Процессы неупругих взаимодействий электронов с возбужденными атомами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

НСТИТУТ Ф13ИКИ АКАДЕМ II НАУК УКРА1НИ

':Г0 ОЛ

' г На правах рукопису

ШАФРАНЬОШ 1ВАН 1ВАНОВИЧ

РОЦЕСИ НЕПРУШИХ ВЗА6М0Д1Й ЕЛЕКТР0Н1В 13 ЗБУДШЕНИШ АТОМАМИ

01.04«04 - фГзична электронIна

Автореферат дисертацП на эдобуття вченого тупеня доктора ф1зико-штвштичних наук

Ки1в - 1993

Роботу никонпно в Проблемн 1R лабороторП ф1зично електронпш Ужгородом«) го державного ун1вароитету

0ф1ЦЛШ1 опоненти: доктор ф1зико-математични* наук професор Елад1м1ров В.В. доктор ф1зико-штем8ти'пшх наук лрофесор Чутов Ю.1. доктор ф1зико-мвтематичнн1 наук професор Шпеник О. Б.

ПровIдна орган1эоц1яг Хврк1вськкй дериавняЯ ун1вереитет

Захиот дясертацИ в1д<Зудетьоя п "1993р. o/iro-

дин! на зйОданя! Спец!вл1зовано1 Вчено! Рада Д 016.04.01. пр> 1нетитут1 ф1зики АН Укра1ни за адресов: 252650, Ки1в, ГСП-28, Проспект науки, 46, Спец1вл1зованв Рада при 1Ф АН Укранш.

3 дасертец1ею можно сзнайомитися в 01бл1отец! !иституту ф1зики АН Укра1ни.

Автореферат роз 1 слано " ^ «JÜlUt>tiCfyggjp.

Вчений секретер Спец1ал1зовано1 Ради, кандидат ф1з.-мвт. наук

1дук В.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальности теми

В умовях тазькотемпературно! плазма штучного чи природного походження частина атом!в знаходигься в збуджених станах, зокрема, в довгоживучих метастасИльних станах. Розпод1л електрошв у плазм 1 за сиерПямя, як правило, мае максимум при дешлькох електрон-вольтах та менше з подальшим екепоненц!йним або близью™ до нього спадом. Тому гИльша частина електрошв мае енерги, недостатш для збудження те юшзацН атом!в з основних стаШв. Внаслгдок цього частина процес1в збудження та юшзацп йде через пром1жн1, як правило, няйнижч! збуджеш стани (т.зв. стуШнчат! процеси збудження та !он1зйц|i). Вежливо, що х!льк!сть електрошв, енергетично здатних взяти учесть в таких процесах, значно зростае. При зб!льтеиш концентрацШ атом 1 в I електроШв в плазм! роль стушнчатих процес!в став дом!нуючою. Особливо це в1дноситься до лазерних плазмових середовшд. 3 цього випливав, що енергетичний баланс плазмового об'акту не може на враховувати внесок ступ!нчатих процео!в.

В той же чао даних про к!льк1сш характеристики процес1в • збудження та !он!эац!! 1з збуджених стан!в в надзвичайно мало, а сам! досл!дження цих процесс на час постановки експерименПв автора дано1 дисертац1Яно! робота знаходиляся в зародковому стат. В свою чергу, м!зерна к!льк!етъ експериментальних даних не стимулш рсзробку вдеквагних теоретичних _ моделей непружних взаемод!й електрошв 13 зОуджешши атомами. Так, зб!жн!сть тих небагатьох експериментальних даних (в основному для атом!в водая 1 1нйртних газ!в) далека в!д задов!льно1. В цьому зв'язку не може бути однозначним висновок на кориеть т!в! чи 1ншо! теоретично! модел!. Тим б1льпе, ¡до результата розрахунк1в р1зних автор!в в рамках одн1а! модел! також розходяться. Залишаються нев!домими законом1рвост! та механ!зми взаемодИ електрошв !з збудженими атомами.

Таким чином, актузльшсть экспериментального вивчення процес!в непружних взаемод!й електрошв 13 збудженими атомами визначаеться фундаментальними та прмкладгоши потребами в таких даних, як1 необх1дн1 для моделювання процес!в, що мвкть м!сце в природшй та лабораторн!й плазм!, в лазррних евредостшах, на астроф!зичнях об*актах.

Мета робота.

Мета роботи полягала:

1.В роз роб методик безпосередньог'о екепериментального вивчення процео!в збудження та 1он1зац1! атом1в 1з збудиених сташв 1 в створенн! в1доов1дно1 експериментально! бази.

2.В проведенн1 сиотематичних досл1джень процее1в збудження та 1он1зацП 1з зСуджешл стан!в атом]в лужноземелышх елемешчв, тал Но, м1д! та натрш.

3.У встановленш оеновних законом 1рностей та механ1зм!в процес1в непружно1 взаемодп збуджених атом! в з електронами.

Наукова новизна.

Наукова новизна роботи полягае в розробц! оригшалышх методик та ггриетршв, в одержаши нових в1домоетей про процеси збудження га 1он1зацП 1з збудасених стан!в атом1в метшив елект-ронним ударом. Конкретно вперше виршен! так! зввдання: 1.Розроблен1 методики та створена аларатура для досл1джень процесс збудження та юн1защ I з метастаб!льних та резонансних стан1в атом!в метал!в в умовах атомного I електронного пучк!в, що пере-тинаютъея.

г.Визначен! абсолюта! ефективн! иерер1зи збудження спектралышх переход!в з цетастабишних стан1в атом1в Са, Бг, Ва, Т1 ! Си. Вим!рян! енергетичш залежност1 перер1з!в збудження спектралышх переход!в вказаних атом!в, а також атомIв натр)ю в 1нтервал1 енермй електрон1в В1Д пороПв процес!в до 30 еВ. 3.Одержат дан! про абеолмш перер!зи юшзацП та И енергетичш залежност! для метастаб1льних атом!ь Са, Б г, Ва.

4. Знайдена резонансна структура на нринорогових дишнках енергетичних залежностей' перер!з!в збудження з метастаб1лышх стан)в ча дано пояснения природи 11 походжешш. б.ЗапрононоЕан! ооновн 1 законом! рноет! та механ 1 зми перебИ-у ироцес!в ншружних взавмод1й електрошв 1з збуджешши атомами.

ИМИУМ I Практична 1Цнн1оч'ь роботи ■

Одержан! и дисертащйн!й робот 1 результаты мають фуимылеит&яъний характер 1 розкривають нов1 аииекти в розушши вроцксш ьо.ьрулю 1 ьаавмод!1 електрошв 1з збуджышм атомом. Даш, що гг| нььдоа1 [I 1юбут 1, можуть бути використаш: при розроб-И1 ноьих тихнолопй. отьоренн! нристрогв, росючим тиюм яких а juii.3i.s-i, л г. ч. ЛИ31 р 1 ь на парах метали*; для стиорення 0анк1в

дани* про перер!зи елементариих процест зп-киень; для перешрки та вдосконалення р]зних теоретичних моделей 1 розрахунк!в: для 1нтерпретац1} астроф!яичних спостсрежень; при постанови! експериментальних досл1джень непрукних вэвемод1й я.пектрон1в 1з збудженими атомами та молекулами широкого класу х!м!чних елененпв.

Анробац1я роботи.

Викладеш в ро<Зот1 результата допов1 далисьна ТШ-В (Белград, СФРЮ,1973), 1Х-Й (Сгетл, США, 1975), Х1У-й-(Пзлоалто, США, 198Я), ХТ1-Й (Нью-Йорк, США, 1989), ХУН-й (Бр1збен, Австрал1я, 1991), ХУШ-Й (Азргус, Дашя, 1993) М1жнародних конферентях з ф!ьики електрошшх та атомних з1ткнень;~ на 1Х-й (Ригэ, 1992) Шкнэроднтй конфереяцП з атомно! та молекулярноТ ф!зики;~ на У-й (Ужгород, 1972), VI 1-й (Петрозаводск, 1979), УШ-8 (Лешнград, 1981), 1Х-й (Рига, 1984), Х-й (Ужгород, 1908), Х1-Й (Чебоксари, 1991) Всесоюзних конференШях э ф1зики електрошшх та атомних 31 ткнет,; -на Ш-у (Ужгород, 1980) Всесоюзному еимпоз1ум1 "Лазери на основ! складиих орган1чних сполук та 1х з'астосування";-на Всесоюзному сем!нар! (Лентград, 1988) "Процеси Юн1зацП з участю збудхених атом1в"; - на Всесоюзному сешнар! (Тб1л!с1, 1988) з теорП ятом1в 1 атомних спектр!в; - на 1-у (Ростов-Великий, 1990), 11-у (Суздаль, 1991) Всесоюзних сем ¡нарах з атомно1 спектроскопп; - на Ш «народному трикутному сем!нар1 (Ужгород, 1993) з процес!в атомних З1ткнень.

Основа! результата, що 1х подано на захист.

1.Розроблен1 методики та апарятура для дослютень процес!в збудження та 1он1зац11 електронним ударом атом!в 13 збуджених стан!в.

2.Результата по збудкенню атом!в Ыg, Са, вг, Ва, Т1, Си, На 1з збуджених стан!в, як1 включають в себе:

- абсолютн1 значения ефективних перер!з1в збудкення та !г енер-гетичн! залежност1;

- резонансну структуру на припорогових д!лянках нерер131в збудкення;

- встановлен! эаконом!ряоет} та оеобливост! механ!зм1в непружно! взавмодИ електроню 1з збудкегоми атомами.

Э-Результати по юшзацп метастабианих атом1в Са, Бг, Ва та 1х 1нтерпретащя.

ЗМ1СТ ДИСЕРТАЦИ

У вступ! обгрунтован1 важливють 1 актуален 1сть проблемы, формулшоться заедания, мета досл1джень, наукова новизна, пауков» та практична ц! юнеть одержаних результата I перерахован1 основы 1 положения, що виносяться на захиот.

Перший розд!л присиячений експериментальним засобам та методам вивчення процес!в збудження та 1он1зьц1I атом!в 1з збуджених стан!в. Показано, що найб1льш шформативш та достов!рн1 дан1 про ефективи! иерер1зи непружних взавмод!й можна отримати в таких екслериментах, в яких збудкен! атоми в1домо1 кшцентрацп взаемодшть з електронами регульовапих енергШ 1 безпосередньо рееструються продукта реакц1й. Цього в повн!й М1р1 можливо було б досягти, якщо досл1дження проводи™ в атомному та електронному пучках, що перетинаються. Однак ¡три реальн1й постанови! таких експерименна виникае ц!ла низка суттввих труднощ1в, голсвшши серед яких в: оде ржания достатни концентрате атом1в в заданих збудкених станах, вишри 1х концентрации ревстрац1я иало1 к1лькост1 продукт 1 в реакд!й на великому супугньому фон!. Саме цим сл1д пояснити той факт, що на початок наших досл1д*ень в л1тератур! взагал1 були в1дом] лише одиничн! роботи з вивчення процес1в непружних взаемодШ метаств-б1лышх атомIв (Н, Не, №) з електронами. До того ж майже вс1 роботи були виконан1 непрямим методом, в експериментах з низько-тсмпературною плазмою, як! накладають суттев! обмеження як на ви-б!р об'екта досл1д»ення, так I на шформативнють одержаних дани1.

В дан1й робои був запропонований та розвинутий експе-риментальний шдх!д до вивчення непружних взаемодШ збуджених атомш з електронами в умовах атомного 1 електрокного пучк1в, що перетинаються. Суть цього Шдходу )ллюструвться рио.1. Атоми до-сл1джув: ного елементу видодять з ефу'з1 Иного джерела -1 1 за допомогсю декыькох щ1лин формуються в пучок. Цей пучок проходить через спещальну. камеру 2, 'в як1й розмПцувться джерело Ытевсивного пучка електрон1в або пристрШ для створення розряду. При ышчешп об'окт1в з високими потенЩалами 1он1зацП в камеру ььоднвея додатковий пучок - пучок атом 1 в з низьким потенщалом юызацп з метою створення стаб!лыюго розряду. Шд д!ею олгктрсмш пучка чи розряду в камер! 2 проходить штенсивне

СИСТЕМА

Г£6СТР«Ш1

Рис.1.Блок-схема (экспериментальноI установки.

- терм1чне джерело нормальних атом1в; - система . колму-чих вцлин атомного пучка; 2 - розрядна камера; 3 - конденсатор;

- джерело электронного пучка; 5 -'дзеркало; 6 - аэотнв пастка;

- колектор юшв; 8 - конденсорна л!нза; КЕП - канальний лектронний помножувач; 9,10 - джерела лазерного випром1нювання.

*

конвертування атом!в з основного в збудаен! стани. В подальшому атомний пучок додатково колШуоться д!афрагмою очщааться в!д зарядхених частинок полем конденсатора 3 1 проходить через область взавмоди з електроншш пучком е. В1дцаль м1ж пучком електрон!в та камерою 2 досягаа дек1лька сантиметр!в. Тому зоудкеы! атоми з малим часом киття на такому шляху рад!ац1йно розпадаються. Таким чином, в зон! перетину з пучком електрон1в атомний пучок складавться з даох компонент - атоми в основному стан! та метастаб!льн! атоми. На спос!б отримання |нтенсивни1 пучк1в метастаб1льних атом!в широкого класу Им1чних елемешчв, а такок молекул отримаке авторсъке сь!доцтво.

При досл1дхсенн! яродес!в взаемод!й електрошв 1з збудженими атомами з малим часом життя останн! отримувались шляюм оптично! накачки (див. блок 9 рис.1) лазерним випром!нюванням пучка нор-мальних атом 1 в безпосередньо в облает 1 взаамод! I з електроншш пучком.

1нформац|я про переб1г пронес 18 недружно! взавмоди елех-трон1ь 1з збудженими атомами отримувалась шляхом анал)зу випром1нюввння спектральних л1Н1й та к!лькост! утворених !он!в в област1 перетину атомного 1 електронного пучк1в.

- Абсолютн! ефективн! перер1зи зСудження спектральних л!н!й визначалиеь через перерой збудження спектралышх Л1н1й атому гел!я оптичним методом за допомогов виразу

де 1(1 ), 1(1,, )- в!дносн1 1нтеноиьност1 спектральних переход!в

пн На

досл1д5к^..й1!ого атому та атому гелио, в1дпов1дно, N", н - коц-цеш'рацп метастаб1лышх btomib елементу та атом!В гел!ю, в1дпоыдно, KUJiB) i'a K(ljje) - шектралыш чутлив!йть спектрофото-иотрично! установки на довжинах хвиль 1 та 1 Для знаходження

лв Но

величии 1(1 ), К(1 ), N„ камера з1ткнень запошшвалась

п в Но Но

спектрально чистим гел!ем за допомогою прециз!йно! система ншуеку.

Абоолютн! ефективш перер!зи ЮШзацП шзнычались за

Q" 1(1 У fi KU ) 1

пв пв Не Не 1

Q® " Г(1 ) Г К(1 ) 1

Но Не лв Н

Не

На пв

(D

допомогою виразу

де <(- струм утворенях юшв. И"- концентрата метастаб1лытх атом1в, { - струм пучка електротв, М- илях електрстшого пучка п »томному пучку.

Енергетичн! зйлежност1 перер!3!в !он1зац! Г - О" та збудкеття спектрального переходу- 0"к в дов!льних оданицях визначалиея з пираз!в

0"(Е)=В£/1 та О" (Е)=ВУ/( , (3)

1 11® I к Д * в

де I Вг - дов1льн! стал!.

В робот! було розв'язане складне завдання - визначення в атомному пучку концентрат! метаотаб!лышх ' сташв. Це Суло дося гнуто абеорбтйним методом, а с те шляхом вим!рювяння В1ДНОСНОГО поглинання -А- метаетаб1льнши втомама випромишвання В1ДП0В1ДНИХ спектральная л!н!й в облает 1 переткну атомного I електрокного пучк1в. Величина А знаходияася двома пляхвми-т.зв."методом одного дэеркала", який був модиф1коввний до умов атомного пучка, та у вар!ант! двох атемких пучшв. На останн!й вар!внт нами було отримаяо авторськэ св!доцтво на винпид. Суть методу двох пучк!в полягаа в тому, що Формувгься два 1дентичн1 атомн! пучки. Випромтювання в1д одного стомного пучка проходить через пучок, в я кок у потрюно внзяачити концентрат» атом!в, 1 вишрюетьея величина в!дносного поглинання вяпрсм!нввапня.

В эалежност! в!д завдань експерименту Сули роэроблен! та використ8Н1 джерела електронних пучк!в трьох тип1в: електронна гармата, що формувала шшидричний пучок з струиом 1е~30 мкА та неоднор1дн!стю за енерпями (ДЕ)~0.б еВ: електронна гврмата, що формувала стр1чковий пучок з <в~500 мкА та АЕ~1.5 ей: ялектроншй монохроматор, що формував стр1чковий пучок з <в~ 1мкА те АЕ~ 0,2еВ. КзлЮрування икали енергМ електрон1в велося за порога1.™ процес!в ЮШзацп та збудження спектральних л1н!й з основпих стан!в атом!в. Точнють квл1брування скледала 0,2 еВ у вилядку електренно! гармати, що формувала щшвдричяйй пучок, та 0,1еВ у випадку монохроматора електрон!в.

Система ревстрацП випром1 якшания скледалася: з моно-хроматора МДР-2, детектор!в (ФЕП-106, ФЕ1-114). стстр'.га гПдсилечгня та обробки електричних сигнол!в детектора. В звлежно.'Т! в!д умов експеримс-нгу система реистрш'П пр-эшяялч в

даох режимах - в режиш синхронного детектування або в режим/ реверсивного рахунку окремих фотон1в. Для вид!лення корисного сигналу велась ыодулятя електронного пучка, або пучка метвста-

61льних бтоы1в.

Реестращя 1он1в в залежност! в!д задач та умов эксперименту зд1йснхвалась двоиа системами, що працювали в режим! рахунку окремих ЮЯ1В з ыодуляц!вю електронного та атомного пучк!в, або в режим 1 ыш1рюьання повного юнного струму електрометром. На завершения периюго розд!лу приведен! детальн! контролып досл|ди, як! характеризуют висску ступшь достошрност! одержаних реаультаПв. В1диосна похибка вим)р!в складала: для енергетичних залежноотей перер!з1в збудження та 1он(зац!I ~ Ь% та ~ 1256, в1дпов1дно; для абсолютних величин перер!з1в збудження та 1он1эац11 ~ 50J5 та ~ 6056 в1дпов1дно.

В другому розд!л1 представлен! результати вивчення збудження з метаотаб1льних стан!в атом!в лужноземелышх елеиент1в - Kg, Са, Sp, Ва.

На початку розд1лу розглядаэться стан проблема. Показано, що до ци1 шр вIдома в1дносно невелика к!льк!сть роб!т, в яких вивчалися процеси збудження атом!в 1з збуджених стан!в (переваж-ним чином, атоми !нертних газ 1в), а для атом!в лужноземельних елемент!в, тал1ю, м1д{, натр!ю так! досл1дження (за виключенням атому натр!ю) не проводилися. До того ж б!льша частина експериментальних дйних одержана непрямим шляхом в досл1дах з низькотемпературною плазмою. Зроблений висновок, . що в1дома 1нформац1я в дуже обмеженою, розр!знено» та суперечливою. Так, на приклад! атому гел!ю, який в1дносно краще вивчений, показуеться, що екснериментальн! дан! р!зних автор!в розходяться до 30 раз!в, а розходаенни теоретичних та експериментальних даних в ряд! випадк1в досягав 200 раз!в.

В цьому ж розд1л! приведена характеристика метастаб1лышх стынь атом 1 в лужноземельних елеценпв 1 обгрунтовано !х виб!р як ооноышх об'ок'Пв досл!джень, а такох даютьея особливост! проведения експеримент 1 в.

Спектроскоп IчнI характеристики метастаб1льнцх стан 1 в лужноземелышх ьтсапв в багатьох в1диошещшх под!бн1, хоча епосте-(агаьлы я 1 дыни В1дм11шоот1. Тик, итом магн!ю мае лише триплет-ш:й Мг>гис1яб1лышй терм 3ЭР. з ешзрПею збудження Е ~ 2,7еВ. У

j 3 л

втомт кольщю та стронщю поряд з триплетними пэР^п-4; Еэ~ 1,9еВ - для С'а; п~5; Еэ~ 1,8еВ - для Бг) виникзють сииглетн! п'Ля

(п-31Г> , Е =2,71еВ для Са: п-А; Е0-2,5еВ для Г,г) метаетэб1льн!

^ 3 3 . терми. Остянн! *арактерн1 I для атому Ва (6 Ря; Еэ=1,41еВ), одаак

триплетиим метастаб1льним вже о терм (Еэ~1,15 еВ). 3 ростом

атомно! ваги метастасИльн! стани стають б!лмп глибокими. Час

життя метястаб!лыгих стан!в ощншться величиною ~1-10"4сек та

<5!лыве.

Характеристики метастаб!льшх стан!в лужноземельних атом!в обумовили 1х виб1р в рол! основних об'ект!в для досл!джеш.. Умови проведения експеримент!в для вс!х. об"вкт!в були практично одинаковими. Концентрат I триплетних метястаб1льних стан!в в зон! перетину пучк!в досягали значень (2-7)•10®см*э, а мшглетних- в 40-50 раз менте. Абсолюта! ефективи! перер!зи збудаених стан!в визначались при Е=30еВ при одночастшх вим1рах концентрат! атом!в та абсолютиих 1нтенсивностей вшгром!нювання. Енергетичн1 залеж-ност1 перер!з!в збудження вим!рявались в д!апазоп1 енерПй електрон!в в!д порогу процесу до 30 еВ. Тиск залишкових гяз1в в камер! з!ткнень становив ~ 1•10~7Тор.

Дал! детально розглядаються особливост! процес!в збудження для кожного атому окремо.

Для атом!в мяпн1ю, кальцИо та стронцШ було вивчено процес збудження спектральних переход!в (СП) !з триплетних метйстаб!лышх пэР0 - стан!в. При цьому було встановлено, що ефективно збудкуються СП практично лиие в триплетя!й оистем1 терм!в. Найб!льш! перер1зи притаманн! СП з р!вн!в, як! збуджуюгься в диполыпй взаемодП електрона з метайтяб!льним атомом з м!н!мальною зм!ною головного квантового числа п. Абсолюта! величини перер!з!в збудження них СП (перш1 члени р!зких та дифузних сер!й) досягають дек!лька одинмць 10*18см3. Суттево «енш! перер!эи збудження властив! другим членам р1зких та дифузних сер!й. Для СП з р!вн1в (дифузна сер!я) характерн!

найменш! перер!зи збудження.

Поряд з цим було виявлено надзвичайно ефективне збудження СП э р!вн!в двоелектрошого збудження конф1гурац!й ра, йр, с!2 (т.за. змшених спектральних переход1в). Мехян!змя збудження цих рШНэ 13 метастаб!льних стан!в представляються р!знимя. Так, р1вн! конф!гурац!Й рг, dp збудкуються в результат! одполектрг-иниг

переходов, в той час як р!вн! конф!гуращй й3- двоелектрошшх переход!в. 3 одержаних результата випливав, що Шов1рност1 збудження одно - I двоелектроннях переход 1 в блиэьк! ми собою.

Духе вежливою ф!зичною ознакою процесу збудження СП 1з метаетаб1лышх стан]в в те, що и ефективн! перер1зи збудження суттвво, на порядок та б!льше, перевшцують перерой збудження цих же С11 1з основних стан!в атошв. Так, в1двошення перерыв збудження СП !з метастаб1лышх та 1э основних стан!в - С|"о/0°о при енерги 30 еВ для перших членов р!зких та дифузних сер!й лежать в межах ~ 200-250. Для посл!дуючих член!в цих сер1й в1дношення О^УС!^ падав. Ця обставина дала можливють зробити в&жливий висновок: спад перер1з1в збудження вздовж сери у випадку процеса збудження 1з метастаб!льних стан Iв йде значно швидше, н!ж у випадку процесу збудження 1з основних стан!в. Максиыальне значения в1дношення О"0/Од0 властиве для СП з р1вн1в конф!гурац!й Р2, що пояснювться р1эними мехашзиами збудження щи р!вн!в з метастаС1лышх та э основних стан!в, про що вже Суло сказано вице.

Нов1 ф!зичн! результата отриман! з анал1зу енергетичних залежностей перер!з1в збудження СП (функц!й збудження СП-5вСП), як1 були вим!рян! в 1нтервал1 енерпй в1д порогу процесу до ЗОеВ.

Показано, що для перши член!в р!зких та дифузних сер!й характеры), як правило, полог! ®ЗСП, як! за своею повед!нкою нагадують функцп збудження резонансних спектральних переход)в, що збуджуються з основних сташв 8том!в. Цей факт 1люструвться на рис. 2, де по ос1 вбсцис в1дкладена енерпя збудауючих електрон!в в одиницях електрон-вольт (еВ), а по ос! ординат - перер!з збудження в дов1льних одиницях. Звертавться увага, що функцп збудження других член1в р!зких та дифузних сер1й В1др1зняються в1д фун(;ц1й збудження перших член 1 в 1 дааться пояснения цього явшца.

Поряд з цим встановлено, цо ФЗСП 13 метастаб1лышх стан!в суттево в!др!зляьа,ься за своею повед1нкою в!д ФЗСП 1з основних стан!в. Наглядно це показано на рис.2 на приклад! атома кальц1ю. Пояснения ыдццшостей в повед1нц! ФЗСП, як] збуджуються 1э мотистебиьких I основних стаШв, ми бачимо в сл!дуючому. Процес збудження те ¡Ж! а 431>л атома кальц!ю 1з метастаб1лыюго стану 4ЭРЛ йде Пйревыжно П1Ш дилольн!й взаемодН, без зм!ни оптового стану

АХ"-. •г , Са -~4-.......% » ••« • • • « 1

• 1 1 9 • ' ' 2

• •

«— 1

0 10 20 Е.еЗ 33

Рис.2.ФункцИ збудження спектралыотх переход! в э п^ -р1вн1в атома Са метастаб!ль-1шх (2,3) X основного (1) стан! в, (4)-® резонансно! л1н1! Са: 1.3 - 43РЛ - 4э0л?

2-43Р.

-4'Р.

го о

О

01.2

У

Ва

0

10

2р Е.еВ 30

Рис.3. Функцп збудквння спектрального переходу 6в51эВа-

5<1бр3Р бар!я з метасгаб1льних (1) I основного

(2) 6в 5 - стан!в.

ьтсмно] системи. Внесок обмПшо1 взаимод11 незначний. Тому для такого процесу характерна положисть Ф8СГ1 э ' максимумом при де-к!лькох пороговых одияицях енернй. 1з основного стану триплетний терм 431)( збуджуеться Т!льки при обм!шЛЙ взавмод11 електрона з атомом, 1з зм1ною сшнового стану атомно! системи. Таким процесам притаманн!, про що достеменно в1домо, гостровн ражен ( ФЗСП з максимумами, що роэташован1 безносередньо при пороз 1 збудження. Таким чином, в1дмПшоет1 в поведшц! ФВСП 1з метастабишшх та 1з основних стан!в обумовлен! перш за все р1з)шм типом вэаемод!I електрона з початковим станом м!шен1.

Для атома бар но вивчеио збудження як 1з сиглетних метастаб!лышх -стан1ь, так 1 1з триплетиих метастаб1льних Ъ 0^стан1в. Вуло встшювлено, що практично вс1 досл1дкуван! СП йдуть з р!вн!в двоелектронного збудження конф!гурац11 5<16р. СП з нормалышх р!вн1в представлен! лише першими членами дифуз1шх сер1й в синглетн!й та триплетн!й системах терм'.в. До того ж перер!зи збудження нормалышх СП менш! в1д нерер!31в збуджених зм!щених СП. В цьому атом бар1ю ном!тно в!др1зняаться в1д втом!в магнио, кальцис, стронцио. Експериментальн! пороги ФЗСП показали, що триплетн! СП збуджуються !з метастаб1лышх стан!в, а

синглетн! - 13 51Иа метастаб!льних стан!в. Значения в1дношення 0"о/0°о для СП, як! збуджуються як 1з синглетних .так 1 1э триплетних еташв, близьк1 м1ж собою. За абсолютною

величиною иерер!зи збуджешх синглетшх СП нав!ть перевишуыть лерергз збудження резонансного СП 6а2 ^-бвбр 1Р1 1з основного сг&ну.

Для атому Ва, як 1 для Мё, Са, Бг, <ШСП з ршИЕ двоелектронного збудження з ыетастаб!льних та з основних стыПе маыть (див.рис.'з) суттево р!зний характер. Головною нричинок цього а ь, що у випадку процеса збудження з метаетаб1льши стан!ь р!шп двоелектронного збудження утворюються в результат! одноельктрошшх переходШ, в той час як 1з основних еташв - е результат дьоелектрошшх перехода.

И трмьому рОод!л! розглянут1 результата доел!джень лроцес1Е збудкешш а метастьсильних отан1ь атом1в тал!ю, м!д! 1 резонанс-го стану атому ньтрШ. Виб1р даних об'вкчЧв доел!д*:ень буь оОумоълений тим, що «они за сво!ми спектроскоп1чними характеристиками ьидрилишч'ьоа нк м!к собою, так 1 ыд лужноземельнш

ятомт. Це дало мождивють одержат» (Илья повну картину в переб1гу Процео!в збуджеиня 1э збуджених етэШв та- встановити загальш законом!рност1 та механ!зми таких процес!в.

Атом тллIп дач ун!кэльну мо*лив!сть експеримеитального вивчення збудження з етан!в, що в1др!зняються т!льки повним

моментсм «I. МотяетасПлшгод станом ятомя тал! я е 62Р„ основным

а 2Э 3

- 6 Р(/2. Встаноплено, що найб1льш ефрктитю з " Рэ/а~ стану

збуджуетъся спектральний перех!д- 62Р___(О* =5 • 10"1 вема).

3/2 5/2 ЗО ■

Для нього характерно 1 нййб!льве значения в!дношегаш <3*о/0°о 55). Для переход!в з настутпгах р|вн!в (п-7,в) в1днопення

0"о/Ч°о змениуеться. Зовеш гниа картина спостер!гаотьея для прреход[в з п2е,уз~ р|вн!в. Тут в!Дноиення помогло

в1др1зняоться в!д одиниц! т!льки для перехода з 7 8 - р!вн!в. В робот! даэться пояснения таких в1дм!ьностей.

Оеобливост! збудження 5вСП дафузно! сер1! под!бн! за характером збудження аязлоПчним переходам у атом!в магн1в, кальц!ю, стронц(Г). В той ее час 5ССП з 7г2( р!вгш в припорогов1Я облает! енерг!_й мае аяомальну повед!нку. Це пов'язуоться з там, що на процес прямого потенц!алъного збудэсення 7аБ} р1вня накладуеться додатковий процес резонансного походкення.

Для атому м1д! булл одержат результата по збуджешпо з метастаб!льних сташв 3<1®48аа0^ Виявлено, що ефективно эбудяуються спектральн! переходи з р!вп!в конф!гурац11 Зй*4в4р. При чьему найб!льш! перер!зи збудження притаманн! переходам з дублетних р!вн!в За®484рг5' та Зй,4в4ргВ1.., (О" ~1,7-10",всма).

7/2 5/Э 30

Для цих ке переход!в спостер1гаються 1 нвйб!льа1 значения в!дношень Р13НИЦЯ , в перер1зах збудження спектральних

переход!в з квартетних та дублетних р!вн!э яезначна. Пом1тне збудження спектральних переяод!в з р!ннхв конф(гуряц!! 3<1,0п1 в експериыент! не спостер!галось. Виключення складав перех!д з резонансного р1вня 4раР . Не див^лчись на те, що для цього переходу в!даошення О"0/Ь!,0 в!дпосно невелике (~10), абсолатяий перер!з його збудження досягаа значень перер!з!в збудження спектральних переход!в з р!вн!в Зй®4з4р. Звертааться увага на те, що перех!д 4еагВ5/2-4р3Р3уа з лазерннм, тему дан! про парер!з його збудзгалня з мегастаб!льного стану в вааливимя.

Ваялива 1нформац!я одержана з анал!зу ®ЗСП. На ряс.4 приведена ОССП 4е230вуз-4раРэ/3 з метастаб!льних (крива 1) !

основного станIв (крива 2). В!дм1нност! в гювед1нщ криьи* I 1 2 суттев!. В той же час ц! в!дм1нност! неможливо пояснити р Ганою ыультиллемЛстю початкових стан1в, як у вшшдку лужноземелышх атом1в, або неодинаковою зм1ною кутового моменту AJ для двол канал!в 'збудження (при зОудженн! з метастаб1льного стану та основного стану), як у випадку атому тал1ю. На нашу думку, в!дм!нност1. в повед!нц! кривих 1 та 2 в!дображають той факт, що збудження р1вня 3РЭУа з основного стану (крива 2) проходить в результат! одноелектронного переходу 4в -> 4р, в той час, як 1з метастасИльних стан!в мае мюце двоелектронний переход Зй94а3 -> 3<11а4р. Суттевою особливютю останнього в те, що зд1йснюеться М!жоболонковий переид !з повнютю заповнено1 4ва- оболонки в другу частково заповнену Зс19- оболонку. Такий процес означено терм!ном - збудження з м!жобапонковим переходом. Иоказуоться, що механ1зм збудження такого переходу мае ознаки обм1нно1 взаемоди.

На рис. 5 приведена ®ЗСП Зй94а220с, - за®4в4р , !з

Ь/2 • Б/2

метастаб!льних (крива 1) та основного (крива 2) стан1в. Анал1з показуе, що характер повед!нки криво! 1 в!дм!ншй В1д типового для под!бних процес!в. Справа в тому, що збудження Зй®4в4р 2£>е/г~ р!вня 1з метвстаб!льного стану мае вс! ознаки дипольного переходу. Тому ФЗСП з вказаного р!вня повинна мати пологий характер по типу криво! 2 на рис. 4. Ця законом!рн!сть добре була просл!дкована для атом!в Щ, Са, Бг, Ва 1 Т1. В1дхилення в!д вказано! законом1рност! дозволяв нам допустити, що, поряд э прямим потенЩальним збудженням , - р!вня, ефективно йде

5/2

другий процес резонансного походження. Природу походження цього процвсу ми пов'язуемо з процесом утвореиня та розпаду збудаеного стану в1д'вмного юну атома м!д!.

Принципове значения мае постановка ексиеримент1в по збудкенн.» атом1в з короткоживучих стан!в. В той же час реал1зац!я таких екснершшент 1в пов'язана з величезниш труднощами. Мал! чосн життя цих сташв (~10"а-10"*сек) приводять да того, що вопи 1юмшдаютьси практично в М1сц! и утварення. Таким чином, вшшкаи ще задачи по ix тражшортувашш в область взаемоди з електроншш пучком. В даШЙ робот1 об'актом диел!дження Оув обринш! атом натр1и. Зо^дженI атом натрш в резонансных станах а1'э ("1Нориь;иик'Ь онтичнош накачкою випром!лишениям з доьжнною хьши нм ця спецюлыю створе шй дли щи! м«'ш

-А

>0 »о •»

е.„о» „ _ 1

о о

■во" О О

тег

Си

"20 Е,еВ 30

Рно.4.ФункцН збуджряня спектрального переходу атомч м!д| \/г - 4в4р 3РЯ/3 (Х510,6нм): 1 -- э метсотасЧльтои стан1в; 2 - з основного стяну.

К

о* в «

з г

Си

°»%

90()00000 <*

10

20 Е.еВ

30

О

2

О

О

о

и

Гис.5.Функцп збудження спектрального переходу атома М1д1 ~ 3<1°484р (1299,7нм):

в/а ъ/л

1 • я мртастаб!льних стан1в; 2 - з основного стяну.

екслершеыталыий установиt.

lia рис.6 приведена ФЗСП 3ap-32D. що збуджувться з резонансного аР3/,3 стану (крива 2). Загалышй характер поьедшки Ц1е1 криво! сл1д вважати насл(дком процесу дипольно1 взавмодп при збудженш 3aD- р1внн 1з початкового ЗгР3/2- стану. Шдтверд-женням цьому а дуже схожа за поведшкоюФЗ резонансного _ спектрального переходу 32S-32P, збуджуваного 1з основного Застану атому. Таким чином, тут спостер1гавться повна кореляц!я з даними по збудженню перших члешв днфузних сер1й атом 1 в Kg, Си, Sr 1 И. Особливост! на ФЗСП 3ZP-32D в припорогов!й облает! eneprlft не притаманш прямому потенц1альному збудженню, а являкться мабуть, насл!дком 1 много процесу, що мае резонансну природу. На рис. 6 (крива 1) приведена також 48СП 32i'-3aD, який збуджувтьоя з основного стану атому. Поведшка 4вСП в характерною для тих процес1в збудження, як! зд1йснюються внасл1до;< квадрупольно1 взаемодЛ. В!дц1нноет! ÎSC11 32Р-320 13 збудженого ЗгР3/2- стану (крива 3) та 1з основного 32Sq- стану (крива 1) головным чином пом1тн1 в положенн1 и максимум!в 1 в характер! спаду. Таким чином, на приклад! одного 1 того ж спектрального переходу наочно показан! особливост! енергетично! поведтки нерер!зу збуджених атсм!в при дипольшй (крива 3) та квадруполылй (крива 1) взавмод!ях.

В(дношення Q"„/Q° при енергп 30 еВ складае ~ 30. Для 1нших

ЗО 30

споктралышх переход1в натр1» це в!дношення в дек!лька раз менше. Абсолютна величина перер!зу збудження спектрального переходу

"8

CD cf

о,

Ne

3

e ® <

2

10

20 Е.еВ 35

Рис.б.Функц!1 збудження спектральных перс,ход!в 32Р

32Ь

i/a

з/а

натрlu: 1-з основного 3 S. 1 2 - резонансного стиШв; 3 - ФЗ резонансного спектрального переходу 32S -32Р (дана робота).

321)-32Р 1з 32Рэ/а- стану при Е=30 еВ р!вна 3.2 1û"iSeM3, що в Зо раз!в пвревищуа перер1з для цього переходу з основного стану I практично сшвпадао з перер1зом спектрального переходу 32S-3aP, який збудаувться 1з основного стану.

Одержан! шзште групою Галагера (США) результата но зОудиедаю атому натр!ю !з ЗаР3/2- стану сшвпадають в мижах похибок вим!рювань з нашими даними.

В робот! зроблений висновок, що nepefltr процес!в збудження атом!в з короткоживучих та довгоживучих стан!в в багатьох рисах подЮний.

В четвертому розд!л1 вйютдеш результати з 1он!зац1! 1э метастаО!льних стан!в лужноземельних елемент!в. Розглянута загальна ситуац1я в Ц1й проблем!, з яко! сл1дуе, що внаел!док експериыентальних труднощ1в в!домост! про процеси 1он1зац11 в!дом1 лише для дуке обмеженого числа атом!в (водень ч.? 1нертн1 гази). До того ж зб!кшсть результат1в р1зних досл1дник!в невисока, нав!ть для тако1 просто! системи, як атом гелио.

В дисертац1йн!й робот! вивчеш процеси 1он1зац11 13 метастаб!льних стан!в атом!в Hg,Ca,Sr ! Ва. 0дерзкан1 дан! представлен! абсолютними перер!зами !з метастаб1льних стан!в та IX енергетичними залежностями в ттервал! енерПй в1д порогу до 20 еВ. Найб!льшим перер!зом !он!зац1! !з триплетних метастаб!ль-них сташв характеризуешься атом бар!ю (3з0=3«2 10"'8см3), а найменшим (Q™0=1,5 10~1Бсм2) - атом магшю. 3 одержаних даних сл!дуз, що перер1з 1он1зацп з метастабиьних сташв пом1тно перевищуа перер1з юшзацп !з основних сташв. В цьому в!дношенн1 особливо пом!тно вид!ляатьея атом стронщю.

Енергетичн! залешост! перер!з!в ¡ошзац)! (функцП 1он1зац11- Ф1) характеризуются пологими кривими з максимумами при енерпях 13 еВ (Mg); 12,5 еВ (0а); 12 еВ (Sr); 10 еВ (Sr); 6,6 еВ (Ва). На ьс1х Ф1 поблизу поропв ч1тко проявляються осо0ливост1 при енерпях, Слизьких до потенц!ал!в 1он1зац11 з основних сташв. Максимуми перер1з!в 1он!э8Ц!1 з метастаб1льних стап1в зцунут1 в область иенших енерг1й в нор!вня]Ш1 з 1он1зац1ею 1з основних сташв.

В podoTl показано, що мехаШзми утворсння Iohib i3 метйетаб1льних та- 1з осчовши сташв неодинаков!. Так, 1з основного стану атому (А0) утворення однозарядного юну

пб.УМОП.л'ЧЮ пгр'.'ХОДОМ ОДНО Г""1 13 Р- електрони! в континуумI тобто

Ап(рлвя) I с -> Л*(}>4г.) » 2е Для процесу Юн! чпц!! | -5 метастабш него о тон у атома (А™) моклив! прреходи п континуум як р - електронч (р-1он!зяц!я), тяк I в-рлектрона (е- !оп|зац1я), тобто

А*(р6в) »• 2е

Ат(р*пр) + е С"''

А4(р6р) * 2е

Очевидно, що !мов!рност1 р - !оШзац1! та в - 1он1зац11 р(зн1, В!др|зняютьсч також I 1х пороги.

В робот! приведет тякож наш! розрахутпеи и<?рер!з!в !он!зацИ в б Шорному набдикени! класично! мехашки. 3 поришяння абсолютних величин перер!з!в 1он1зац11 сл1дуе, що для вс!х об'якт(в гозряхунков1 перер!зи менш1 експериментальних. Ном!чен! розходкетгя в розрахункових та експериментальних даних, мабуть, зумовлен! тим, що в класичному п!дход1 не враховано в!дпов1дним «ином вшгав атомного залишку на характер з1ткнення нал!таючого 1 атомного електрон!в. Поел!довне врахування такого впливу могло би привести до кращо! узгодженост! експериментальних та розрахункових даних в облает 1 малих енерпй.

В п'ятому, заключному розд!л! розглядаються законом1рност! в процесах збудження та !он1зац!1 1з збуджензшх стан!в.

Процес взавмодп електрона !з збудженим атомом в б1льш складним, н1к при взаемодИ електрона з нормальним атомом. Тут видозм1нюються механ1зми утворення !он1в, заселения атомних стан1в, що обумовлено новими квантовомехан1чними характеристиками атом1в в збуджених станах. На основ! проведених нами систематичних досл!даень збудження атом!в Mg, Са, Бг, Ва, Т1, Си та Ив 1з збуджених ствн1в та 1он1зац11 метастаб!льних атом1в WgI Со, Бг, Ва виявлений ряд тенденц!й та законом(рюстей пореб1гу таких процес!в.

Перер1зи збудження атом!в !з збудкеких стан!в суттево (на 2-2,5 порядка) перевищують перер!зи збудження !з основних стан!в. Найб!льш1 перер!зи характерн! для спектральних переход!в з коюгах р!вн!в, процес збудження яких !з збудкеник сташв супроподжувться такою зм1ною квантових чисел початкових та кищевих стан1в: Лп-0; &J=-1, АЬ=-1; ДБ=0. Для атом!в Щ, Са, Бг, Т1, Ма - це Б- I 1)~ р!вн1, а для атом!в Ва 1 Си - Р-р!вн1. Показано, що за абсолютною

величиной nepepiati зОуджешш спектральних переход!ь з шшнх S, Ь та Р- piuHlu пор1внюються з перер1зами резонанених переходш, як) збудхуютьоя з основных стан!в атом!в (див.табл.1).

Значно меншими перер!зами збудження характеризуются спшстралым переходи з таких нижни р!ьн1в, як1 збуджуються la змшою орб1талиюго квантового числа на ДГ,=-2 (P-piBHl у атом1в Mg, Са, Sr> 1 TI та S t G- р timt атом ib Ва, Cu). Збудзкення них р!шИв проходить при квадруполыпй взаемодп, кода суттивим а явшде обм!ну. •

Для спектральных нереходш з р!ьшв, ян! эСудкуються з L=0 (Р-р1вн1 у атом)в Mg.Ca, Sr,.Tl¡ D-plBHl атому Ва) характерн1 найменш! нерер!зи збудження з метаетаб1лыгих стан1в.

В роботt розглянут! причини, що приводять до таких .величин перер!з1в збудження.

Спостер!гаеться яьна залежнють в!дношення Qjc/Qgo В1Д енергетичного положения початкоього збудженого стану для воIX доел!джуваних об'вкпв. Чим веде знаходиться метастаб1льшШ стан, тим б!льше значения ириймае в!дношення Qjc/Qgo- 1люстрац1я тако! закономipiiocTi для спектральних иереход1в з нижни р1вн!в подано в таблиц! 2.

Проанал1зована збшПсть даних екснерименту з результатам розрахунк!в ¡3 Борноьському наОлнженш. Така сходим!сть в ряд! випадк1в задошльна, однак для деяких спектральних переход!в ьирахован! перер1зи збудження в1др1зняються в!д експерименгалыш» на порядок I б!льше. Тому доц1лышм а подальш! теоретнчш досл!джеш!я р1зним11 квантово-мехашчними методами.

При розгляд1 енергетичних залежностей перер|з!в збудження атом!в 1 з метастаб!льних стан!н В1дм!чаетьсн, що вони суттвво в1др1зняються в!д енергетичних залежностей nepeplyib збудження з осноЕ'Них сташв. 1»к1 шдмпшсст! нояснюються р!зшшн мехаШзмамм взаемодп електрола з початковим станом.

Для спектральних перехода з р!вн1в, як! збуджуються з такою змшою ннантових чисел, як Дп=0; AJ=±1; AL=i1; AS=0; (перш! члени plüKiix та днфузннх. ceplfl), як правило, характер!!! полог! 48 з ¿максимумами при деюлькох пороговых одиницях енерий,' що характерно для принесу дшюльнсго збудження. Вньсл!док цього вказан! ФЗ близьк! (без вр^чування ирипорогових особливостей) до . 08 .резонанених спектральних. иереход!в, як! збуджуються з основних

ТаОлиця 1

Абсолюта! ефективн! перер!зи збудження спектральних переход!в 1з шип))х р!вн)в, що збуджуються !з збуджених та основних стан!в

Елемент Спектральний перех!д . 0 но16. X, нм зо ' см Процес збудження

ЗвЗр^- эвэа'Б, 518.3/6.7 1 т

"Й ЗвЗрэР^ Э83(Л; 383.8/2.9 0.36 т

За3 ^ ЗбЗр1Р1 285.2 0.79 т

4е4рэР^ 4858^ 616.2/2.2/0.3 1.64 и

Са 4в4р3Р - 4в4с1эР 445.5/5.7/2.5/3.6 0.34 т

4ва 4$о- 4в4р1Р1 422.7 1.3 г

5Е5рэРа- 5в6еэБ1 707.0 1.5 0)

Бг 5в5р3Ра- 5в5<13Бл 5в3 ,в0- 5в5р1Р1 496.2 0.6 т

460.7 2.4 г

Ва 6В5Й1В3 -бЙбр'Рд 728.0; 705-9 648.3 2.9 6.2 01 т

6вг 1Б0 -6в6р1Р1 553.5 3.4 г

ТХ 6раР3/а -7ваБ1/3 6Р Р3/а -ба2п 533.5 351.9 377.5: 533.5 0.36 0.5 0.52 т !Л г

Ои 4В! 288.3 296.1 324.8 0.14 0.18 0.63 га т г

Ка 819.4/8.3 589.0/9.5 3-2 3-5 т г

11рим1тка:0 -величина перер!зу збудження при енергИ 30 еВ;

и - процес збудження спектрального переходу 1з збудженого стану;

г - процес збудження спектрального переходу 1з основного стану.

Таблица 2.

Ыдношення 0зО/0дО для спектралышх перехода 13 НИЯШ1Х р!вн1в.

Елемент Початковий Е> еВ перех.д Шдаошеиня

лши л" /г\°

не 3в3Р3ро.а 2.71; 2.72 ЗрХ - 4в3Б, ЗР^ - за3^ 250 200

Са 4В4Р3Р0>3 1.88; 1.89 4в4р3Р_,-4в5в3Б1 4в4р3РЛ-484(13ВЛ 200 110

Бг 5в5РЭро.а 1.78; 1.85 5а5рэР2-5в6вэБ1 5в5р3Р;-5аб83ВЛ 190 100

Ва 6е5й1Ба 1.41 1.12; 1.14; 1. 6вЬй1Па-(>в41*?3 , 19 6в5(1эВэ-6в4Г3Р4 25 а

Т1 0.97 6р2Р -7ваБ * эха >;а 3 55

Си за"4в3 1.64; 1.39 95 82

Иа Зр2Р у 3/2 2.2 3Р2Р3/3-3(1аВЛ 30

Пршнтка: Е - енерпя початкового стану;

0"о/0°о - в!дношення перер!з!в збудження 1з збуджиних 1 основного стан1в.

сташв атом!в, до. наочяо 1люструвться рис.7.

46 других член!в р!зких та дифузних сер1й атом!в Mg1 Са, Бг, Т1 в!др1зняються в!д ФЗ перших член)в, що в неоч!куваним. На нашу думку, в!дмПшост1 в поведтц! 30 перших та других член)в 0 насл!дком ода! в! 1 т(аI х причини. Такою причиною може бути р!зниця в зв'язку верхн!х р1вшв перших та других член1в з початковими станами. На прояв такого зв'язку показують значения сил осцилятор!в перших та других член1в в!дпов!дних сер1й.

Дал» приводяться особливост! повед!кки перер!з!в збудження в припорогов!й област1 значень енерпй. Показано, що на припорогови1 д!лянках ФЗСП проявлявться структура у вигляд! злон1в, виступ!в _ 1 п1к!в. В окремих випадках припорогов! особливост1 приймають вид дом1нуючих максимум!в на ФЗСП. У б!льшост1 випадк!в енергетичн! положения особливостей на р1зних ФЗСП сп1впадають, а сам1 особливое! мають резонансний характер. В робот1 проведений анал!з можливих причин появи припорогових особливостей. Зроблено висновок, що припорогов! особливост! на ФЗСП пов'язан1 э появою у початкового стану атому ново! якост!, якою а зб1льшення його л!н1йних розм1р!в та здатност1 до поляризацм иал!таючим електроном. Внасл1док цього можуть утворитися квазнстацюнарн! комплекси - "метастаб!льний атом + електрон", тобто в!д'вмн1 Юни. Високозбуджеш кввзистацюиарн1 стана в!д'вмного юну розпадаються ! можуть додатково заселяти атомн! р1вн1 ! тим самим вносити вклад в перер1зи збудження спектральних переход!в та в появу резонансно! структури. 0соблив1стю резонансних стан!в в бвгатоканалыпсть 1х розпаду, тобто прояву даного стану в1д'емного Юну на ФЗ р!зних спектральних переход!в при одинакових енерг!ях.

Законом1рност! переб1гу процес!в 1он1зац1! !з метастаб!льних стан!в проявляться насамперед в тому, що перер!зи !он1звци 1з мет8ствб1льних стан1в пом!тно, в 3-6 раз1в, перевищувть перер!зи 1он1зац11 1з основних стан!в. В той яе час не спостер1гаються так! велик! в!до!нност1 в абсолютних величинах перер1з!в 1он1зацИ та И енергетичних залежностях 1з р!зних початкових сташв, як для перер!з!в збудження. Це св!дчить про те, що ефективнЮть процесу 1он1зац11, на в!дм1ну в!д процесу збудження, не така чутлива до квантово-механ!чних характеристик початкового стану. При • пор!внянн! енергетичних залежностей 1он1зац1! в

fi

Tu

ftl.« Osß.

Q*.

0x2-

1-r Na ¿.....

Tsr

if;

L-f !

... 6 Co

•«•• • »"»vi

...*3 Mg

> «m »

if/

i'/

• / os*

; х/

°>i/

• >#<

• •

1

Tl

• i

í

• i

г • »

10

"20 E,¿B SO

Рис.7 .Иорншятш 08СП з р1вн1в, як1 зДудкук/тьея 13 зшною квантових чисел in=0; AJ=H; AL=+1; &S=0.

Збудження 13 зоудаених стан i в.* TI 1-

1- 6ЛР -

а/а Б/г

3- 3эрг 33dj 5- 4эРа- 43Dj 7- 53Ра- 5эй, 9- 4'Р3

Са Sr-Ва

абудшення з оыювних

стан(в:

2- 6аР - 6а1)

i/а э/а

4- 34S0- З'Р, 6- 4'Р,

8- 51Sq- 5'Р, 10- 6JS -б'р

а 0 '•> 12- 3 S(/J- 3'Pj

порогових одиницях енерпй 1э метастяб1льних та основних отан1в (рис.8) сл1дув,щ6 в певних ттерньлах значень енерпй вони стають под1бними. Тому, мабуть, сл1д допустите, шо в ни* областях енерпй мехвн1зми утворення iohib !з метастаб1льних 1 1з основиих стен1в е подКЗнмми. 1, навпаки, коли механ[зми утворення Iohib plant, подЮнЮть в енергетичних залежностях перер1з!в юн1зацп поруиувться.

©ОО

«

Hfl

,00 f "Г

/

I О

Са

! //: ><е /

/о / j>

,» / о >

' « О ' * - '

' ® O,'» Sr

О •

- / / °

/ o° л

Ва

0 0 в о в в t

1

3 E.nop. А

Рис.в.Ейергетичн! звлекяост! перер{з!в юнгзацп з метаете-б1льних (о,о) 1 основного стан!в (—) атом1в Mg, Са, Sr, Ва в порогових одюшцях енерпй.

- о о° о

D

о

о

о

ч

о

У висноьках сфориульован1 основн! результата роооти, як! иолягають в сл!дуючому.

0СН0ВН1 РЕЗУЛЬТАТЫ РОБОТИ.

1.Створена методична 1 експериментальна база для досл1джень процес!в збудження та 1он!зац11 13 метастаз1льних 1 короткоживучих збуджених стан)в в умовах електронного 1 атомного пучк1в, що перетинаютьоя, яка включав в себе:

- ориПнальн! методики визначення абсолютних перер1з1в збудження та 1он1зац11 1 IX енергхтичних залекностей;

- нов1 пристро! для одержання високо1нтенсиьних пучк(в метастаб!льних частинок, як! придатн! для широкого класу атом!в та молекул;

- дв1 нов1 модиф!кац11 абсорбц!йного методу визначення концентрат 1 метастаб1льних та нормальних атом1 в в застосуванн1 до специф!чних умов атомного пучка;

2.Вперше, як в наомй кра!Н1, так 1 за кордоном, зд1йснен1 експерименти по збуджешш атом!в електронами 1з метаствб1льних 1 1з короткоживучих стан Iв в умовах пучк1в атом1 в 1 електрон1в, що перетинаються.

3.0держан1 сиетематичн! даш про иерер1зи збудження та и енергетичн1 залежност! для атом1в магнио, калыИю, стронцио, бар1ю, тал!ю, М1д1, натр1ю.

- 4.Встановлено, що перер!зи збудження спектральних переход!в 1з збуджених стан1в суттаво (в 10 - 40 раз!в) перевищують перер!зи збудження спектральних переход1в 1з основних сташв. При цьому найб!лышмм перер!зами характеризуются спектральн! переходи з нижн1х р1вн!в, процес збудження яких супроводиться такою зм!ною квантових чисел початкоьих I к!нцевих стан!в:Дп=0; ¿Л=± 1; А1=±1; ¿Б=0. Вказан1 перер1зи збудження лежать в межах 1+5 10~1Бсма, I досягають, а для деяких атом!в 1 перевищують величмни перер!зи збудження резоншсних переход!и 1з основних сташв атомхв. Значно меншими перер!замн збудження хэрактеризуються спектралыП переходи з таких р1вн1в, як1 збуджуються !з зм!ною орб!тального квантового числа ДЬ=±2 (У-р)вн1 у атом!в Са, Бг, Т1, 1 Б, С-р1вн1 Ва, Си). Для спектральних переход!в, як! збуджуються з А1,=0 (Р-р)вн! у атом 1 в Ug, Са, Бг, Т1 1 С-р1вн1 атому Вт.) характера найменш! перер!зи збудження.

5.Встанонлено, що у атом!ь Са, Бг, Ва 1з метастаб!льних

сташв ефективно збуджуються спектряльнI переходи з 1шкн(х р)вн!в

? ?

длоелектротюго збудж^инл коиф1гурац!й р , (1р, й . При

э

цьому збудження р1вшв конф!гурац!й р , с1р реал!зуеться шляхом одноелектрошшх переход!в (на в1дм!ну в!д прямого збудження). (1<?рер!зи збудяення спектральних переход!в з рШШв дпоелектроиного збудження зростають 1з зб1льшеиням порядкового номера елемента ! для Бг та Ва зр!внюються з максимальними перер)зами збудження спектральних переход!в 1з звичайних р!вшв. 6.Показана явна залежшсть в1 дношення перер1э!в збудження спектральних переход 1 в 1з метастаб1льних I основних сташв (0т/0°) в1д енергетичного розташування метастаб!льного стану. Чим вице розташований метастаб1льний стан, тим б!льше значения мае в Iдношення 0П/0°.

7-Виявлено, що функц!1 збудження спектральних переход1в 1з збуджених 1 1з основних стан1в суттево В1др1зняються за своею повед1нкою. Так! в1дм1нност! пояснюються р5зними механ!змами взаемодП електрона з початковим станом атому.

8.Для спектральних переход1в з р!вн1в, як! збуджуються з такими зм1нами квантових чисел, як Дп=0; ДЪ=±1; Д5=0 (перш! члени р!зких та дифузних сер!й, як правило, хэрактерн! полог! функц!! збудження з максимумами при дек1лькох порогових оданицях енерпй, що нритаманно процесу дипольного збудження. Внасл1док цього вказан! функц1! збудження Олизьк! до функц1й збудження резонансних спектральних переход!в, що збуджуються з основних сташв атоы1в. Функц!! збудження других член!в р1зких та дифузних сер!й в!др1зняються в1д функц 1й збудження перших член1в тих же сер!й. Показано, що це явище зумовлено р1зним зв'язком верхни р!вн1в перших та других член!в з почэтковими станами. В рамках запропонованого знаходять свое поясне1шя в(дом! в л!тератур! результата !з збудження перших та других член!в головних сер!й лужних та лукноземельних елемент!в.

9.Вивчений новий клас функц!й збудження спектральних переход1в, верхн1 р1вн1 яких збуджуються при м!жоболонкових переходах !з повнЮтю зайнято! оболонки в частково зайняту оболонку. Показано,що так1 перехода мають обм!нний характер, вяэ-сл1док чого функцП збудження спектральних переход(в з цих р 1 вн 1 в характеризуются гостровиражениш максимумами поблизу порогу збудження.

10. В лрипорся'оьнх областях енерпй на функц!ях збудження спектральних переход!в знайден! структур»! особлиьост! резонансного походження у вигляд1 злом1ь, уступ!в, п!к1в. Ь окремих випадках для атом!в (Cu, Т1) структурн! особливост! приймають вигляд домшуючих максимума. Показано, що резонансна структура обумовлена ефективним переб!гом пронесу утворення эбуджених стан! в в!д'емного tona при эм'кнешп електрона э метастаб1лышм атомом. Розпад стан!в в1д'емного юну приводить до додаткового заселения атомних р!вн1в i тим самим дао вносок в перер!зи збудження спектральних переход1в.

11.Досл!дження з атомами натр!ю показали, що переб!г процес!в електронного збудження атом1в 1з короткоживучих та довгоживучих стан!в в багатьох рисах под!бний. Для ефективних перер131в обок процес!в характерн! особливост! у припорогових областях енерпй, а !х величина 1 енергетичн! залежност! суттвво в!др!зняються в!д перер1з!в процесш збудження 1з основних стан!в атом!в.

12.Вперше проведен! систематичн1 досл1дже!шя процес!в 1он1зац)1 13 метастаб!льних стан!в атом 1 в лукноземельних елемент1в. Показано, що перер!зи утворених однозарядних Iohib !з метастаб1льних стан!в досягають величин 6 10"1Бсм2 I пом!тно перевшцують (в 2-6 раз!в) перер!зи 1он!эац!1 !з основних стан!в. При цьому в1дношення нерер!3!в !он!зац11 1з метастаб1лышх 1 основних стан1в Оезпосередньо пов'язане з енергетичним положениям метастаб!лыюго стану.

13.3найдено, що максимумн перер1з1в ЮШзацИ 13 метастаб!льних стан1в зсуааютьсн в область менших енер!'1й в пор!вняш!1 з 1он1зац1аю з основних стан1в. На енергетичних залежностях !он]зац1! виявлена структура, яка пояснюсться додатковими каналами утворення iohib через 1он1зац!ю б!льш глибокого в-електрона, а також через низьколежач! авто!он1зац!йШ атомн1 стани,

14-Встановлено, що ефектиьШсть процеса 1он!зац11, на в1дм!ну В!д пронесу збудження, менш чутлива до квантово-механ1чних характеристик ночаткоього стану.

15. Показано, що розрахунки в 01 парному наближеми класично! мехашки даыть занижен! в иор!внянн! з екснериментом результати.

Список пуШкящй автора э теми дисертяц! !.

1. Шафраньога И.П., Алекеахин И.С., Запесочный И.П. Исследование возбуждения атомов стронция електронным ударом из метястабиль-ннх состояний // Письма в ЖЭТФ.-1974.-Т.19,* 5.- С.271-274.

2. Алекеахин И.С., Шафраньош И.И. Изучение ионизации из возбужденных состояний электронным ударом // УФЖ.- 1974.-Т.19.-С.511 -519.

3. Алекеахин И.С., Шафраньош И.И. Абсолютные эффективные сечения возбуждения атома стронция из метастабильных состояний електронным ударом // Опт. и Спектр. -1977, - т.42, вып.4.-С.773-774.

4. Алекеахин И.С., Боровик A.A., Стародуб В.П., Шафраньош И.И. О возбуждении атомов меди електронным ударом // ЖПС,- 1979.-т.ЗО, вып.2- С.236-239.

5. Шафраньош И.И., Шишова Т.А., Романюк И.И.., Алекеахин И.С. Возбуждение спектральных переходов Mnl, Mnll электронами низких энергий // Оптика и спектр.- 1981.- T.50,N6.-С.1187-1190.

6. Алекеахин И.О., Загребин C.B., Озолиньш Д.А., Самсон A.B., Шафраньош И.И., Шишова Т.А. Эффективные сечения возбуждения атомов •бария електронным ударом из метастабильного 5^-состояния // Опт. и Спектр.- 1982, -т.53. вып.2, - С.375-378. 7-Алекеахин И.С., Небесный Ф.И., Семенюк Я.Н., Снегурская Т.А..Шафраньош И.И. Ступенчатое возбуадение спектральных переходов атомов стронция электронным ударом //Оптика и спектроскопия.-1988.-Т.64, Мо2.-С.431-433.

8.Снегурская Т.А., Шафраньош И.И., Небесный Ф.И., Алекеахин И.С. Резонансные явления при возбуждении атомов стронция из 5ЭР0 -состояний электронным ударом//Оптика и спектр.-1988.-Т.65,No1.-С.235-236.

9.Шафраньош И.И., Снегурская Т.А., Алекеахин И.С. Особенности возбуждения атома таллия электронами из метастабильного 62Р3/я-состо-яния //Оптика и спектроскопия,1990,т.68,No2.-с.262-264.

10. Алекеахин И.С., Озолиньш Д.А., Самсон A.B., Шафраньош И.И. Возбуждение атомов натрия и бария электронным ударом из состояний Na (ЗаРэ/2) и Ва (51Г>Я) // В кн. Процессы переноса анергии в парах металлов.- Рига, 1983.- С.80-89.

11. Шафраньош И.И. Ионизация метастабильных атомов магния электронами //XI ВКЭАС: Тезисы докладов.- Чебоксары, 1991-- с.12.

12. Шафраньош И.И., Запесочшй И.П., Алексахин И.С. Устройство для измерения эффективных сечений возбуждения атомов // Автор, свид. » 669848 от 28.02.1979.

13. Шафраньош 14.И., Алексахин И.С., Запесочный И.П. Устройство для измерения концентрации атомов в атомном пучке // Автор, свид. * 890955 от 14.08.81, с.7.

14. Шафраньош И.И., Алексаиш И.О., Снегурская Т.А. Способ получь ния пучков метастабилышх частиц //Положительное решение Л 01 ИЗ-91 (от 15.10.91) по заявке * 4863154/21.

15. Шафраньош И.И., Алексаиш И.С., Запесочный И.П. Эксперименты по исследованию ступенчатой.ионизации атомов стронция электронным ударом // V ВКЭАС: Тезисы докладов .- Ужгород, 1972. -

с. 36-37.

16. Alekeakhin I.S., Zapesoohny I.P., ShafranyoBh I.I. Experiments of Stepwise Ionieation of Alkali-Earth Elements by Intersection oi Electron and Atom Beams // Abstract of papers VIII ICPEAC: Beograd, 1973. -V. 1. - P. 437-438.

17. Shafranyosh I.I, Aleksakhin I.S. Effeotive Oroes Seotlone for the step-wise Exitation of Barium Atoms by Eleotron Impaot. IX ICPEAC, Abstracts of Papers, Seatle (USA), 1975, P.1115.

18.Shafranyosh I.I., Snegurskaya T.A., Aleksakhin I.S. Eleotron Stepwise Exoitation Cross Seotions For Thallium //XIV ICPEAC, Abstracts of papers.-New York,1989.-P.196.

19. Shafranyosh I.I. Aleksakhin I.S., Zapesoohny I.P., Snegurskaya T.A. Eleotron Impaot Exitation of Cuprum Atoms from metastable States.XIV ICPEAC, Abetraots of Papers.- Palo-Alto (USA), 1985, P.696.

20.Шафраньош И.И., Снегурская Т.А., Маргитич Н.А., Алексахин И.С. Ступенчатое возбуждение спектральных переходов со смещенных уровней атомов Mg, Са, Sr электронами //II Всесоюзный семинар по атомной спектроскопии.- Суздаль, 1991.-С.87. ••

21.Шафраньош И.И.. Маргитич Н.А., Шимон Л.Л. Экспериментальные исследования ионизации метастабилышх состояний атомов магния и кальция электронным ударом // II Всесоюзный семинар по атомной спектроскопии.- Суздаль, 1991.- С.86.

22.Shafranyosh I.I..Margitioh N.A..Aleksakhin I.S. Snegurskaya ?.A. Effeotive Cross Seotions for Ca Atom Exoitation from 43PQ a-States //IV Europ.Conf.Atom.and Ujleo-.Phys.-RIga, 1992.-P.331.

23.Shafranyoeh I.I.,Snegurskaya T.A.«Alekeakhin 1.5..Margltioh H.A. Shimon l.L. Electron Impaot Exoitation and Ionisation oi AlkalineEarth Atoms Prom MetaBtable States//Proo.3rd-Triang.Sominar on Atomic Ooll.Process.- Uzhgorod, 1992.- P.18-51.

24.Shafranyoeh I.?.. .Snegurskaya T. A. .Margitloh N.A. .Alekeakhin I.S. Electron Impaot Exoitation of Magnesium Atom Spectral Lines from the Metastable States //XV ICPEAO Abstraot of Contibuted Papers.-Brisbane, 1991.- r.247.

Zb. Shafranyoeh I.I., Snegurskaja T.A., Aleksakhin I.S., Margitloh N.A. Exoitation of Ca Atom Speotral Transitions from Vegetable 43ï>0 3~ StateB by Bleotron Impaot // XVIII ICPEAO, Ab-Rtraot of Oontlbuted Papers.- Aarhue, 1993.- P.172.