 0 нм, заканчивающихся на 3Р2- и 3Ро- уровнях, соответственно. Учет сверхтонкой структуры привел к небольшой поправке в величине поглощения, составляющей примерно 15%

Результаты измерения эффективных сечений возбуждения ОМС уровней 3Р2 и 3Р0 криптона представлены на рис 1

Как и в аргоне, основной вклад в образование метастабильных уровней дают каскадные переходы. Сечения возбуждения основных каскадных линий в криптоне были измерены методом лучеиспускания с нормировкой их на сечение возбуждения линии А 811.5 нм Аг I, которое известно достаточно хорошо: измерено нами [с.5] и в литературе. На рис 1 видно, что включение каскадов приводит к излому на функции возбуждения 3Р2 - уровня вблизи порога появления каскадов.

Рис 1.

Сечения возбуждения мегастабилыгых 3Р2 и ЯР0 уровней К1 I

1 - эффективные сечения;

2 - сечение 3Р2 - уровня, полученное вычитанием каскадов;

Т - порог появления каскадов.

Величины эффективных сечении в максимумах функций возбуждения, находящихся при Е ~ (16+17) эВ для 3Р2 - и 3Ро - уровней составили, соответственно, 3.9-10"'7 и 1.0-1017 см2.

¡5 5. Ксенон Измерения в ксеноне производились тем же методом, что в Аг и Кг, использовалась та же установка и, практически, в тех же условиях. Заметим, что ксенон -наименее исследованный элемент среди инертных газов Измерено абсолютное значение эффективного сечения возбуждения атома ксенона на метастабильный уровень 3Р2 электронным ударом.

Поглощение регистрировалось на линии Я 881.9 нм 6s 3Р2 - 6р 3D3. Учитывалась сверхтонкая структура (СТС) линий Хе, и для Я 881.9 нм величина поправки на структуру оказалась очень велика - w = 0 3 Учет СТС приводит к уменьшению поглощения (w — 1 без учета СТС) Большая величина поправки w соответствует сильному уменьшению величины иоиющения за счет структуры спектральной линии, и но этой причине мы не могли достаточно надежно провести измерения на малозаселенном метастабильном уровне 6s 3Р0 Хе.

При больших энергиях электронов эффективное сечение возбуждения 3Р2 Хе I включает в себя каскады и в максимуме, при Е =15 эВ, составляет 4 6* 1017 см2. От nopoia возбуждения 3Р2 - уровня (8.31 эВ) до порога появления каскадов (9 72 эВ) кривая представляет собой сечение прямого возбуждения уровня 3Р2 . Для оценки вклада каскадов было измерено сечение возбуждения линии Я 881 9 нм, являющейся одной из основных в каскадном заселении. В максимуме при Е =14.5 эВ оно составило 3.8 • 10 см2. Видно, что и в Хе основной вклад в возбуждение уровня 3Р2 электронами дают каскадные переходы.

В 6-ом параграфе приводится общий резулыаг, дается анализ полученных данных по величинам сечений ОМС и обсуждаются закономерности Все определенные нами сечения ОМС инертных газов сведены в 1абл. I.

Таблица I Сечения электронного возбуждения метастабильных состояний атомов инертных газов в максимумах функций возбуждения в единицах 10'"1 см2.

Сечения прямого электронного возбуждения Эффективные сечения

уровень Не уровень Ne Аг Кг Хе

23Si 5.14 п3Р2 3.4 34 39 46

2 'So 4.48 п3Р0 1.3 9 10 -

Из наших измерений следует главный вывод о том, что доминирующим процессом в заселении метастабильных уровней атомов тяжелых инертных газов при энергиях вблизи максимума функции возбуждения является каскадный процесс. Этот вывод подтверждается совпадением (в пределах ошибки эксперимента) эффективных сечений возбуждения метастабильных атомов с суммой оптических сечений возбуждения спектральных линий, участвующих в каскаде на эти уровни

Главы седьмая и восьмая посвящены обсуждению разработанных методов исследования ВМС - процесса и результатам этого исследования для инертных газов.

В параграфе 1-ом главы УП предложены два подхода к решению проблемы определения сечений ВМС - так называемые' 1) - пространственное и 2) - временное разделение метастабилъ-образующего и метастабилъ-возбуждающего электронных ударов. Предварительно обсужден известный ранее газоразрядный способ исследования ВМС процесса и показано, что этот метод имеет богатые возможности, но не пригоден для измерений собственно сечений ВМС. Одним из достоинств плазменного метода является возможность формирования мишени сравнительно высокой плотности, что было использовано нами и составило суть первого из предложенных нами методов - метода пространственного разделения зон метастабиль-образующего и метастабиль-возбуждающего электронных ударов в системе "Плазма-пучокВ методе "плазма-пучок" использовалась плазма тлеющего разряда в газоразрядной трубке, соединенной стеклянным патрубком с трубкой возбуждения, содержащий пучок моноэнергетических электронов.

В системе " трех электронных пучков" предлагается создать пригодную для измерений плотность метастабильных атомов моноэнергетическими электронами достаточно мощного электронного пучка. При этом в принципе, можно избирательно заселять отдельные метастабильные состояния за счет регулирования энергии электронов, можно также увеличить плотность возбужденных атомов, подбирая скорость электронов, соответствующую максимальной вероятности образования метастабильных частиц. Мы разработали систему трех пространственно разделенных электронных пучков - два из которых создают метастабильные атомы, а один, находящийся посередине, возбуждает последние в вышележащие состояния.

Идея пространственного разделения электронных пучков иллюстрируется рис 2, а),

Рис. 2 а)

Рис. 2 Ь)

N0

II Ецмс

| Гц' ?

а временного разделения - рис 2, Ь).

~ТГ~

Евмс _

Л

еИ

Еомс

Способ временного разделения метастабиль-образующего и мстастабиль-возбуждающего электронных ударов состоит в следующем Имеется один импульсный пучок электронов (рис.3). Первый импульс (I) с энергией, соответствующей максимальной вероятности, образует метастабильные атомы (рис.2, Ь), второй импульс (или постоянное напряжение) - (II), с энергией, соответствующей только ВМС - процессу, возбуждает эти метастабильные атомы. Сгробирующий импульс, сдвинутый во времени на задержку т, при которой все возбужденные атомы, за исключением метастабильных, успевают релаксировать, используется в схеме регистрации оптического сигнала Преимущество временного способа - в сравнительной простоте установки, а также в большой гибкости эксперимента. В нашей работе этим методом выполнено наибольшее количество измерений. Блок-схема экспериментальной установки, соответствующей временному разделению, представлена на рис. 3.

В параграфах 2-4 этой главы подробно рассмотрены особенности всех трех методов и соответствующих им экспериментальных установок, а в параграфе 5 описаны условия экспериментов и приведены конкретные параметры для каждого из исследованных элементов. Все предложенные в работе меюды позволяют измерять функции возбуждения ВМС процесса и абсолютные величины сечений ВМС.

Функции ВМС мы определяем из экспериментальных кривых зависимостей яркостей спектральных линий от энергий электронов в области, которая заключена между порогами ее возбуждения из метастабильного состояния (ВМС- процесс) и возбуждения из основного состояния (ВОС), т.е. в интервале энергий между порогами ВМС и ВОС возбуждения Евмс = ЛЕВМС + ДЕвас . Выше порога прямого возбуждения кривая яркости определяется только процессом ВОС возбуждения, так как вклад ВМС возбуждения при этих энергиях пренебрежимо мал (отношение соответствующих сигналов составляет три -четыре порядка величины), и она совпадает с функцией ВОС возбуждения л ой линии

Калибровка сечений в абсолютную меру производилась путем измерения отношения интенсивностей исследуемой линии при заданных энергиях, соответствующих только прямому - ВОС и только - ступенчатому - ВМС процессам ее возбуждения, и далее рассчитывалась при условии известного сечения ВОС возбуждения, которое обычно выполняется Измерялись потоки электронов п, у, при соответствующих энергиях возбуждения, концентрации нормальных N0 и метастабильных Мт атомов и отношение У = /1„, оптических сигналов лучеиспускания при ВМС и ВОС возбуждении. Величина у есть отношение чисел квантов, испущенных в одну и ту же спектральную линию Хк[, идущую с уровня к на уровень /, но при разных энергиях электронов,

соответствующих процессам ВМС и ВОС ее возбуждения. Сечения ВМС возбуждения qh""' линии (либо Qmk - уровня к, исходного для нее) находилось из формулы

„ »MC — Я"*)В0С N<> ВОС Чь 4" '

где qklBOC- известное сечепие ВОС возбуждения этой линии (либо уровня к).

Отметим как большое достоинство такого способа определения абсолютных величин ВМС сечений, отсутствие необходимости проведения абсолютных измерений величин яркостей спектральных линий, что всегда (а в случае измерения малых сигналов ВМС - особенно) вызывает определенные трудности и является источником потенциально не малой погрешности.

Предложенный способ измерения сечепий был применен нами и позволил получить абсолютные величины сечений и функции ВМС возбуждения большого числа линий и уровней атомов аргона, криптона и ксенона. Во всех трех случаях, для аргона, криптона и ксенона, мы могли положив, чго ВМС - возбуждение осуществляется главным образом из метастабильного состояния np*(n-l)s 3Р2. В условиях наших экспериментов плотности атомов в 3Pi и 'Р, - состояниях находились ниже nopoia чувствительности установки, а плотность атомов в 3Ро - состоянии примерно на порядок величины меньше, чем в 3Р:.

Резюмируя, отметим, что разработанные нами разные подходы и методы изучения ВМС - процесса путем пространственного или временного разделения фаз перевода аюмов сначала из основною в метастабильное, а потом из мегастабильною в исследуемое состояние, создание необходимых условий для единственно электронного возбуждения эхих сосшяний, применение высокосслсктивного способа оптической регистрации продуктов реакции, являются, по всей видимости, наилучшими методами исследоеания ВМС - процесса в прямом эксперименте, поскольку все последующие работы, посвященные этому вопросу, в той или иной степени повторяют эти разработки. Главными достоинствами описанных методов являются'

• проведение прямо! о эксперимента, т.е. изучение единственно исследуемого процесса в условиях практического отсутствия побочных процессов,

• создание достаточно высоких для измерений плотностей метастабильной мишени,

• высокая селективность и надежность оптических измерений,

• возможность измерения энергетических зависимостей сечений ВМС - функций возбуждения,

• возможность измерения величин сечений ВМС в абсолютной мере,

• замена необходимости получения избыточной информации об абсолютных величинах яркостей оптических линий при ВМС и ВОС процессах на их отношение,

• гибкость и относительная простота эксперимента.

Пять параграфов главы VUE посвящены обсуждению результатов определения сечений электронного возбуждения из мстастабильных состояний для каждого из пяти исследованных атомов инертных газов.

Исследование эффективности процесса ВМС в гелии проводилось в системе "плазма-пучок". Исследовано ВМС - возбуждение атомов Не электронным ударом из 2''3S метастабильных состояний, причем основная доля возбуждения идет из триплетного состояния, как значительно более заселенного по сравнению с синглетным. Измерены и вычислены ВМС сечения наиболее интенсивных линий в спектрах: АА 388.9, 501 6, 447.1, 667.8 нм и соответственно уровней, исходных для них: 33Р, З'Р, 43D, 3 D . Измерены абсолютные величины сечений и функции возбуждения этих уровней и линий. Проделан расчет по нескольким классическим и полуэмпирическим формулам (формулам Стаблера

Грижинского, Томсона и Дравина), в борновском приближении по таблицам [1], и полученные данные сопоставлены с экспериментом.

В результате измерений установлено, что функции ВМС характеризуются узким максимумом, расположенным при энергии электронов, в 15 + 2 раза превышающей пороговую. Форма функций ВМС спектральных линий, верхние уровни которых характеризуются разной мультиплетностью, различна - форма функции ВМС линий, идущих с синглетных уровней, описываются кривыми с более узким максимумом по сравнению с функциями линий, идущих с триплетных уровней. Причина такого различия, как и для процесса ВОС, состоит в разной зависимости сечений от энергии электронов для переходов без обмена и с обменом налетающего и валентного электронов В соответствии с этим спад кривых функций ВМС за максимумом близок к зависимостям Е' и Ki изменения сечений с энергией электронов, что находится в согласии с теорией [2, 3]. В работе сделан вывод, что основная доля ВМС возбуждения в атоме гелия происходит с триплетных метастабильных уровней.

Абсолютные величины сечений ВМС определялись по известным сечениям ВОС и отношению интенсивностей линий в максимумах функций ВМС и ВОС. Измеренные значения сечений ВМС линий были использованы для расчета сечений ВМС уровней, исходных для них: 31,3Р, 3'D, 43D. Необходимые значения вероятностей переходов линий Hei взяты из стандартных таблиц [4, 5]. Полученные сечения являются эффективными. Каскадное заселение названных уровней не определялось.

Исследование атома неона осуществлялось также методом "плазма - пучок". В системе "плазма - пучок " в условиях газового разряда с параметрами его, близкими к нашим, заселенности излучающих резонансных 3Р; и 'Pj - уровней оказываются сравнимыми с заселенностью метастабильных 3Род - уровней, и поэтому игнорировать 3Pi и 'Pi-состояния мы не могли и рассматривали ВМС - возбуждение со всех четырех уровней 3Ро 12 и 'Р: электронной конфигурации 2ps3s Были измерены сечения возбуждения наиболее сильных линий в спектрах ВМС, это линии: АА 585.2 им, 640.2 нм Ne I и А 332.4 нм Ne П. Функции возбуждения и абсолютные величины сечений измерялись тем же способом, что и в гелии.

Измерения показали, что

1) Функции возбуждения ВМС атомных линий имеют характерную форму с максимумом значительно более узким, чем максимум f(E) процесса ВОС: быстрый рост f(E) за порогом возбуждения, максимум при энергиях, в 1.5-2 раза превышающих пороговую, и затем быстрый спад. В области энергий, соответствующих процессу ВОС, доля возбуждения из метастабильных состояний, пренебрежимо мала.

2) Функции возбуждения ВМС спектральных линий с верхними уровнями, характеризующимися разной мультиплетностью - А 585.2нм и А 640.2 пм, имеют разный вид, хотя это различие для линий неона значительно менее явное, сравнительно с линиями гелия. Такое поведение вполне объясняется отступлением от LS-связи для верхних уровней 2р53р неона.

3) Абсолютные значения сечений ВМС спектральных линий велики по своему численному значению. Максимальная величина сечения для линии А 640 2 нм достигает 10"и см2, что примерно на четыре порядка величины превосходит сечение ВОС этой линии. Заметим, что сечения ВМС, полученные из исследований плазмы i азового разряда, также имеют большие значения' суммарное сечение возбуждения с 3s - на Зр - уровни неона составляет 10"14 см2

При исследовании аргона, мы использовали два метода: и пространственного и временного разделения метастабиль-образующего и метастабиль-возбуждающего электронных ударов. Первым методом мы измерили ВМС сечение на уровень 2р.; (3D3) электронной конфигурации Зр54р. Линия А 811.5 нм, излучаемая с уровня 2р<), - одна из

самых ярких линий в спсктрах электронного возбуждения аргона, возбуждаемых как из основного, так и из возбужденных метастабильных состояний Временным методом измерены сечения 14-ти спектральных линий, испущенных с 8-ми из 10-ти 4р-уровней (в обозначениях Пашена - 2р1.1о), при электронном возбуждении из метастабильных состояний Зр54Б в состояния Зр54р Измерены функции ВМС возбуждения этих линий (и уровней, исходных для них) при энергиях электронов от порога ВМС процесса до порога ВОС возбуждения (15+13 эВ) Для всех уровней, кроме 2р<; и 2р9, максимальные величины сечений наблюдаются при 3-4 эВ, а для уровней 2р* и 2р9, связанных сильным и практически единственным переходом с нижним 3Рг состоянием, - при 5-6 эВ. В максимумах функций возбуждения сечения ВМС для большинства уровней равны нескольким единицам на 10"13см2 и (18 + 20) на 10"15см2 - для 2рз , 2р« , 2р? уровней Наибольшим сечением, как и в других газах, обладает 2р<, уровень: его сечение равно (22+ 10)»10',5см2.

Заметим, что если, как мы полагаем, основная доля возбуждения в ВМС процессе осуществляется из метастабильного 155 (3Р2) состояния, то следует ожидать корреляции в величинах сечений каждого из 2 Р1.9 уровней с соответствующими силами осцилляторов переходов 2р1-9 —> Проделав такое сопоставление измеренных нами сечений с табличными данными для сил осцилляторов [4, 5], мы выявили эту корреляцию (см. ниже рис. 6 а) и убедились, вернее подтвердили наше заключение, что в эксперименте ВМС возбуждение осуществляется из одного метастабильного 1з5(3Р2) состояния.

В криптоне измерены сечения электронного возбуждения из метастабильных 4р55з-состояний в состояния 4р55р. Для десяти спектральных линий, испущенных с восьми 4р35р-уровней (в обозначениях Пашена 2р2 + 2ро), получены абсолютные величины сечений ВМС возбуждения. Измерения проведены временным методом двухимпульсного пучка электронов в газовой ячейке Калибровка сечений в абсолютную меру производилась по известному сечению ВОС и отношению интенсивностей исследуемых линий при заданных энергиях для ВОС и ВМС процессов. Мы измерили сечения ВОС для всех исследованных линий с 2р-уровней криптона и сравнили их с литературными данными. Наблюдается хорошее согласие в этих результатах. Сечения ВМС уровней определялись по сечениям возбуждения спектральных линий, идущих с этих уровней, и по вероятностям переходов, имеющимся в литературе для криптона. Мы считаем, что основная доля ВМС возбуждения в нашем эксперименте, как и в случаях Ые и Аг, осуществляется с 5в 3Р2 - уровня, как наиболее заселенного (концентрация 5з 3Р2 - атомов криптона более чем на порядок величины превосходит заселенность остальных 5я -уровней).

Наблюденные закономерности в сечениях ВМС криптона сходны с установленными нами закономерностями для более легких инертных газов. Так, величины сечений в максимумах функции ВМС превышают сечения ВОС из основного состояния приблизительно в 103 раз; наблюдается качественная корреляция в величинах сечений ВМС уровней, имеющих сильный оптический переход на уровень 5я 3Р2, с силами осцилляторов этих переходов (сопоставление проведено при 10 эВ). Для уровней 2рй, 2ря, 2р9, связанных сильным оптическим переходом с 5ч 3Р2, характер спада функций ВМС за максимумом более пологий, чем для уровней 2р4 и 2р-: которые не связаны сильным переходом с 58 3Р2. Для уровней 2р2, 2рз, 2р5 сказанное тоже справедливо, однако проявляется не так отчетливо, ввиду меньших отношений величин сечений к погрешности их определения Указанные закономерности характерны для модели борновского приближения. В качестве примера энергетических зависимостей сечений ВМС па рис. 4 (а, Ь) представлены в абсолютной мере наиболее характерные функции возбуждения для атома криптона - это сечения линий, испущенных с уровней 2рг, (а) и 2р? (Ь).

В ксеноне "временным" методом измерены сечения шести спектральных линий, испущенных с уровней 5в56р Хе I Функции ВМС возбуждения и абсолютные величины сечений измерялись теми же способами, что в случае аргона и криптона.

Результаты измерений представлены в табл II. Нормировка а абсолютную меру проводилась при энергии электронов 8 эВ. Как видно, величины сечений ВМС превышают сечения ВОС из основного состояния в 102 - 103 раз. Отметим, что сечения возбуждения линий, идущих с р- системы, на порядок величины больше сечений ВМС линий, идущих с р' р- термы расположены значительно ниже, чем р1, поэтому можно ожидать, что вероятность их заселения больше Кроме того, при возбуждении атома из метастабильного состояния 18* на уровень р' меняется полный момент атомного остова (переход из не штрихованной системы в штрихованную) Этими факторами можно объяснить разницу в сечениях для р- и р'- систем. Отметим, что так проявляется определенное отличие ВМС возбуждения ксенона по сравнению с ВМС более легких инертных газов- различие во взаимном расположении уровней этих газов коррелирует с различием в величинах сечений ВМС процесса.

Рис. 4.

Сечения ВМС возбуждения уровней Кг I. рб, (а) и р9, (Ь).

Таблица II.

Спектр, переход (Пашен) Спектр, переход (Рака) еямс'М а8"1 (шв) ^ВШ' (8 эВ), Ю-16 см2 д1)мс (юах), эВ 0Й1Л" (шах), 10'16 см2

2р, - 182 бр'|1/2Ъ -6з'[1/21,° 100 1.0 6 1.4

2р2 - 1з3 6р'[1/2], -б8'[1/2]о° 190 1.8 6 4.1

2рЗ - 1*2 6р'[3/2]2 - 6з'[1/2],° 140 39 6 5 5

2р5 -1 я4 6р[1/2]о-б8[3/2],0 40 1.8 5 26

2р6-185 6рГЗ/2Ъ - 6з[3/2]2° 300 17 6 17

2рК- 1Я5 6р[5/2]з - 6в[3/2]2° 700 150 6 240

ЗР8-1Й5 7р[5/2]5-б8[3/2Ь° 770 1.1 6 2.2

5(1ю-2рк 7сЗ[7/2]4 - 6р[5/2]з 900 3.5 5 6.6

5(1« - 2р8 7(1[5/2]4 - 6р[5/2]3 1500 0.3 6 08

5<38 - 2р9 7(3[7/2]4 - 6р[5/2]2 210 0.8 6 2.2

-2р,о 7а[1/2]4-6р[1/21, 250 0.9 6 2.1

6*1)0 - 2р8 8ё[7/2]4-6р[5/2]3 420 1.5 5 2.5

6<18 - 2р, 8(3|7/2Ь-6р[5/212 900 2.6 5 8.1

В Хе нам удалось измерить сечения возбуждения некоторых (1-уровней и одного из вышележащих Зр-уровней. Это соответственно 5с1й -, 5<Ь -, 5(110 5(3]; -, 6(16(5« - и Зр8-

уровни (по Пашену) Измеренные сечения ВМС возбуждения nd - уровней (п = 5, 6) оказались того же порядка величины, что и сечения 2р' - уровней, и примерно на порядок величины меньше, чем сечения 2р - уровней. Энергетически 5d-, 6d- и 2р'- уровни расположены близко друг к другу и заметно выше, чем уровни системы 2р, чем, вошожно, и объясняется разница в сечениях Отметим также, что величины сечений d-уровней ВМС - процесса (так же как и в ВОС) довольно высоки

Определенный интерес представляет исследование вопроса о влиянии каскада на измеряемые ВМС - сечения Прояснить этот вопрос непросто, поскольку экспериментально определить вклад каскадного заселения практически невозможно: сам сигнал ВМС очень мал, а гем более мала доля каскадной добавки к нему В настоящей работе нам впервые удалось зарегистрировать линии, участвующие в каскаде на 2pg, 2р$ и 2рю уровни ксенона, и измерить их сечепия (табл II) Измерения показывают, что суммарный вклад каскадного заселения 2ps уровня по этим переходам не велик и составляет величину порядка 5% от общего заселения.

В Главе IX сформулирован предложенный нами способ представления совокупного результата разных исследований и рассмотрено его воплощение для получения обобщенного результата определения сечений электронно-атомного взаимодействия атомов гелия и аргона.

Параграфы 1 и 2 посвящены обоснованию новою подхода.

Со временем по каждому вопросу и, в частности, по исследуемому в настоящей работе вопросу определения сечений процессов ВМС и ОМС, накапливается определенный материал. Обилие информации об элементарных процессах, протекающих в активной среде, в низкотемпературной плазме, и об их константах затрудняет использование этой информации. Потребитель, часто пренебрегая всей совокупностью литературного материала, предпочитает пользоваться либо собственными, довольно грубыми оценками, либо обращается к какой-либо одной конкретной, не всегда наилучшей, работе.

Для формулировки обоснованного заключения по совокупному результату надо прежде всего преодолеть разрозненность информации. Поясним сказанное. Помимо трудности доступа к информации, что часто затрудняет не только её использование, но и нахождение, не ясно, как правило, результату какой работы надо отдать предпочтение. Нет экспертной оценки качества всех полученных результатов, да и не очень понятно, как се можно сделать. Сам факт публикации работы в реферируемом журнале уже является гарантом ее высокого качества, но результаты, приведенные в разных статьях, могут различаться весьма существенно. Также неясно, как "стыковать" данные разных работ, полученные в разных ограниченных энергетических диапазонах, а такая необходимость "стыковки" часто возникает. Например, при расчете констант скоростей процессов, протекающих в плазме различных объектов, нужно знать сечение в широкой области энергий возбуждающих электронов.

Решить все эти проблемы призван предложенный нами общий подход по представлению совокупной информации в "сжатом" виде. Он основан на том, что, выбрав аппроксимацию для зависимости сечения от энергии Q(E), для каждою уровня при всех значениях энергии налетающего электрона Е, проводится интерполяция по всему набору литературных значений сечений, а не только тех значений, что определены в какой-то определенной конкретной работе, включая и собственную работу автора. В основу интерполяции положена зависимость Q(E) в виде, отражающем общие известные закономерности для сечений электронно-атомною взаимодействия. Мы использовали трехпараметрическую и четырехпараметрическую аппроксимации зависимости Q(E) в виде

где АЕ - переданная энергия, или энергия порога возбуждения; Ро,р1,р2,р^ - параметры. Наша аппроксимация близка к аппроксимации [1], но отличается от последней наличием дополнительных параметров которые учитывают разную асимптотику поведения

сечения вблизи порога и при больших Е. Интерполяция проводится методом наименьших

{ 8 1

квадратов с равным весом. Вычисляется соответствующая дисперсия /> = )]£ ', 8:

- отклонение каждой 1-ой точки от кривой: 5, = Ql (Е) - б,, Л^- полное число точек.

В 3-ем параграфе представлены обобщенные результаты по определению сечений электронного возбуждения атомов гелия из основного и метастабильных состояний

I. Для случая возбуждения атома гелия из основного состояния (ВОС) число опубликованных работ составило несколько сотен. Гелий исследован хорошо как экспериментально, так и теоретически. Использованы разные независимые методы, и результаты разных работ довольно хорошо согласуются друг с другом. Все это позволило считать материал пригодным для статистической обработки. Работ, в которых определены абсолютные величины интегральных сечений при разных энергиях налетающею электрона, набралось несколько десятков для разных уровней. Для Не имеются данные для сечений 41-го уровня Б-, Р-, И- и И - термов синглетной и триплетной систем, количество данных для разных уровней - разное. Число исследований быстро уменьшается с ростом главного и орбитального квантовых чисел. Отмстим, что здесь речь идет о сечениях возбуждения электронным ударом только из основного состояния -не есть ни эффективные, ни оптические сечения, они не включают в себя ни каскады, ни какие-либо другие неконтролируемые побочные процессы. Таблицы полученных в результате интерполяции параметров аппроксимации и величин сечений в максимумах соответствующих функций возбуждения приведены в диссертации.

Анализ определенных таким образом сечений привел к довольно интересному выводу. Оказалось, что полученные данные укладываются в стройную систему с просматриваемыми закономерностями и не противоречащую известным теоретическим положениям Так, найденные значения свободного параметра рз группируются вблизи "1" и "3" для синглетньтх и триплетных уровней соответственно, что характерно для безобменных переходов или для переходов, протекающих с обменом налетающего и атомного электронов. Далее, полученные значения максимальных величин сечений для уровней как синглетной, так и триплетной систем термов хорошо укладываются в сериальные закономерности известного вида {?„,„= С(л , где п* - эффективное квантовое число. При этом оказывается, что для всех в-, Р- и О - серий, т е. независимо от орби1ального квантового числа /, показатель степени а одинаков и равен 3 2. Закон выполняется для всех л*, с небольшим отступлением при больших п* для В - серии.

П. При исследовании возбуждения атомов из метастабильных состояний (ВМС -процесс) мы использовали че1ырехпараметри ческу ю аппроксимацию ()(Е ) и определили её параметры для 44-х переходов из метастабильных 2 - и 2 38 - состояний атома гелия на уровни п1'^, где п = 2, 3,4, 5, 6, 7, 10 и Ь суть Э, Р, Б, Б, О. Ситуация с возбуждением уровней гелия из метастабильных состояний значительно более сложная, чем для ВОС процесса: работ меньше и расхождения в результатах больше, особенно между экспериментом и теорией. Поэтому мы разделили данные, полученные из теоретических и экспериментальных работ, и последние рассматривались только для возбуждения из 23$1состояния.

Для ВМС процесса просматриваются следующие закономерности Во-первых, зависимости величин сечений ВМС от эффективного главного квантового числа верхнего уровня П1* подчиняются формуле " для каждой из Б-, Р- и О - серий.

Вычисленные на основании и теоретических, и экспериментальных данных сечений значения коэффициентов С и а для триилетных уровней этих серий практически совпадают между собой Можно приближенно считать а одинаковым для всех серий и равным 5 .

Во-вгорых, полученные кривые зависимости сечений от энергии неплохо могут быть аппроксимированы при больших энергиях формулой Бете для оптически разрешенных

Л,, Д£"о12 „/ ч 1п ¡¡х Е

переходов — * = Г(х)=—-—, где х = - энерг ия налетающего электрона в

пороювых единицах В области вблизи порога и максимума сечений соотношение Бете может давать отличие от истинного. Значения /3 для всех п (кроме п = 3) примерно одинаковы и равны в среднем Д » 0 5 (для п = 3 /3 = 1.8). I

Параграф 4-ый посвящен исследованию аргона. Для аргона данных о сечениях образования метастабильных атомов (ОМС) сравнительно немного, и они во многом противоречивы. Сведения о сечепиях ОМС содержатся в оригинальных работах и нашем обзоре [с.17]. Основная причина противоречий, как уже говорилось, состоит в недостаточно четком определении, сечение какого именно процесса ищется - сечение прямого электронного возбуждения или эффективное? Что касается процесса электронного возбуждения из метастабильных состояний (ВМС) атомов на вышележащие уровни, ю он еще менее изучен по сравнению с ОМС, и расхождение в результатах разных работ довольно заметное.

а) Используя наш подход, мы определили сечения ОМС, которые разделили на группьг сечения возбуждения уровней Р2 и 3Ро порознь и эффективные сечения ОМС этих состояний порознь и в сумме (Табл. 1П).

Таблица Ш.

Значения сечений эффективного и прямого электронного возбуждения метастабильных 3Р2 (1в0 и 3Р0 С1вз) уровней атома аргона в максимумах функций возбуждения.

Етах - энергия максимума, *

В - дисперсия сечения

Такое деление, связано с тем, что при измерении сечений ОМС многие _

эксперименты выполнены методом выбивания вторичных электронов - методом, который позволяет измерить только суммарное эффективное сечение обоих вместе 3Р2 - и 3Ро -метастабильных состояний. В литературе этот факт не всегда отмечается, и ему не уделяют должною внимания. Поэтому при обработке необходимо было разделить все имеющиеся данные, чтобы правильно сравнивать их между собой

Обратим внимание на то, что эффективные сечения возбуждения метастабильных уровней ОМС довольно велики, они имеют тот же порядок величины, что сечения многих вышележащих 2pi.it, и резонансных уровней. Это могло бы показаться странным, поскольку спонтанные переходы вниз из метастабильных состояний запрещены по правилу отбора и, соответственно, должны быть малы и вероятности электронных переходов между основным и метастабильным состояниями Однако все становится

Етах, 0.тая > Д

эВ ю-'8 Ю-18

см2 см2

3Ро 17.3 1.7 1.8

3Р* 16.5 8.7 1.8

3Ро е(Г 22 8 3.9 1.7

3Р2 еГГ 22.8 18.7 1.6

3Р0,2 вит 21.0 23.3 4.0

понятным, если учесть, что подавляющая доля возбуждения метастабильных состояний атома аргона приходится на каскадное заселение! Это весьма нетривиальный факт, поскольку, как правило, каскады или малы, или велики, но почти никогда они не определяют практически полностью всё возбуждение Собственно же сечения прямого электронною возбуждения метастабильных уровней из основною состояния атома невелики. Заметим, попутно, что такая же картина наблюдается для всех тяжелых инертных газов.

б) При определении сечений ВМС мы выделены две группы данных - это эффективные сечения возбуждения из состояний 1 (3Р;) и 143 (3Ро) порознь Сводные значения максимальных величин сечений, соответствующих возбуждению из 18<- и 1 Чт состояний на все десять 2рыо - уровней атома аргона, представлены в табл IV в единицах Ю'16 см2, а на рис. 5 в качестве иллюстрации приведены некоторые характерные функции возбуждения для наиболее сильных переходов (точки соответствуют данным разных работ, сплошная линия - результирующей аппроксимационной кривой)

1вз - 2р4 185 - 2ри

и. __1____

10 190 1 10

Рис. 5

Таблица IV.

Значения сечений электронного возбуждения из метастабильных 3Р2(1ч5) и 3Р0 (1зз) состояний на рыо уровни атома аргона.

Етах - энергия максимума;

Г> - дисперсия сечения

из 3Р2 из 3Р0

г 1^тал 1 эВ 0. тах > 10"16 см2 А ю-16 см2 Етах > эВ О-тох, ю16 см2 Д 10-.б см2

Р1 2.8 1.7 7.8 2.4 1.2 7.4

Р2 8.2 3.0 3.2 4.9 15 1.3

Рз 4.5 11.6 3.2 2.3 5.1 1.5

Р4 3.3 2.8 4.5 5.5 35 2.6

Р5 2.1 0.80 2.5 2.0 0.9 3.0

Рй 3.4 19.0 2.0 1.9 1.8 1.8

Р7 3.8 4.1 3.3 6.5 19 1.9

Р8 2.8 23.8 2.6 1.9 1.4 1.8

Р9 3.3 59.1 1.9 2.2 0.4 2.6

Рю 3.7 13.5 1.3 4.7 8.4 1.8

Обращает на себя внимание большое сечение возбуждения 1 —> 2р9 Оно заметно превышает сечения ВМС всех других переходов > 1зз ->2р1.ю атома аргона Сечение же ВМС перехода 1 Яз —>2р? на два порядка величины меньше, чем у перехода 1в5 —>2р9 Переход 2р9 —»18ч практически самый сильный разрешенный переход в спектрах ВОС у

атомов инертных газов с очень большой силой осциллятора и, как мы видим, с наибольшей величиной сечения ВМС электронного возбуждения.

Анализируя полученные таким образом результаты, отметим интересный момент. Как мы уже говорили, обсуждая собственный эксперимент, имеет место корреляция измеренных ВМС сечений переходов 1в5 —> 2р1.д с соответствующими величинами сил осцилляторов этих переходов Здесь это заключение подтверждено обобщенными данными и распространено и на неисследованный нами переход 1в5 —> 2pi.it). Более того, если провести подобное сопоставление для сечений ВМС возбуждения тех же самых 2р;-ю уровней из метастабилыюго 1вз (3Р0) состояния с силами осцилляторов соответствующих переходов 2рМо , то тоже следует ожидать корреляции, но,

естественно, несколько иного вида. Именно такие зависимости и наблюдаются (рис. 6 а, б).

На рис. 6 сплошным кружком обозначены значения сечений ВМС возбуждения (в единицах 10'"' см2) для каждого из 2р1_ю уровней, номера которых отложены по горизонтальной оси. *

Рис. 6, а относится к возбуждению из метастабильного (3Р2) состояния, а рис. 6, б к возбуждению из 1 (3Ро) состояния. Полым кружком обозначены силы осцилляторов в единицах 10'3 (по данным таблиц [4, 5]). Как видно, имеет место хорошее согласие между ожидаемыми и теми результатами, что определены в нашей обобщающей работе. Например, для 2рз ( П:) уровня сравнительно с соседними уровнями наблюдается подъем и в величине сечения ВМС этого уровня и подъем в величине силы осциллятора перехода при возбуждении из состояния 1в5 (3Р2) - переход разрешен (!), и провал в этих же величинах при возбуждении из состояния 1«з (3Ро) - переход запрещен по кванювому числу То же самое наблюдается и для 2р? (З133) -, и для 2р<, (3Р2) -, и для 2ря (302) -уровней И наоборот, для уровней 2р2 (3Р0, 2р4 ('Р]) и 2р7 (ЧЭ]) имеет место спад в этих величинах при возбуждении из 1 в* (3Р2) и подъем - при возбуждении из 1вз (3Ро) метастабильных состояний. При возбуждении же уровней 2р1 ('во) и 2р5 (3Ро) - имеет место провал и в величинах сечений и в значениях сил осцилляторов при возбуждении и из 15ч(3Р2), и из 1$з (3Р(,) состояний - переходы /~2, 0—>/~0 полностью запрещены Как показали наши исследования, такая картина наблюдается и для других инертных газов от Ме до Хе (рис. 7): ВМС сечения этих уровней практически равны нулю

Заметим, что подобная картина наблюдается и для ВМС Не, для которого нами выявлено различие в сечениях триплетных и синглетных уровней при преимущественном возбуждении из триплетного 238. состояния, по виду обратное ВОС возбуждению из основного 11 Зосостояния.

7 $ 9

Рис. 7.

Значения сечений ВМС возбуждения каждого из 2 рыо уровней, номера которых отложены по горизонтальной оси, для инертных 1 азов - Ые, Аг, Кг, Хе из метастабилыюго состояния 1в5

Для наглядности сравнения все

сечения нормированы на единицу для 2ря -уровня каждого элемента

Резюмируя, сделаем некоторые выводы по изучаемым процессам на основании проведённых измерений и обобщения и полученным результатам для всех инертных газов в ряду Ие, Аг, Кг и Хе.

• У всех элементов наблюдается явный "провал" в величинах ВМС эффективных сечений линий, исходящих с 2р1- и с 2р« - уровней. Заметим при этом, что с обоих этих уровней мало спонтанных переходов вниз - всего лишь, как правило, по два. Исключение составляет ксенон. У него оптическое сечение линии А 829 0 нм, испущенной с 2р5 -уровня, довольно большое (однако надо помнить, что у атома ксенона по сравнению с другими инертными газами сильно перемешаны уровни разных электронных конфигураций).

• Сечения ВМС линий, испущенных с соседних 2рд - и 2р* - уровней довольно велики В среднем величины сечений ВМС остальных линий и уровней всех атомов находятся в пределах (1 + 5)-10"15 см2.

• Наибольшим ВМС сечением среди всех уровней и для всех атомов инертных газов обладает 2р9 - уровень, возбуждаемый из метастабильного (3Р2) состояния 2р<, -уровень спонтанно разрушается вниз единственно за счет только одного перехода 2р?—Нв^, и для него, естественно, сечение уровня совпадает с оптическим сечением линии (в пренебрежении каскадным заселением).

• Отметим еще одно важное обстоятельство Каскадное заселение, как показывает опыт, по разному проявляется при ВОС и ВМС возбуждении 2р - уровней Как известно, у тяжелых инертных газов и неона возбужденные 2р1+2рю - уровни электронной конфигурации ш2пр5 (п+1)р' совпадают по четности с основным состоянием п52прй 'во Соответственно, оптические переходы между этими состояниями запрещены Запрет на электронные переходы между ними, хотя и не такой жесткий как на оптические, однако тоже может быть. Следовательно, электронное возбуждение из основного состояния (ВОС - возбуждение) на 2р] ю - уровни сравнительно маловероятно А это значит, что возбуждение их осуществляется, также как и ВОС (ОМС) - возбуждение й;.; уровней из основного состояния, в значительной степени посредством каскадных переходов И это подтверждается экспериментом, например, для Аг работами [л 6-7]-сечения 2р ю-уровней, определенные методом электронной спектрометрии [л 7], составляют всего лишь 1/10 от эффективных сечений этих уровней, измеренных оптическим методом [л 6], т е с учетом вклада каскадной доли. И все эффективные сечения ВОС (ОМС) возбуждения, всех уровней, близки между собой - все они примерно одного порядка величины, т.е., по-видимому, главный вклад в их ВОС возбуждение вносят каскады! Сечения же прямого ВОС возбуждения уровней примерно на порядок величины

меньше их! И лишь прямое сечение ВОС возбуждения резонансного 1 ('Р.) уровня действительно велико - более чем на порядок величины превосходит сечения всех остальных состояний [л 7]. • Таким образом, получается, что в ряду инертных газов N6, Ат, Кг и Хе ВМС возбуждение 2 р, 10- уровней осуществляется, главным образом, прямым электронным ударом из метастабильных состояний, а ВОС возбуждение их из основного состояния -за счет каскадных процессов (Заметим, что в каскаде на 2р9 и на 2р< - и 2р; - уровни участвует по меньшей мере по пяти спонтапных переходов с близлежащих высоких уровней, а на опальные 2 р2, -, 2 р6 * - и на 2р,о - уровни - еще больше, порядка 10-ти переходов.)

Все представленные данные весьма наглядно, как нам кажется, иллюстрируют обнаруженные в ходе работы закономерности в электронном ВМС и ОМС возбуждении уровней атомов Не, N6, Аг, Кг и Хе. Заметим попутно, что удалось это сделать в значительной мере благодаря тому, что исследованы были все атомы, другими словами, благодаря систематизации исследования Действительно, вследствие того, что всякое измерение имеет, во-первых, погрешность, во-вторых, не дня всякого элемента можно провести измерения в полном объеме, вследствие чего полученная картина для каждого отдельного элемента оказывается несколько "смазанной", не вполне четкой, чтобы делать определенные заключения. И лишь в совокупности, когда вся картина рассматривается в целом, мелкие детали и погрешности оказываются не столь существенными, и начинают отчетливо "прорезаться" тс особенности и характерные черты, в поиске которых, собственно, и состоит конечная цель исследования.

В заключении сформулированы основные результаты работы

1. Впервые создана и научно обоснована методическая база для изучения процессов образования метастабильных атомов инертных газов электронами и возбуждения их электронным ударом в вышележащие энергетические состояния в условиях прямого наблюдения, когда исследуемый процесс является практически единственным в эксперименте, а искомая величина сечения может быть получена из непосредственных измерений в абсолютной мере Основой всех экспериментов явился метод электронного пучка в газовой ячейке с оптической регистрацией продуктов реакции и плотности мишени в процессе возбуждения метастабильных состояний

2 Для исследования и измерения сечений процесса образования метастабильных атомов электронным ударом разработаны методы измерения концентраций и времен жизни или чисел образования метастабильных аюмов из наблюдения временных зависимостей относительного поглощения.

3 Для исследования процесса возбуждения электронным ударом из метастабильных состояний атомов в вышележащие состояния предложены и разработаны методы, составившие два разных подхода к изучению проблемы - это способы пространственного и временного разделения метастабиль-образующего и метастабиль-возбуждающего электронных ударов При пространственном разделении использованы два варианта методик: с газоразрядным способом создания метастабильных частиц в системе "плазма-пучок" и с пучковым способом; при временном разделении - методы двухимпульсного пучка электронов или одноимпульсного пучка с постоянной подложкой с системами временной задержки, синхронизации и стробирования.

4. Созданы оригинальные экспериментальные установки. Существенным моментом многих из них было применение короткого, лентообразного электронного пучка большой ширины, что позволило увеличить чувствительность системы регистрации

мстастабильных атомов по оптическому поглощению и повысить точность эксперимента Разработана и применена многопроходная система измерения оптического поглощения с наклонным падением лучей, которая позволила в несколько раз повысить чувствительность измерений

5 С использованием разработанных методов и созданных установок измерены абсолютные величины и энергетические зависимо «и

сечений электронного образования метастабильных Р2 и Ро состоянии инертных газов N6, Аг, Кг, Хе;

сечений возбуждения электронным ударом из метастабильных состояний инертных газов Не, Ые, Аг, Кг, Хе на вышележащие в-, Р-, О - уровни гелия, 2р - уровни неона, аргона и криптона и 2р-, 3(1-, 4(1- и Зр - уровни ксенона

6. Проведен анализ полученных результатов и проведено сравнение с измеренными позже данными других работ. В результате анализа

показано, что для процесса образования метастабильных атомов тяжелых инертных газов основным процессом образования метастабильных состояний является каскадное заселение, и измеренные сечения являются эффективными; отмечено, что этот, впервые сделанный, вывод позволяет правильно объяснить расхождение в результатах некоторых других работ; - дана критическая оценка некоторых недавно появившихся литературных данных для сечений образования метастабильных атомов и показаны источники возникающих в этих работах ошибок в интерпретации резулыатов; впервые в прямом эксперименте доказано, что процесс электронного возбуждения из метастабильных состояний характеризуется в 101 - 10э раз большими сечениями, чем электронное возбуждение из основного состояния; для каждого исследованного уровня приведены эти отношения; отмечена высокая надежность полученных величин отношений сечений.

7. Предложена, разработана и апробирована концепция обобщения совокупного литературного результата по сечениям вообще и сечениям образования и возбуждения метастабильных атомов, в частности. Концепция основана на использовании предложенной 4-х параметрической аппроксимации энергетической зависимости сечения электронного возбуждения, опирающейся на известные общефизические законы электронно-атомного взаимодействия и "глобальной" интерполяции по всему литературному набору имеющихся данных для исследуемого сечения при различных энергиях электронов.

8. В соответствии с предложенной концепцией обработаны все доступные данные для сечений электронного возбуждения атомов гелия из основного и метастабильных состояний и сечений образования и возбуждения метастабильных состояний атома аргона. Приведены соответствующие параметры аппроксимации и обобщенные величины ссчений в максимумах функций возбуждения.

9 Показано, что весь набор литературных данных, полученных разными методами, в разных группах, в разнос время укладывается в стройную систему даже в тех случаях, когда первоначальные данные не слишком хорошо согласую 1ся друг с другом Вычисленный таким образом совокупный результат имеет большую надежность и точность, чем исходные данные по отдельности

10 Полученные результаты позволили более ярко и полно продемонстрировать некоторые закономерности, согласующиеся с известными теоретическими положениями'

степенной закон уменьшения величин сечспий в сериях для всех Э-, Р-, Э- уровней Не с одинаковым показателем степени, равным 3 2 для возбуждения из основного состояния атома и с показателем, примерно равным 5-ти, - для возбуждения из метастабильных состояний;

- разные зависимости скоростей энергетического спада сечений для обменных и безобменных переходов- соответствующие показатели степени при этом равны, соответственно, трем и одному;

- согласие зависимостей сечений от энергии электронов с правилом подобия Бете.

11 На основании проделанных измерений выявлен ряд закономерностей в сечениях исследованных процессов в ряду инертных газов.

Разработанные методики, впервые измеренные с их помощью сечения, весь накопленный материал приводят к выводу о необходимости изменения стратегии в вопросе определения сечений образования и возбуждения метастабильных состояний электронным ударом: параллельно с совершенствованием методик, созданием новых установок, с дальнейшим уточнением резулыатов назрело время и потребность обобщения накопленного материала В диссертационной работе предлагается путь решения этой проблемы.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

1. Митюрева A.A., Пенкин Н.П. Возбуждение линий неона и гелия при столкновении электронов с метастабильньтми атомами. Опт и спектр., 1975, т.38, в.2, с.404-406

2 Митюрева А А , Пенкин Н П Эффективные сечения ионизации с возбуждением атома неона электронным ударом Вестн. ЛГУ, 1981, Nb 4, с.110-114.

3. Митюрева A.A., Пенкин Н.П. Сечения возбуждения метастабильных состояний атома неона электронным ударом. Опт. и спектр., 1983, т.55, в.2, с.393-396.

4 Смирнов В.В., Митюрева А.А Об особенности метода сдвига фазы для определения времени жизни метастабильных атомов при возбуждении их электронным ударом. Опт. и спектр., 1984, т.57, в.З, с.501-505.

5. Митюрева А.А, Смирнов В.В. Эффективные сечения возбуждения Ar I в метастабильные состояния 3Р2 и 3Ро электронным ударом. Опт. и спектр., 1985, т.59, в.З, с.501-503.

6. Митюрева A.A. Эффективное сечение ступенчатого возбуждения электронами 2р -уровня атома аргона из метастабильного состояния. Опт. и спектр., 1985, т.59, в.6, с.1379-1382.

7 Митюрева А А., Пенкин Н П , Смирнов В В. Эффективные сечения возбуждения Кг I в метастабильные состояния 3Р2 и 3Ро электронным ударом. Опт и спектр., 1986, т.60, в 2, с.235-238.

8. Митюрева A.A., Смирнов В.В. Сечение возбуждения метастабильного состояния 3Р2 Ar I электронным ударом Опт. и спектр., 1986, т.61, в.З, с.657-658.

9. Митюрева A.A., Пенкин Н.П, Смирнов В.В. Измерение сечений ступенчатого возбуждения атомов инертных газов из метастабильных состояний электронным ударом. Методическая часть. Опт. и спектр., 1989, т.66, в.2, с.243-247.

10 Митюрева А А, Пенкин Н П, Смирнов В.В Измерение сечений ступенчатого возбуждения атомов инертных газов из метастабильных состояний электронным ударом. Аргон. Опт. и спектр., 1989, т.66, в.4, с.790-793.

П.Митюрева А А., Пенкин НП, Смирнов В.В Измерение сечений ступенчатого возбуждения аюмов инертных газов из метастабильиых состояний электронным ударом Криптон Опт и спектр , 1989, т 67, в 4, с 785-787

12. Митюрева A.A., Пенкин Н.П. Эффективные сечения ступенчатой ионизации с возбуждением 2Р3,2 - уровня Ne П при столкновениях электронов с метастабильными 3s - атомами Ne I. Опт. и спектр , 1990, т.68, в.2, с 469-471.

13 Митюрева A.A., Смирнов В В. Аппроксимация энергетических зависимостей сечсний электронного возбуждения атома гелия. Опт. и спектр , 1993, т.74, в.1, с 6-11

14 Митюрева A.A., Смирнов В В Измерение сечений ступенчатого возбуждения атомов инер!ных газов из метаетабильных состояний электронным ударом Ксенон Опт и спектр., 1993, Т.74, в.1,с.12-16.

15. Митюрева A.A., Смирнов В.В. Сечения электронного возбуждения Зр - и d - уровней атома ксенона из метастабильиых состояний Опт и спектр., 1993, т 75, в 4, с 705-709.

16. Митюрева А.А Рассеяние электронов на возбужденных атомах Рассеяние электронов с образованием метастабильиых состояний. Справочник констант элементарных процессов с участием атомов, ионов электронов и фотонов, п/ред А.Г Жиглинского, С. Петербург, Изд. СПбГУ, 1994, гл.2, с.24-65.

17. Mityureva A.A., Smirnov V.V. Excitation of heavy rare gases to metastable states by electron impact. J Phys. В , 1994, v.27, n.9, p 1869-1880

18. Smirnov V.V. and Mityureva A A . The new approach to the computer experimental studies of atoms excitation by electron impact. Helium. J. Phys. В : Atomic and Mol. Phys., 1996, v.29, n.13, p.2865-2874.

19 Митюрева A A , Смирнов В В Аппроксимация энергетических зависимостей сечений электронного возбуждения атомньтх уровней гелия из метастабильиых состояний Опт и спектр., 1999, т.86, в.6, с.933-938.

20. Mityureva A.A., Smirnov V.V. Electron Impact Excitation Cross Sections of Helium Atom Levels from the 23Si Metastable State According to Experiment and Theory Russian Journal of Physical Chemistry, Vol. 76, Suppl. 1,2002, pp. S109-S114.

21. Митюрева A.A., Смирнов B.B., Пономаренко Г.А. Аппроксимация сечений электронного возбуждения триплетных уровней гелия из метастабильного состояния 23Si. Опт. и спектр., 2002, т.92, в.З, с.368-374.

22 Митюрева А А , Пенкин H П Эффективные сечения ступенчатого возбуждения при столкновении электронов с метастабильными атомами гелия и неона. Тез. VI ВКЭАС, Тбилиси, 1975, С.91

23. Митюрева A.A., Пенкин Н.П О сечении ионизации с возбуждением атома неона при электронном ударе. Тез. VII ВКЭАС, Петрозаводск, 1978,4.1, с.73.

24 Митюрева А А, Пенкин H П Образование метастабильиых состояний при возбуждении атомов электронным ударом Тез птколы ФЭАС, Тбилиси, 1982, с 84-94

25. Митюрева A.A. Возбуждение метастабильиых состояний неона электронным ударом Тез. VE ВКЭАС, Ленинград, 1982, с.186.

26 Митюрева А А , Смирнов В В Сечения образования метастабилытьтх состояний атомов аргона электронным ударом. Тез. IX ВКЭАС, Рига, 1984, т 2.

27 Митюрсва А А., Пенкин Н.П, Смирнов В.В. Сечения ступенчатого возбуждения атомов Лг и Кг из метастабильных состояний электронным ударом Тез X ВКЭАС, Ужгород, 1988, ч.1, с.37.

28. Mityureva А.А., Penkin N.P., Smirnov V.V. Electron Excitation Cross Sections of Ar, Ki, Xe to the Metastable States. Proc XVICPEAC, Brighton, 1987, p.189.

29 Mityureva A A , Penkin N P , Smirnov V V Exclusion of surplas information on the profiles of absorption spectral lines in optical investigation of the electron atom interaction. Proc. of Icct - Radiative excitation and ionization processes, Zagreb, 1987, p 72-75

30 Митюрева A.A., Пенкин Н.П., Смирнов В.В. Спектроскопическое исследование ступенчагого возбуждения атомов аргона и криптона из метастабильных состояний электронным ударом. Тез. XX Всесоюзн. съезда по спектроскопии, Киев, 1988, т.Т, с.78.

31. Mityureva А.А, Penkin N.P, Smirnov V.V. Step-by-step excitation cross-sections from metastable states of Ar and Kr by electron impact. Proc. XVI ICPEAC, New-Yoric, 1989, p 195.

32. Митюрева А А., Смирнов В В. Исследование ступенчатого возбуждения и ионизации с возбуждением спектральных линий неона из метастабильных 3Рз состояний электронным ударом. Тез. I семинара по атомн. спектр., Ростов, 1990, с. 122.

33. Mityureva А.А., Smirnov V.V., Grigoijeva Т Yu. Step-by-step excitation cross-sections from metastable states to 2p-levels of Xe by electron impact. Proc. XVII ICPEAC, Brisbane, 1991, p.691.

34 Митюрева A.A., Смирнов В.В , Григорьева Т.Ю. Возбуждение 2р - уровней атома Хе из метасгабильных состояний электронным ударом. Тез. XI ВКЭАС, Чебоксары, 1991, с.20.

35. Митюрева А.А., Смирнов В.В. Электронное возбуждение 2р-уровней тяжелых инертных газов из метастабильных состояний. Тр. IV Всесоюзного совещания по атомным данным для астрофизики. Ленинград, 1991, с.4.

36. Митюрева А А , Смирнов В В Аппроксимация энергетических зависимостей сечений электронного возбуждения атома гелия. Тр. IV Всесоюзного совещания по атомным данным для астрофизики. Ленинград, 1991, с. 5.

37 Митюрева А.А. Возбуждение и ионизация атомов электронным ударом из возбужденных состояний. Тр. IV Всесоюзного совещания по атомным данным для астрофизики. Ленинград, 1991, с.З.

38 Митюрева А А., Смирнов В.В. Спектральные переходы в атоме ксенона при электронном возбуждении из метастабильных состояний. Тез. Ш семинара по атомн. спектр., Черноголовка, 1992, с.68.

39 Mityureva А А , Smirnov V V Excitation of Metastable Xe Atoms to d - States by Electron Impact. Proc. XVHI ICPEAC, Aarhus, 1993, Contr.P., v.l, p 197.

40 Митюрева A.A. Аппроксимация сечений ступенчатого возбуждения электронным ударом для атома гелия. Тр. V Конференции по атомным данным для астрофизики. С.Петербург, 1993,с.6-7.

41 Митюрева А.А Электронное возбуждение атома Не из возбужденных состояний - 4х параметрическая аппроксимация зависимости сечения от энергии налетающего электрона Тез IV семинара по атомн спектр , Черноголовка, 1993, с 58

42 Mityureva A A Scattering of electrons by excited atoms Scattering of electrons with metastable states production In Reference Book of Elementary Process Constants for Atoms, Ions, Electrons and Photons St. Petersburg, 1994, chapter 2.

43. Mityureva A.A., Smirnov V.V. The presentation of total literature data method for the cross section of electron impact helium atoms excitation from excited states Proc ЕСЛМР 5, Edinburgh, 1995, part II, p.779.

44. Митюрева A.A., Смирнов B.B. Некоторые закономерности в сечениях возбуждения атома Не электронным ударом Тр VI Конференции - Атомные данные для астрофизики. С.Петербург, 1995, с.10-11.

45 Митюрева А.А , Смирнов В.В Компактное представление совокупной информации но электронному возбуждению гелия из метастабильных состояний Тр ФНТП-95, Петрозаводск, 1995, i I, с.12-14

46. Alia A. Mityureva & Valery V. Smirnov. The compression of the total mformation for the cross sections of electron impact excitation from the ground and metastable states of helium Proc. XXICPEAC, Vienna, 1997, Contr.P., v.l, p. 197.

47. Митюрева А А., Смирнов В В Рассеяние электронов на возбужденных атомах Матер II семинара - Атомные данные для астрофизических исследований. С.Пстербург, 1998, с 12-13.

48. Митюрева А.А , Смирнов В.В. Возбуждение и ионизация гелия электронным ударом из метастабильных состояний Матер. II семинара - Атомные данные для астрофизических исследований. С.Петербург, 1998, с.13-1

49. Mityureva А А, Ponomarenko G.A, Smirnov V.V The approximation of energy dependencies of the electron impact excitation cross sections for some triplet levels of He atom from the 23S metastable state. Proc of XXI EGAS, Marseille, 1999, p.I

50. Mityureva A A., Ponomarenko G.A., Smirnov V.V. Approximation of energy dependencies of cross sections of electron impact excitation of triplet levels of He atom from triplet metastable state. Труды Ш семинара "Атомные данные для астрофизических исследований". С. Петербург, 2000, с.21-22.

51. Митюрева А А, Пономаренко ГА. Аппроксимация энергетических зависимостей сечений электронного возбуждения уровней атома Не из метастабильных состояний Труды Итогового семинара по физике и астрономии победителей конкурса грантов для молодых ученых. С. Петербург, 2000, с.24-26.

52. Mityureva А А , Ponomarenko G.A , Smirnov V V Approximations for cross sections of electron impact excitation from metastable atomic states. Proc. of JENAM, Moscow, 2000, p.208.

53 Mityureva A.A., Ponomarenko G A., Smirnov V.V The electron impact excitation cross sections out of 23S metastable state of He atom in experimental and theoretical studies, International seminar on physics of electronic and atomic collisions, March 12-16, 2001, Klyazma, Moscow region, Russia, p.48-50

54. Mityureva A.A., Smirnov V V., Semenov A.N. Electron impact excitation to and from metastable argon atoms. EGAS 34 Conference, Sofia, 2002,2p

55 Mityureva A A., Smirnov V V. Cross sections of the electron impact excitation from and to metastable states of argon atoms for investigation of low-energy plasma International Conference on Physics of Low Temperature Plasma. May 11-15, 2003, Kyiv lp

56 Mityureva A A , Smirnov V V. Electron impact excitation cross sections of argon out of and to metastable states from experimental and theoretical data. ХХ1П International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC). 2003, Stockholm, Sweden, Tu 049

Цитируемая литература

1. Вайнпггейн Л.А., Собельман И.И., Юков Е.А. Сечения возбуждения атомов и ионов электронами . 1973. Наука.

2. Друкарев Г Ф. Столкновения электронов с атомами и молекулами. 1978. М."Наука".

3 Очкур В И О методе Борна-Оппенгеймера в теории атомных столкновений // ЖЭТФ. 1963. т.45. №3(9). с.734-741

4. Wiese W L, Smith M.W., Glennon В.М. Atomic transition Probabilities. 1966. NSRDS-NBS. Washington.v.4.

5. Касабов Г.А., Елисеев B.B. Спектроскопические таблицы для низкотемпературной плазмы. 1973. Справочник. Атомиздат.

6 Фельцан П В., Запесочный И.П Возбуждение инертных газов при электронно-аюмных столкновениях ШАрюн. // Укр. физ. журн., 1967, т.12, № 4, с. 633-639.

7. Chutjian A., Cartwright D С. Electron-impact excitation of electronic states in argon at incident energies between 16 and 100 eV. // Phys. Rev., 1981, v A23, №5, p. 1278—2193.

Отпечатано копировально-множительным участком отдела обслуживания учебного процесса физического факультете СПбГУ. Приказ ЛЬ 571/1 от 14.05.03. Подписано в печать 09.03.04 с оригинал-макета заказчика. Ф-т 30x42/4, Усл. л*], л. 1,86. Тираж 100 экз., Заказ ТА 103/с 198504, СПб, Ст. Петергоф, ул. Ульяновская, д. 3, тел. 428-43-00.

f

oaújy

РНБ Русский фонд

2006-4 12578

V

1 5 MAP Ш

Глава I. Основные понятия. Формулировка задачи

§ 1. Введение. Предварительные замечания и обоснование темы.

§ 2. Понятие сечения взаимодействия. Основные определения

§ 3. Конкретная цель исследования и постановка задачи

Глава II. О метастабильных состояниях вообще и в атомной физике в частности

§ 1. Понятие метастабильности и основные свойства метастабильных состояний

§ 2. Экспериментальные способы образования, удержания и регистрации метастабильных атомов

§ 3. Основные спектральные характеристики метастабильных состояний атомов инертных газов

Глава III. Экспериментальные методы определения сечений

§ 1. Принцип классификации различных экспериментальных методов, их общий обзор и анализ

§ 2. Электронные пучки

§ 3. Зона взаимодействия, или камера столкновений

§ 4. Оптический метод в вариантах методов лучеиспускания и поглощения

§ 5. Принципиальная формула для определения сечений возбуждения атомов электронным ударом

§ 6. Предлагаемая концепция определения обобщенных совокупных результатов для сечений ОМС и ВМС

Глава IV. Экспериментальная установка

§ 1. Общая схема проведения эксперимента

§ 2. Способы измерения конкретных величин

§3. Условия проведения экспериментов

Глава У. Образование метастабильных атомов инертных газов при столкновениях электронов с нормальными атомами ("into metastable") - разработанные методы измерения сечений

§ 1. Способы измерения сечений образования метастабильных состояний

§ 2. Многопроходная система с наклонным падением лучей в методе относительного поглощения

§ 3. Вариант метода поглощения для определения числа возбуждений в частотном (или временном) представлении

§ 4. Метод сдвига фазы для определения времени жизни метастабильного состояния атома и сечения его электронного возбуждения

§ 5. Эксперимент

§ 6. Конкретные условия и параметры и особенности эксперимента для каждого элемента

Глава VI. Результаты определения сечений образования метастабильных состояний атомов инертных газов электронным ударом

§ 1. Гелий

§2. Неон

§ 3. Аргон

§4. Криптон

§ 5. Ксенон

§ 6. Общий анализ измеренных величин сечений. Выявленные закономерности

Глава VII. Возбуждение метастабильных атомов электронным ударом в вышележащие излучающие состояния ("from metastable") - разработанные методы

§ 1. Два подхода к решению проблемы

§ 2. Особенности экспериментов при измерении сечений ВМС - процесса при пространственном разделении двух электронных ударов

§3. Система трех электронных пушек

§ 4. Временной метод

Глава VIII. Результаты определения сечений ВМС в инертных газах

§ 1. Гелий

§ 2. Неон

§3. Аргон

§ 4. Криптон

§5. Ксенон

§ 6. Общий анализ измеренных сечений ВМС. Выводы и закономерности

Глава IX. Новый подход к обобщению результатов разных работ

§1. Общие соображения

§ 2. "Сжатие информации" в процессе представления данных по сечениям. Предложенные аппроксимации зависимостей сечений от энергии налетающих электронов

§ 3. Обобщенные результаты по сечениям электронного возбуждения атомов гелия из основного и метастабильных состояний

§ 4. Обобщенные результаты по сечениям электронного возбуждения атомов аргона из основного и метастабильного состояний - процессы ОМС и ВМС

§ 5. Общий вывод по предлагаемому подходу к представлению обобщенного результата и заключение

Заключение

Подводя итог, сформулируем основные результаты и выводы настоящей работы.

1. Впервые создана и научно обоснована методическая база для изучения процессов образования метастабильных атомов электронами и возбуждения метастабильных атомов электронным ударом в вышележащие энергетические состояния в условиях прямого наблюдения, когда исследуемый процесс является практически единственным в эксперименте, а искомая величина сечения может быть получена из непосредственных измерений в абсолютной мере. Основой всех экспериментов явился метод электронного пучка в газовой ячейке с оптической регистрацией продуктов реакции и мишени в процессе возбуждения метастабильных атомов.

2. Для исследования и измерения сечений процесса образования метастабильных атомов электронным ударом были предложены и разработаны методы измерения концентраций и времен жизни или непосредственно чисел образования метастабильных состояний из наблюдения и анализа фазовых (и временных) зависимостей относительного поглощения.

3. Для исследования процесса возбуждения электронным ударом из метастабильных состояний атомов в вышележащие состояния предложены и разработаны методы, составившие два разных подхода к изучению проблемы: это способы пространственного и временного разделения метастабиль-образующего и метастабиль-возбуждающего электронных ударов;

- при пространственном разделении - это два варианта методик: с газоразрядным способом создания метастабильных частиц в системе плазма-пучок" и с пучковым способом образования метастабилей -система "трёх электронных пушек";

- при временном разделении - это методы двухимпульсного пучка электронов или одноимпульсного пучка с постоянной подложкой с системами временной задержки, синхронизации и стробирования.

4. Созданы оригинальные экспериментальные установки. Существенным моментом многих из них было применение электронного пучка с большой поперечной протяженностью и малой длиной зоны взаимодействия, что позволило увеличить чувствительность системы регистрации метастабильных атомов по оптическому поглощению и повысить качество эксперимента. Также была разработана и применена многопроходная система в методе оптического поглощения с наклонным падением лучей, которая тоже позволила в несколько раз повысить чувствительность измерений.

5. С использованием разработанных методов и созданных установок были измерены абсолютные величины и энергетические зависимости

•2 о

- сечений электронного образования метастабильных Рг и Р0 состояний инертных газов Ые, Аг, Кг, Хе;

- сечений возбуждения электронным ударом из метастабильных состояний инертных газов Не, Аг, Кг, Хе на вышележащие уровни Б-, Р-, Б- уровни гелия, 2р- уровни неона, аргона и криптона и 2р-, 3(1-, 4с1- и Зр- уровни ксенона.

Практически все эти сечения были измерены впервые, как в нашей стране, так и за рубежом.

6. Проведен анализ полученных результатов и проведено сравнение с измеренными позже данными других работ.

- Показано, что для процесса образования метастабильных атомов тяжелых инертных газов основным процессом заселения метастабильных состояний является каскад и измеренные сечения являются эффективными; сечения прямого электронного возбуждения измерены до порога появления каскадов;

- отмечено, что этот впервые сделанный вывод позволяет правильно объяснить расхождение в результатах некоторых других работ как несопоставимых;

- дана критическая оценка некоторых недавно появившихся литературных данных для сечений образования уровней метастабильных атомов, основанная на некорректности способа получения этих данных как очень малой разности двух больших сигналов, определенных со значительной погрешностью;

- впервые в прямом эксперименте систематически показано, что процесс электронного возбуждения из метастабильных состояний характеризуется в 102 - 104 раз большими сечениями, чем электронное возбуждение из основного состояния, и для каждого исследованного уровня приведены эти отношения; отмечено, что значения величин этих отношений представляют ценность как измеренных с большой надежностью;

- указано на возможность дальнейшего уточнения приведенных данных по сечениям электронного возбуждения из метастабильных состояний в соответствии с уточнением литературных данных для сечений возбуждения из основного состояния.

7. Разработанные методики, впервые измеренные с их помощью сечения, весь накопленный материал позволили думать, что пришло время поменять стратегию в этом вопросе. Параллельно с совершенствованием методик, созданием новых установок, с дальнейшим уточнением результатов требуется проводить обобщение накопленного материала, и в настоящей работе предлагается, как это сделать.

8. Предложена, разработана и апробирована концепция обобщения совокупного литературного результата по сечениям вообще и сечениям образования и возбуждения метастабильных атомов, в частности. Концепция основана на использовании предложенной нами 4-х параметрической аппроксимации энергетической зависимости сечения электронного возбуждения, опирающейся на известные общефизические законы электронно-атомного взаимодействия и "глобальной" интерполяции по всему литературному набору имеющихся данных для исследуемого сечения при каждой конкретной энергии электронов.

9. В соответствие с предложенной концепцией обработаны все данные для сечений электронного возбуждения атомов гелия из основного и метастабильных состояний и сечений образования и возбуждения метастабильных состояний атома аргона для них приведены соответствующие параметры аппроксимации и обобщенные величины сечений в максимумах функций возбуждения.

10. Показано, что весь набор литературных данных, полученных разными методами, в разных группах, в разное время укладывается в довольно стройную систему, даже в тех случаях, когда казалось, что первоначальные данные не слишком хорошо согласуются друг с другом. Это позволило сделать вывод, что вычисленный таким образом совокупный результат имеет большую надежность и, видимо, точность, чем исходные, поскольку погрешности разных методов бывают направлены в разные стороны, и при таком подходе частично компенсируют друг друга.

11. Полученные при этом обобщении результаты для исследованных нами процессов в инертных газах позволили более ярко и полно продемонстрировать некоторые закономерности, не противоречащие известным теоретическим положения.

- это сериальные закономерности для всех Б-, Р-, Б- уровней Не с одинаковым показателем степени, равным 3.2 для возбуждения из основного состояния атома и с показателем, примерно равным 5-ти -для возбуждения из метастабильных состояний;

- разные зависимости скоростей энергетического спада сечений для обменных и безобменных переходов: соответствующие показатели степени при этом равны, соответственно, трем и одному;

- проверить зависимостей сечений от энергии электронов на выполнимость правила подобия Бете.