Селективные лазерные индуцированные процессы в атомарной фазе III A группы периодической системы элементов и их приложение тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

* 5 ^ШПСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

г fb п - - - - -

ti шгп ^д'М^ркандский государственный университет

им. А. НАВОИ

На правах рукописи

КАСИМОВ лзиз КАМАРИДИНОВИЧ

УДК 535.33:621.373 535.1 537.56:546.681

СЕЛЕКТИВНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ ИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ В АТОМАРНОЙ ФАЗЕ 111 А ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ ПРИЛОЖЕНИЕ

(Специальность 01.0-1.05—Оптика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

САМАРКАНД - 1990

Работа выполнена в лаборатории лазерной спектроскопии Самаркандского Государственного Университета

Научный руководитель: кандидат физико-математических

доцент Турсунов А. Т.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Мирзаев А. Т;

кандидат физико-математических наук, доцент Туракулов Я. Т.

Ведущая организация:

Отдел Теплофизики АН РУ.

Защита состоится « » 199(?т. в часов

на заседании специализированного Совета (К. 067.04.01) при Самаркандском Государственном Университете имени А. Навои по адресу: 703004, г. Самарканд, Университетский бульвар, 15.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке СамГУ им. А. Навои.

Автореферат разослан « » 1996 г.

Ученый секретарь специализированного Совета канд. физ. -мат. наук, доцент

ЗОХИДОВ У,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее время- большое внимание уделяется развитии методов селективного действия лазерного излучения на вещества.- Одним- и» таких методов является лазерная Ccjf-T.iBHaa чногос -упеьчатая фстоиониваиия атсмо;. Рысокая яоггнниаяьяа? и-^фвктиЕность и селективность ступенчатой лазерной ' резонансной фотоиониэзшга атомов открывает зозмож-

ипгтъ w мг;т1»^зочанияч < :ояяяяия ■ 40rhx мс-тоцов «сс.лсгдойаних

аыссковозбузденных, рвдоерговских и* автоиочиаационньгх. состояний и детектирования- одиночных атомов. Особенно удобно проводить исследование методом лазерного многоступенчатого резонансного возбуждения атомов последующей ионизацией пысско-козбужденных атомов-электрическим полем. Метод уде кэодно-. кратно использовался для исследования ргаоэрговских и автоио-"низационных уровней различных элементов. Выли■ измерены ионизационные. лстаншаш. сече ния оптических геоегодов "чтодгл* расышевия. квантовый дефекты, тонкие и сверхтонкие стоуктуоь: дтснкы>: cneK'j.'pr'?.

'еоечтлсмповс хааэктэдютак атсшшс спектров, a такзи. ридоергсзс;асг и астсаояизгщношшк уровн»*'. „^ «пгктииадгое лначение для ис-утозачия п-сцессов о ; гстиеч гЗудденяых атомов. Эти лзкние нгсбходикы a ¿a a^ooua игягимааьны» с лы ступенчатой фотоионизации атомов лааеоным налу чеккем, используемш для детектирования атомов, s аналэтк-ческой спектроско'лга! и разделения изотопов-, сведения об авто-чонягецтяпк тгж г? имеют загиоз' значение и для' развита прв5стгсдАкш; ; снут^латомных процесса/, при возбуждении иес-.чольких злекг-ронов-. Классическая спектроскопия не могла измерить пыиепрйведенпае спектральные параметры. До настоящего времени високовоэбулденныя состояния1 атомов многих элементов, ■крем«* цагочаьж. я далстоземе льдах элементов до кекца не екд-л' исследозаны из-за сдшности экспериментальной техники. Все зы-шэналсшенчОи я определяет актуальность раооты.

Рзйота выпелнэна в соответствия с гос\ дарственной науч-!;:-тэу.Ч!иескс-и программ Республики Узбетаггза. дуасг 3.5 "Раа-

-г -

витие фундаментальных и прикладных исследовании в области лазерной физики и оптической инженерии" по теме "Исследование метолом лазерной фотоиониаайионной г-пектроскопии следов благородных к редких злемелтов" от S.ûl.'tS^O г.". гос.' рег. H 01*30017-34.

Пель и задачи исследования. Цельи настоящей раЬоты является исследование высоковозбуааденных радберговских состояний атомов Ga, ln.Al.Ti методом лазерной селективной ступенчатой фо-тоионизаикм. Даа достижения этой цели было необходимо решить следующие задьни:

- «одерянгада* лазерного счетарометра путем повышения выходных хараотеристик лагерной системы к разработки методики"абсолютного измерения длины haimi: переходов;

- Исследование высокавозауддеккых ридбергозских состояний атомов Ga, ! п, Al, Т1 методом лазерного ступенчатого; возОукденик и иойизацкя-возбужденных атомов электрическим повев;

- Разработка нового метода ксслбдовзкия запрещенных радберговских ndzD переходов " атомов Sa, Ш черев вх ьрсые&уточные 5SESl/2 состояние;

- Экспериментальное игмерение расашпленкя тонкьа1 структур рид-еорговсюг' nd£D уровней азсшв (За, 1п;

- Мс.сдеаоаан*с> .скорости испарения к дзвлетш паров Ga,Al,Tl методом лазерной ступенчатой фотовокизадии.

Научна» новизна. •

1. Ияентафицараааиы высоколежааие рщбергокские состояний атомов Ga, in.Ai;Tl методом ступенчатой фотсиоаизшии £ вакууме. Оарвдедены границы иоиизащи, квантовые дефекты,, тонкие структуры и автоионивационные состогша;

?.. Впервые Шло разрешено и измерено расдепдекие тачкой структура ркЕберговсккх d уровазй азоыаз 6a, In;

. 3. Использовано слг.Зое электрическое поле для ксслздтаакиЕ запрещенных szSi/2-nàzD ралберговаа& переходов атамоа Sa. 1п:

д. Обнаружена шверткроваанга структура Р-серий атсма sas--, лкя. Интервал тонкой -структуры и сяучаэ посзкг-:азщ-:х ороет оказался'шоге «завь-е, чеу состгехотэудаэ кзтерз?^ xsz In.Al; ■ "

Впервые методом лазерной ступенчато»: гхзтоионизаиии осуществлено исследование скоросг* испарения 'и ..Мление uapoa (За.

Ai и Т!.

Практическая ценность. Исследование оидоерговеких состоянии -1тсша ¡За. 1г.,аь П позволяет аылелить эффективные гхемш .рстс-мс-1йпа1г?и атомов лазерных. излучением, лсясяьгуемые з аналитч-•»ес-хй -пектоскс'тии и ,:азделеяки изотопов.

3 результате проведенных исследований 5шо экспериментально покдяаро. «то оя?оабс?анч,-т* метоз тторсэтя ясягрекга

х дэдлрчия паров металлов для няутеяия -swptvkit чспгозния, тз-мерения давления паров металлов и других термодинамических па-оаметроь газовой фазы мелеет использоваться э металлургии, микроэлектроники для получения тонких пленок з вакууме.

Вклад автора. Изложенные результата в' диссертации получены личло автором под руководством научного руководителя к.6-м.и. доц. Турсунова Д. Г. v

Соавторами раоот U.2.4.J Мухабовым Н., ТурсуноаЗаевде к.О,, Аюповым P.M.. Хаитоаевым У. вы* а проведена оптимизация выходных параметров азотного лазера, мснтак и наладка -кспесимен-j-^ r r-s установки. Со--зторы E2.S.V.9J ОаксЗилов Н.В. , "/хля-б'-ч-, . 'гоинимали участие в обсуждении полученных результатов ко ^сследоьг. г. :ю ридбергоаских высокозеаОуидеиных состояний атомов методом лазерной ступенчатой фотсионизашш.

В решении прикладных задач на основе использования полученных экспериментальных данных впервые автором была-разработана методика измерения термодинамических параметров* методом- лазерной ступичатсй Зотошнизацми.

Зашиваемые, положения.

1. Устзновлешые особенности' изменения сгэктрсскопических парапетов bi соковозОуядешшх ридйерговсгаис состояний атомоа ГГ! Д. группы периодической системы элементов.

1. Преддсяенный я апробированный метод абсолютной "калибровки дьлк води ридоерговсккх переходов, который позволяет измерить

фу кланънт&пъные параметры атомов (квантовый дефекты, тонкие структуры, автоионизадионные состоянии, гранит.1 ионизацк, положения ридеерговсних уровней с высокой точностью).

3. Предложений метод? лазерной резонансной ступенчатой фото-ионидаш* для измерения скорости испарения и определения давления лаоов и других термодинамически* ларачотров.

Апробация работы. Результаты диссертации докльдывалис:. ¡: обсуждались кз международной ^-конференции "Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул"' (Томск,1992), ка международном симпозиуме по резонансной ионизационной спектроскопии Н13-96 Шенсяльвиккк, СШАЛбЭб), на персональном семинаре "Структурно-динамические процессы в неупорядоченных средах" (Самарканд, г992). а также ке профессорско-преподавательских конференциях Самаркандского госуниверсигета ие91-1996 гг.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены ь 8 печатных работах. Список этих работ приведен ъ конце реферата.

Структура-и объем работы. Диссертация состоит ие введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы.

Работа наложена Н7 на страницах машинописного текста,содержит 39 рисунков и 1с та&ылд. Список литературы в клич нет вб наименовании работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении диссертации рассмотрен метод лазерной ступенчатой фотоионизации, как универсальный метод селективного воздействия лазерного излучения на вещество, и показана применимость дачного метода для решения практических задач.

'Сформулированы цель и задачи исследований. Приведены основные положения, выносимые на заоиту.

3 первой главе приводится "в общ» чертах идея лазерного селективного ступенчатого вззОуадекия ьешзства на атомном уровне. Рассмотрена кинетика двухступенчатой фотоиоиизации в приближении скоростных уравнений для опткческк тонкого слоя ато-

мов. - Дана характеристика высзкоЕОзбуждена«' ридоерговскиысос-¡'счриям атомов.

Спектроскопией ридоерговс ж состояний является то, что она d действительности регистрирует целый ряд состояний. Это позволяет провести систематическое изучение ридоергсрских атомов я титюксм диапазоне значений п, и таким ооразом выяснить, как .змонгдагся 'зойства атома, когда ^неогтю электрона зсе -.чиже подкади? к г-¡same иоуигаиии. 3 конце глаьа /:<ззано. что зид-Г)ерговские состояния телсчных элементов были изучены хорошо.

потенциал ионизации и лх ридберговские состояния легче всзсуас-даются атомами. Методы лазерной спектроскопии позволили с хорошей точностью найти квантовые дефекты и определить граница ионизации.

Зторач глава содержит описание зксперкментаяьлой установки -лазесного фотоионигашонного спектрометра (ЛаФоС). Основными

■ ^11 v• 111 ^< t-iic. аряакур^а ч^дагмда^ у/г^туяцро.сгР, | чViv." г.'-i , •

.х.эмазатоссм, ^^ктсич^скав система для ионизации оилочргойс-гтсмов и система оэг'лстг лини. Оптическая система .usieC 1!5?дс^адленг на cue.:.

'«л-грная система г»нчае:г в себя азотный лазер с пг-.еречньм • 'п«, который сдксдременяз ьсзбуг&ал лазеры на красителях. ла.1-,.тв ча красителях определяется числом отудачей вс',-йу.ждения. Уютность " импульсе азотного лазера составляла 450 к8?. длительность импульса 10 но, частота повторения импульсов 10 ГЦ.

3 процесс.'? '---кы.'за {'сследуемыйг оЗпазец элемента за-сладывался з тигел-) атсмг.зато!..-. За:уумная камера откачивалась до давления-м 10"5 мм.рт.ст. диффузионным насосом. Атомизатор обеспечивал испарение и атомизацго образца и формирование атомного пучка. Атомный пучок, кодлимированныи диафрагмами и очищенный з электрическом поле от тепловых, ионов, направлялся з область немду электродами. Здесь пучок облучался импульсами лазерного излучения, которые осуществляли селективное ступенчатое возбуждение атомоз анализируемого элемента з ридберговское состо-1ние. Далее ридберговские атош иониаовапюь импульсами электрического повя, прикладываемым к электродам.

3

Ру~ 1 схема лзреряй'го фот6йоНй?аЛ{6й1?огЪ с^^р&яетра.

- лагерь- »ё йзасй*«йга, 6 - яеЛтвйШ агсшш пуча:, у - электроды, 8. - атомизатор,

1 -аяот'на'к

крж*згл ь

- генератор гаипуяьснсг-о напряжения,

ао - высоковольтный ЙС

точняк питания, И - «ЗУ. 12 - стробинтегратор, 13 - самопишущий прибор, 14 - лампа типа ЛСП. 15 - интерферометр Фабри-Перо, 16 - линаа, 17 - ®ЭУ. 18 - монохроматор, Ш -Фотодиод, 20 -осциллограф.

Лучи лазере на красителях пересекаят атомный лучок исследуемого эл^мрнта под прямым углом в вакууме мевду туи* электродами -импульс электрического поля .-подавался на е. ^чтроды с задержкой 20+30 не относительно лазерных импульсов. Генератором-импульсов является' разрядник с кабельной линией, который запускался импульсом излучения азотного лазера. Образующиеся ионы в поле электрического импульса, приобретали скорссть. перпендикулярную к направлен® пучка и, пройдя черев иель -в электроде, попадали во вторично-электронный умнояитель Сигнач с ВЭУ усиливался и регистрировался осциллографом С1-70. для подавления сигналов ВЭУ, связанных о собственнмми нгумами. тепловыми и случайными ионами, использовалась система времен-СтроСинтегратср с самописцем позволили значений амплитуда

ного строоирования

проводить непрерьшнуг запись усредненных импульсов ионного сигнала. Система регистрации со стробилу рат-орш -позволяют ' снизить порог чувствительности ДО . 10

ион /с.

_______При применении перестраиваемых лазеров н- красителях иногда

зозникает необходимость измерения длиьн водны их иалучеяия с большой-точность», Традиционные способы измерения предполагают использование оптической аппаратуры с высоким разрешением, что не всегда является удобным.- Лля более точного и абсолютного измерения длины волкы лазерного иалучеяия модно использовать on. игадьваничесюш "îîskt з комбинации с г-талонсм ОаСои-Пеоо.

Опт ^гальванический, эффект основан на возможности воздействия внешнего излучения на электрические параметры разряда. Исполь-^зят» oîrroraàbssaaet^îons. -спектра' гля измерениа длины зсшш излучения лазера на красителе или абсолютной калибровки длины волны радберговских переходов заключается в определении положения лазерной линии относительно известных линии оптогальва-яического спектра.

Для этого часть .галучения лазера направляется на эталон Фабри-Перо и- параллельно с записью оптогадьвакичэского спектра 'при перестройке-частоты из лучен ля лазера записывается спектр поооусиаюм атанонй:- °еязтеяиае--маету■ равно сво-

бодному спектральному диапазону эталона Фа^-ш-Перо

Ven ~ 1/2L ,

. д'> L - . ""столкла между зеркалами. Точность абсолютного и-уе-рения длипы волны по -той методам« определяется шяриисй линии перехода в'разряде.

-, : Третья глаза , п^вякана' гаяйгодозашсэ рвдйзргшск:??; состояний • элементов-- tri Л трута "(ей, in.'AÎ/tï)" мэтодса -лазерной ' ступенчатой фитоксти'зацк!!-.

.':;'■',"•'". -:.'у'"'-'•' ■•-'.-/..' '

• • 3' '•йксяойй^н'га- с:гиг.&леуж-хвазэдопет п<ЙВз/^ s/2~ состояния. излучение едкого «вера а - 403,3 ros) ' еозбуадаяо ра_ .. аонанеко«':.S^St:/s":-ea69ot!m»:-: -Дз>яза: sësét второго '¿аз-Чза ле-рос^ги&ьтазз s яяагга* -зггз в.зда;424М40 ни. . Одновременно г-«эт. )яес5- 50-в).что позволяло. '

снять запрет bszSi/2 - пс^Оз/г. 5/2 -перехода и возбуждать аго-ъш галлия в T»d2D3/2.5/2 ридберговскве состояния сп- 12+28. На электроды с задеракой 35 дс после лазерных импульсов подавался импульс влектрического поаш для ионизации .возбужденных атомов Ga. -

Были исследованы квантовые дефееты и тонкая. структура nd2Ö3/2,5/2 состояний. Для этого перестраивалось -излучение ■второго лазера и записывался спектр фотоионного сигнала. Идентификация высоковозбувденных udzD состояний осуществлялась через спектры 5s - пр разрег.гиные переходы.

Квантовые дефекты 2D-cepim составляет лрямые линии в пределах экспериментальной точности. -Но увеличение наблюдаемых квантовых дефектов с уменьшением Гг, указывает. тао21>-серия лозмущены автоионизационньы зр22!) термом, то есть, результат отталкивавшего ^взаимодействия между термами « "sp2 кокфигу- . рацией.

Расщепление тонкой структуры аысоковозбуяденкых ридберговс-ких nd2D3/2.5/2 состояний атомов галлия отклоняете» от закона гГ3, -то есть от водородеподобности, и знамение тонкой CTpyirry-4 ры увеличивается. Объяснением является то, что ¿яоь'-злия тонкой структуры вызвана сальный взаимодействием с автоиседзацкопдаы . Sp'^D. термоы. .-.Т.:-/." ■/■'-Ху' ' -.'.'

Задачей данне* работы является определение -местоположения 4s4p^p терма - и показать", что за счет возмувкп*г г^Вз/z^s/z 1 состояний 4S4p~2D термом возникает аномалия рес:.^ Еения ?сии» структуры и увеличение квантовых дефектов.- .

С помоаыо соответствувдих расчетов -в рамках террии-вовмуте-ния 2-го порядка определено расподозшнве автожзнинаджйшого :4sfp2ZD"tepu& йад границей ионизации ла рйсс^оянж1'ё6Я>. го»"1-' -Обнаружены тонкие структуру автоионизауионаьк состояаий.,,

Таюш образом, увеличение таан*овыХ дефектов ридберговскю ndzD3/2„ 5/2 состояний «направлен»!, границу ионизации проксхо- - , дит. за счет охталкиващего взаимадейстййа с автогЬйгаационщй 2D термом spz KoaiajrypaiWM- - - ;• -.

2) Индий

Высоковозбуяденные ридберговские пр2Р-- /2.3/2 и п^ЕЬ/г. 5/2 состояния атома индия методом лазерной ступенчатой фотоиониза-!1ии до настоящего- времени на были исследованы.

В дайной работе зыта исследованы квантовые- дефекты и тонкая

структура пг,~р1/2,3/2 и пП"0з/2.5/2 состояний аналогично атомам гаялия по следующей схем«»:

\г_410.Й ни- х^-^е+АЗО чм

--- ПР-Р1/2. 0/2, пй-Оз/г. б/г-^П

регистрированы ионные спектры высоколекаших ридберговских пр2Рг/г.з/я состояний в области п - 17+53.

Результаты измерений показывают, что Р-серии не возмущены и квантовый дефект для ридберговсклх пр2Рг/2.з/2 состояний остаемся постоянным при "изменения главного квантового числа, йзме-аэнкые расдшдэруч тонкой с? уктуры описъпзотся соотношением а"'3 и согласуется с водородсподсбным псзедением.

Ууад определено значение жменциада ионизации с высокгй точ-Она составляла .16670,104*0,СОД см 1. При исследовании о. - состояний была проведена иденткфикашя ионных спактров от п -.15+30.

Квантовые'дефекта с у^лшаениен Тл> ?налогичш ^тсмал гадзии, увеличивзотся. то есть здесь также имеется возмущение автоио-низациокнш ор220 -ермсм. Раскаплеиие тонкой структуры пс120 серии атома, маша сильно увеличено взаимодействием и может ^нть отдали:? лГ'-жо-Л тоомоз. зависящих ст гГ-! и

определено автшоиязащганное состояние,которое располагалось на- расстоянии см""1 над границей ионизации. и показано.что аатопоштзааионйса сосюянае .вызывает возмущение г>1га/г. э/г - сйстсяяйй: '

АЛЮМИНИЙ

Исследование высоколежаших рйДОерговских состояний алюминия проводилось по следупщей схеме:

>1-396,152 нм >г-420+510 вы Зр2Рз/2- 4.^!/2- пр2Р1 /2.3/2 + ЭП

Были ивмерены частоты переходов 4£гБ1/2 пр2?!/2.3/2 и определены энергкк васокодежаших Р-соотоянвй атомов алюминия. По сходимости серии прЧ'г/г.з/?. бьаа вычислена энергия ионизации ллшиния. Сиа составляла Е! - 48278,427+0,006 см"1. На основе полученных спектров и расчетов бьша проведена идентификация пР2р1/2. з/£ состояний атомов ашомикия с п-7+50..

Наиденные состояния отождествлялись -с помощью квантового дефекта. Зависимость квантового дефекта от п составляло прямую линию. Это показывает, что возмущение отсутствует.

4) Таллий

Были измеренг частоты переходов 7?251/2 пр2Р1/2.з/2 л определены энергии высокод ежащих Р-состеяний тадлил. Лервыйлаэер на коасителе осуществлял резонансное возбуждечкр <;-/ома таллия, из основного ЬргРг/'г состояния в У&Ц/г состояние (>1-377,57 нм). . Длина волны второго дав ера ва красителе Хг .перестраивалась в . диапааоне 440*465 нм и -осуществлялся переход атома из 75^1/2 состояние в /2. 3/2 состояние. Основное состояние расщеплено спин-орбитальной связью так, что 2Рз/г состояние лежит на 7793 гаи"1 вше Ввиду этого резонансный переход

реализуется из гРг/2 состояния. ; ' .

По результатам оорз&зтки наблюдаемых фотоиояных спектров были определены вначения -27 рид&ерговских Р-состояний атомов таллия. ' •;.'.•'•..

Зависимость квантового дефекта от Тд, отображается зрякой линией. Значение .потенциала ионизации Е1-4926Б,74 см"2 хорово ■ согласуется со справочными данпши. Опредоаены тонкие, рассей-

ления для ряда пр - состояний с ПС40.Построена зависимость величины тонкогорастепления вт главного квантового числа.Ке нее -зкдко что измерения интервалов тонкой структуры хорошо описываются полуэмпиричегасим законом:

ДЕ - А/п3 +■ В/п5

Изменение интервала тонкой структур» вызывает проникающие орбиты, и он оказался много больше, чем соответствующий интервал галлин.

В 4 главе показана возможность испольвования метода лазерной ступенчатой йотоиокизации атомов для измерения скорости испарения и определения давления паров металлов на примере атомарных ¡За,А1 и Т1.

В введении приводится обэер имеются стандартных классических и нестандартных методов определения давления паров веществ. Многочисленные экспврименталькые данные показывают, что

скорости испарения не могут превысать некоторый предел, пропорциональный разновесному давлению пара. Следовательно; давление наощенного пара над поверхностью конденсированной фа?и является важной величиной, позволяющей оиенить способность вещества к испарению и температур«, при которых достижимы необходимые скорости испарения.

Кр'ггический анализ метопов исследования показывает, что для получения достов^ргшх результатов по давлению пара желательно привлекать —взаимодеягаяннетше- методы,, основанные на рааных яоияцкпгг «игреняя: Наиболее просто получить данные по концентрации пара над поверхностью конденсированной фазы на осно-• ве И8учения лазерной . стуагн^зтой селективной фотоионизации атомов. '

Методы для определения давления пасов основаны на использовании формула -'Кятясева, устанзвливапгэй связь мевду давлением

пара и скоростью испарения

О - и/(хА31) - 5.834 10~2(М/Т)1/2 Р .

где х — з1/8г - поправка, А3 - плоазда отверстия ячейки, Ь -время испарения, ■ го - масса испаряемого вещества,« Р - давление паров в мм.рт.ст., М - молярная масса металлов, Т - температура испарения. ' .

Процесс испарения связан с термодинамическими параметрами, такими как стандартные энтальпия и энтропия

*

1еР--йНПУСТ + ££(Т) 'Я

где ДН(Т) и ЙЗ(Т) - энтальпия и энтропия испарешг • соответственно.

Эксперимент выполнялся на лазерном фотоионнзацис;:ном спектрометре. Атомизатор- представляет сооой испаритель Да Сильва. Он изготовлен из танталова: фольги, свернутой в цилиндр и присоединенной точечной сваркой к верхнему -и нижнему краям электроде о. Через испаритель проходил стабклиаирозалнда электрический ток и тигель разогревался до необход»аюй тешературы.

Атомный пучок формируется за счет зффуэш паров исследуемого металла, из тигля нагретого до температуры 1400 К. 'Условием а определением эффугионасго атомного пучка является ^оотнехопу? Аг*!, ' где Хс - длина свободного пробега внутри ячейки, 1-длина, г ~ г ш - радиус- канала тигля. Использование каиаха то тонкого отверстия приводит к умекьаению скорости испарения.

При изучении скорости испарения гаглка один из лазеров на красителе с м - 417^2 ни возбундает атомы г'аыж т основного• 4р2Рз/2 состояния в резонансное бэ^/г состояние. Излучение второго лазера с Хг - 434,4 км позволяет побудить на Зз^/г ссстояние .в 1бр2Рг/<г. з/г состояние.

Максимальная эффективность ступенчатой фотойонизации достигается :.за, счет использования ридбергогских состояний с мгньшш квантовым числом и доступным в лабораторных условиях значение-,! импульсного электрического поля. В: качестве такого гэдб'ергоас-" кого состояния был выбрал- уровень; 1ер2р1/2,э/£ и напряяениа' . составляло 10 к8. '-.■.-"■. ,

иуМ&

Рис. . 2. Зависимость ионного сигнала галлия от времени при 7 - 1400 К.

Было проведено измерение тонного скгн.чла галлет разрой'массы прй различных температурах. Во всрх измерениях ионного сигнала от -времени наблюдал;» устойчивый процесс испарени;?. На рис..2 предстаблена зависимость ионного сигнала от времени при температуре 1400 К для гаМвя массой 30 ¡5 мг. Спад сигнала позволяем фиксировать время окончания испарения галлия. .

Были Определены скорость испарения, давление паров и значение энтальпии. Значения давления пара в интервале. 840*1740 К апкСУбйется -уравнением:

- ^-ю&хяюп'^&.вп&М) ' ''..С-

Яда ¿•ауиег.'ш А1 использовалась следукьзя схема фотоиснизгшй!: 51-ЗЗб,}'НМ ■■ -Ш.Зн*

--4^1/2--- 15ргР1/г +

Напряженность злеййй&еского псшя -составляло 13 кВ/см. 'Выго лра£Сде!ю измгрёние точного сигнала аистенка равной массы в .йвтерв.але -темпе№туф 1ЙЙЭ*ЯШ '

' - 14 -

Значение давления пара алюминия в интервале температур 120Q*-1700 К описывается уравнением:

л. -

IgP - -16212 Г1+11,24-1гТ+48 iCf5 Т Были измерены скорости испарения > давление паров и среднее гначевие энтальпии авдяшя.. , ,

В исследовании кинетики испарения „таллия использован метод резонансного воабуадения и ионизации возбужденных атомов-электрическим пода« по схеме:

Н-377,57 нм хг-45*,в?'нм 6p2Pt/?_---7szSi/2-:--16с -Pi/c Е

напряженность электрического поля была 17 кВ/см.

При исследовании зависимости выхода фотоионов таллия <п плотности энергии импульсов лазеров первой ступени возбуяде'к-.г. была определена необходимая плотность энергии для насыцеиия

s? о

выбранного перехода. Она составляла Е - 5,3 10 э Дж/см*-. Было проведено измерение ионного сигнала таллия разной массы при различных температурах.

Значения давления пара в интервале; 600*900 К описывается ■ уравнением?

. - -8608 Г1+9,дв-1г?+14 1С"4 Т.. -'; ^ Была измерены скорость испарения, давление . гщроз и среднее акачениеэнталытии испарения- S.. "

V, Сопоставление , значений полученных результатов по кинетика и" давлению паров атомарны* галлия, гшгашиг и талл-щ с литературными даннши показало, что наши данной отличаати: коэффициентами го, точности. На рис.3 приведены зависимости давления, паров Ga, At и Т1 от температуры. -: / . ; Прямая линия является расчетной., Как видко'из рисунка, ueci ' данные хорооо ложатся 'на лвдаз'. эта вокааЫваот, . что -

вацеяаоетъ- у&сща '.дааервои-. сщтечгггои Фотоиокрацйи«'сраздо выве существующих:v '. .. Дага^ рйразом.дааерная' ступенчатая кстзгдаз' современным, новым и наде;$гшм методом пз'^/чъ::, ; ис

парения, измерения дардекиа парса и другг;; тог параметров гааовой -*;ааы катздзой над

КОСТМЭ: ■".'.■■

р (lM0.lt)

tf I* IS « IS и It Id ,0»rrc~r~r

lo'

т<K?(t)

í «i» it tir /.« /г

/о

№

б Г s ~ ?' ■ .f ¿ ? я J м*

Г'АлУ pfw.fT.cr.;

lo-1

го

ff

да p __?_

'f-fO (L

\

<V

lV

7-'

4 v

l,>f

»V

«o

ю

____«» il и J—-А—__(. . .

? Í W, « 'Í 'C '5-

\

Рис. 3 Зависимость Давления napea iwraflrp® «tt ТйМперату^у. » < • наши доннма. Л - лит чрдгуркыя

Т

fs.l

В заключении сформулированы основные результаты диссертаци

1. Модернизирована экспериментальная установка для ясол^дов, ния зисоковоабуаденных. ридберговских состояний атомов метод лазерной ступенчатой сйстсиониаации. путем создания мощно: азотного лазера с углеродными волокнами,

2. Разработаны методика абсолютного измерения длин вслн пер ходов, путем использования оптогальзанического эффекта,з газ( сом разряде лампы с полым катодом с неоновым и ратным нало. яением и методика исследований ридСерговских с.стояний атоко-. ! П А группы элементов (Ба, 1п,А1,П) и изучен I их риабергон ские спектры.

3. Впервые получены и идентифицированы спектры вчсокуовоэбу: денных ридСерговских пи* О состояний с использованием запрс-£х\ яых £325а/2- па£0э/г.ь/г переходов. Определены энергии пС уровней для п - 15*28 галлия, п - 15*20 икдия. Измерена I кваятовы? дефекты, ноеыэ значения границы ионизации. Влерв; 5шо разрешено и измерено расаеплеяие тонкой структуры высота лежащих ридОерговсккх <1 - уровней атомов Са. 1п.

4.- Обнаружено увеличение значения . квантозых дефектов ла"Ч состояний атомов галлия и индия вблизи ггакицы ионизации.

5. Определено влияние автоионизационких состоянии на*рчдСа| говские пс1*"0 уровни атомов 5а и 1п. Сильная связь медду авт< ионизационным и ридОерговскда состояниями проявляется в вщ возмущения, то есть в аномальном изменения •■лантовых дефект! и тонких расщеплений уровней.

6. 8 рамках, теории возмущений второго порядка определены ме( тополотения автоионизационных 4з4р2*-0) . 5з5р22Б состояний атс мов галлия и индия соответственно, над границей ионизации. галлия оно составляло 5830 см"1, для индия 4473 см"1. ОСнад жены тонкие структуры структуры автоионизационных состряний.

7. Впервые определены и вдентиФищрованьг слакгры рздбергоз; кмх пр"-Р состояний атомов индия, алюминия я таллкя. Олредеде! анергии пр2Рх/г. 0/2 уровней для п - 12-60 льдяя, п - 7+50 ала мкниа, а - 14Ы0 таллия, определены их квантовые дефекты, зл; чения тонких расщеплений Р-уровней. Установлено, что Р-арби' лБЛИСТСН прокихзсщши.

3. Впервыр разработана методика кзмгревня скорости исзасенин ГэпЬеяйлекйГ. давление- парок-Ба.- -А)-и -Т1 методом, лазерной .сту-1ет»атмг фотоиокинагв«»' ^лечитзм: »ормудь. егкеиннасие гз&ис/-<сст* гаялекш> парь от. температуры. игрзд'леае зкталъккя и-ца

. сдаоок агйъгакоаднш работ по теме лиссертафк

1. Атюв Р. и.. Касимсг А. К.. УухиОте И.. Турсунбабаьч» A.C., Туреунои А.Т., Хаитбаев У. "Импульсный котный у.^ьтрг-фюл^.-сг-ш": двухоОъемный, двухчастстнык газовый ла?рр '. - Тезисы докладов международной конференции "ймаульсные лагери на переходах атомов и молекул". Томск, 1992. ...

2. Каскмов А. К.,. Турсунов А.Т., Мухябов Н., -ЭекоСилов Н.Б. "I - Ш rypyx элементларининг юкори уйгонган рйдберг холат-ларинв тадкик кклик" - Тезисы докладов'. научной конференции "Актуальнее 'прейлекн физики -и' математики?, посвященной 50 -летис лроф.й.М.Мумиисза. Самарканд, с.45.

3. Каскмсп А. к. "Методы повыаеиая э^екту.акос::'. р^оты байтного лазера". - Мирзо Улугбо: тазпглудииияг 600 йидгипта оа-гишлакгая Ъш ол/улар мяиЬеренпиясининг тезисларк. Самарканд, 1994, с. 14.

касиуоь А.К.. Шхибов К. , Турсугов А.Т., ТурсунбзОаьв А, о. "Повышение мощности азотного лазера с поноем: автепредио-яизации".// Квантовая электроника. 1995, Н 3, с.£31-2.42.

5. Касимов А. К,, Турсунов А. т. "Иссгедовгше испарения металлов лазерным кййп«коньм метсдом".// Оптика и спектроскопия. 29р5, т. "73. n ■«, С. 6у6-б9у.

В. .Касимов А.К.. .ТУРСУНС2 Л. Т.,. ТухлиЗзее 0., Згкобжлов H.S. "Изучение Пр2?1/2. 3/2 'рядберговских серий Ai 1 методом лачер-*ного ступенчатого г.озбужлеййя и. яояк&лция электрическим полек-". /7 СглккгГ сягктрЬсгкопт: .19®, т.79, N 4, с.533-636.

7 каси!,;он Д.'г'.., "¡угсуьсв Л.Т., Тухяиба£г. 0. "Иоследсвс-чке тысокпзбуялеиных nz'Dü/z.wZ.P^vсйвий зтскз галлия".// »пика у. спектросчспий. 1У96, t.ÖI.'N l,"c.C5-2S.' •

3. Касймов A.K., Турсунов А. Т., Ззкоб/лсв Н.Б. "Хсследсгза»?

- ta.-

.ирцдояртьалрмифа .¡щяояд* -ладерирй .резонансной ступенчатой фотоконизации",- Тезисы докладов международной конференции по резонансной ионизационной спектроскопии a se примунени» (Ris -96). Пенсильвания, США.'1996, с.141.

"Здемрстзап даврий свстемасиншг Ш А гурух атомар фазасща селектив .я.-'аер индупирли караенлару еэ уларнинг чуллашшшш

Н^.имоя Азйз Кймарняинович

Лазер йУрларининг таъсирвда Ш А гурух атомлари икки еки уч порокади. уйгот/и ус\мм «клан юдари ридберг полатларига уткази-ладк за уйгонгая атомлар злекгр мзйдокида иоьАаштириюй -^айя квдкнади; йа ва ]п. атоылартшнг гк}20 с-ерия слт/уяари тсуч-и? авектр майдона тзъсиридз з^/г - сгтх, ор.чадн уйготклди. Тах-ри&ада пс!гВ серкянинг квант дефектлари, нозик структурзлк ва риДйорг адкюдарининг . кийматдари аник улчакди. пбг0 ридОерг хоаатлари ^О-терм тсмояидан эр2 конфигурацию«: тяьскрга учра-гавики сайейяи нозик структура йЕ-1/'п3+1/п5 формула б клан ифо-даазяли, ;

а! ва Т1 атошвсрняинг пр - ридберг холзтларй хам теквиркдди. А1 атомларнинг пр - зяергетйк са-лмзри водород агоми сингари зканлиги ааикланди. Т] ■ атомингнг нозик структура инвертлакгая б"клкО. валент алектрони электронляр кобигига кираолиши аяик-лакди. Шу саОаСли 11 атомиккиг пр - ридоерг холати Оа, 1п ва Д1 олементларшшг пр - ридоерг холстидан фарци ачккландЕ.

Шуядаи кидиб. 1П А гурух злемечтдарнккг самарали фотоиояла-якат схеиалари аяю?яавди.

Фукгаментал спектрал тегатриш натдааларидан- фойдалаггмс. би-пкнчи мар&тайа Оа,А1 ва И элементдарининг оуглании тезликзари кг. суг ооеимллри лааер псгонали укготиш усуяи б план улчаяди. Ьосимчкнг те-мперчутрага богликлиги эмпирик формула С план и+п-ваааядн."

r 20 -

Selective laser Induced process in atcrolc phase of 12! a srcup

of periodical system of elements and* thei-s-application

>

Kasimov Aziz Kamaridinovich

Under the influence ci laser exciting, by-method two or three step excitation the stars of in A grour transfer in ryaberg. states and then exciting- atoms ionised ard registered. Using weakly electric field, nd20 states of Ga and !n atons exciting' through szSi/2 state. The quantum defects, fine structure and energy levels of ndzB states was determined with hifjh' accuracy . The rydberg nd2D states is exposed to ccniiguration interaction from ZD tnenn of sp2 configuration, that is wny fine structure describes by AS - l/n3 + l/ns equation.

Also the rydberg np states of Al and Tl ¡.tans was. investigated. It was established,, that np states ci Ai atc.vw is similar of hydrogen atoms. It was found that 11 atons have inversion structure and valent" electron penetrate "ir>its electron cover of atoms. It is the difference between Tl rydberg.np states and np-states oi Ga, in and. Al atcrs.

Thus, the optimal photoionization schemes «.¡s dateraingd. Using this obtained funcfcnental spectroscopic dai;... it was-measured vaporization rate and vapour pressure of. Sa.Al-snd' Tl. by laser step photolortizatioh method for .the first tic®-. The. - dependence of vapour pressure from temperature ..describes by wplric equation. . ■ -

x