Теоретическое исследование образования мюонных атомов в молекулярном водороде тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКИ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ | / Л

---д и

ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТрМНО^ ЭНЕРГЕТИКИ

СУ V С Л „

правах рукописи УДК 539.189

ФЕСЕНКО Галкна Алексеевна V___.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ МЮОННЫХ АТОМОВ В МОЛЕКУЛЯРНОМ ВОДОРОДЕ

01.04.16. — физика ядра и элементарных частиц

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ОБНИНСК — 1995

Работа выполнена в Обнинском институте атомной энергетики.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

КОРЕНМАН Г. Я. (НИИЯФ МГУ, г. Москва)

Официальные оппоненты: доктор физико-математических на\'к

МЕЛЕЖИКВ. С. (ОИЯИ г.Дубна)

кандидат физико-математических наук БУДНИ К А. П. (ФЭИ г. Обнинск)

Ведущая организация: ИМФ РНЦ «Курчатовский институт»

Защита состоится ¿¿> аи-с^ия-^р-^ 1995 г. в / ^ час на заседании диссертационного совета К064.27.02 в институте атомной энергетики по адресу: 249020 г. Обнинск Калужской обл., Студгородок, 1, ИАТЭ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИАТЭ. Автореферат разослан .-/ Ус-Лгч _ 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук ,, р

профессор .¿У^^-р Шаблов В. Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Исследование процесса образования экзотических атоиов в веиертве имеет первостепенное значение для различных областей иезоатомной физики. Характеристики этого процесса существенно влияют на протекание последующих мезоатомных процессов. Это является одной из основных причин того, что многие наблюдаемые величины, такие, как относительные интенсивности рентгеновского излучения мюонных и адронных атомов в химических соединениях, вероятности ядерного поглощения «"-мезонов химически связанными протонами, остаточная поляризация мюонов в веществе и др., оказываются сильно зависяя(ими от атомно-молекулярной структуры мишени (см., например, кириллов-Угрюмов В.Г., никитин В. п., Сергеев Ф.м., атомы и мезоны. -. М., Атомиздат, 1980.)

Особую актуальность приобрело изучение процессов образования мюонных атомов в водороде (включая изотопические смеси) в связи . с интенсивно развивающимися в последнее время исследованиями физики мюонного катализа (см. Герштейн с.е., петров В.В., Пономарев■ Л.И. Мюонный катализ и ядерный бридинг// УФН, 1990,т.160, с.1-4б). Эти исследования могут иметь большое практическое значение, поскольку в настоящее время рассматриваются возможности создания гибридного мюкаталитического реактора. Первичные распределения мюонных атомов после их образования необходимы для анализа последующих процессов, в частности, для анализа кинетики мюонного катализа в мюкаталитическом реакторе.

знание первичных распределений мюонных и адронных атомов водорода по кинетической энергии и квантовым состояниям необходимо также для анализа и объяснения многих других экспериментальных данных, в том числе таких, которые представляются "загадочными" с точки зрения существующих представлений (наличие высокоэнергетической компоненты в распределении п~р-атомов по кинетической энергии, аномальное временное поведение передачи мюонов от водорода к некоторым примесным элементам.

Таким образом, исследование процессов образования мюонных атомов и получение их кинетических характеристик является важной проблемой при изучении самых различных вопросов мезоатомной физики.

Цель диссертационной работы - исследовать механизмы образо-

вания мюонных атомов в молекулярном водороде и получить первичные распределения мюонных атомов по квантовым состояниям и кинетической энергии.

Научная новизна, в диссертации впервые проведено исследование каналов распада мю-молекулярного комплекса, образующегося в результате кулоновского захвата мюона молекулой водорода. Показано, что основными каналами распада комплекса являются оже-ионизация (с последующей диссоциацией возбужденного мю-иона на мю-атом и ядро) и прямая диссоциация на мю-атом и обычный атом' водорода. Рассчитаны высоковозбужденные ■ термы мю-молекулярного иона с главным квантовым числом паю. Проведены расчеты скоростей оже-переходов в мю-молекулярном комплексе. Впервые получены первичные распределения мюонных атомов по квантовым состояниям и кинетической энергии, образовавшихся в результате распада высоковозбужденного мю-молекулярного комплекса.

Научная и практическая ценность работы. Проведенные в работе исследования механизмов образования мюонных атомов позволяют получить цельную картину начальной стадии' мезоатомных процессов в молекулярном водороде. Первичные распределения мюонных атомов по квантовым состояниям и кинетической энергии являются исходными данными для анализа последующих процессов в экзотических атомах. Полученные в работе результаты могут быть использованы для анализа кинетики мюонного катализа ядерных реакций синтеза в мю-каталитическом гибридном реакторе.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Образование мюонных атомов в молекулярном водороде происходит в результате распада высоковозбужденного мю-молекулярного комплекса, формирующегося при кулоновском захвате мюона, причем основными каналами распада комплекса являются прямая диссоциация на два нейтральных атома (мюонный и обычный) и оже-ионизация (с последующей диссоциацией образующегося мю-молекулярного иона на мюонный атом и ядро).

2. Результаты расчетов скоростей оже-переходов из высоковозбужденных состояний мю-молекулярного комплекса в модели "двух атомов", необходимые для выяснения соотношения между каналами распада комплекса и получения первичных распределений'комплекса.

3. квазиклассические условия квантования состояний заряженной частицы в поле двух одинаковых кулоновских центров при нали-

чии особых точек квазиимпульса в классически разрешенной области; численные расчеты констант разделения и энергий высоковозбужденных термов мю-молекулярного иона.

4. Первичные распределения мю-атомов по квантовым состояниям и кинетической энергии после распада высоковозбужденного мю-молекулярного комплекса, полученные в модели "быстрых оже-переходов" и в модели конкуренции диссоциации и оже-распада.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Международной конференции по мюонному катализу (мСГ-90, вена, 1990 г.), на третьей Международной конференции по взаимодействию мюонов и пионов с веществом (МР1М-3, Дубна, 1994 г.), на Международном симпозиуме по мюонному катализу (цСР-95, Дубна, 1995 г.), а также на семинаре отдела теоретических исследований ИМФ РНЦ "Курчатовский институт"(1995 г.), на семинарах лаборатории теоретического практикума НИИЯФ МГУ (1990-1995 гг.), на семинаре кафедры ОиСФ ИАТЭ (1995 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в девяти работах.

объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста , заключения, списка цитируемой литературы (73 наименования) и двух приложений. Объем диссертации - 135 страниц, включая 7 таблиц, и 18 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы основные цели и результаты работы, даны общая характеристика работы и распределение матариала по разделам.

В первой гл. диссертации излагаются общие представления об образовании экзотических атомов в веществе. Кратко рассмотрены первые модели захвата мезонов атомами и молекулами - модель Фер-ми-Теллера и модель больших молекул. Подробнее обсуждается вопрос об образовании экзотических атомов в легчайших атомарных средах. Для этого случая теория разработана наиболее детально, а ее результаты важны как для понимания процессов и явлений в водороде и гелии под действием отрицательных мюонов и адронов (мюонкый катализ ядерных реакций синтеза, аннигиляция антипрото-

ков, ядерное поглощение мезонов и др.), так и для развития теории образования экзотических атомов в более сложных мишенях. Приведены результаты для первичных заселенностей мю-атомов, основанные на расчете сечений по методу полуклассического решения уравнений свяЗи двухчастичного и трехчастичного каналов, обобщение результатов этого метода на случай молекулярной среды позволило сформулировать микроскопическую модель кулоновского захвата мюонов в молекулярном водороде. Согласно этой модели в среде, содержащей молекулы (аЬее) изотопов водорода (а и b - соответствующие ядра), мюон из непрерывного спектра захватывается в высоковозбужденные состояния мю-молекулярного комплекса (abце) с полной энергией от Ео до Ед+1, где EQ=-1.16 а.е. - полная энергия молекулы Н2> 1=0.6 а.е. - ее вертикальный потенциал ионизации. Модель дает также распределение комплекса по полной энергии и полному моменту.

Анализ распада комплекса, выполненный в последующих главах, требует знания более детального распределения системы (ab^e)* по внутренней энергии легких частиц, полному моменту и скорости относительного движения ядер. Для этой цели в разд. 1.3 первой гл. детализирована упомянутая модель кулоновского захвата мюонов молекулами водорода. Используя дополнительное предположение о независимости распределений по кинетической энергии относительного движения ядер, энергии легких частиц и полному угловому моменту, мы получили искомое распределение. Если во внутреннюю энергию включена только энергия легких частиц, то распределение по энергии легких частиц имеет ступенчатый вид. Учет энергии вращательного движения в полной энергии приводит к смещению границ в распределении по энергии Легких частиц в сторону более низких энергий. Мю-молекулярный комплекс, формирующийся в результате кулоновского •захвата, является сильно возбужденным ' и поэтому распадается, что в конечном итоге приводит к образованию мюонных атомов. Возможны четыре основных процесса спонтанного распада системы (аЬце)*:радиационные переходы в более низкие состояния

(аЬме)*1 -> (abne)*j + у, (1)

оже-распад

(ebne)* -> (ab(j)+* + е, (2)

диссоциация на обычный и юоонный атомы

ж С ае + Ьц,

(аЬде) ->

ajiW be,

а также испускание мюона

ж + — (аЬце) -> ( abe ) + ц .

(аЬце)

(4)

На качественном уровне эти процессы обсуждаются в разд. 1.5. Простые оценки показывают, что канал с испусканием мюона несуществен. Для выяснения соотношения между вкладами других каналов необходимо количественное исследование вероятностей соответствующих процессов.

Оже-распад, радиационные переходы и механизм диссоциации комплекса (аЬце)* рассмотрены в гл. 2. Теоретическое рассмотрение и вывод необходимых формул для скоростей оже-распада мю-молекулярного комплекса приведены в разд. 2.1. Скорости" оясе-переходов вычислялись по теории возмущений. В качестве оператора возмущения использовалось кулоновское взаимодействие двух подсистем. Для описания состояний комплекса мы использовали упрощенную модель, в которой в качестве волновых функций системы (аЬде)* использовались волновые функции атома и мю-атома, расположенных на некотором межъядерном расстоянии а энергия начального состояния представлялась в виде суммы одночастичных энергий мюона и электрона ( в дальнейшем будем называть эту модель -приближением "двух атомов"). Энергия конечного состояния систе-мы((аЬц) +е) включает кинетическую энергию оже-электрона и энергию мю-молекулярного иона. При этом для энергии мю-иона использовалось как атомное, так и молекулярное приближения. Соответствующие парциальные скорости оже-распада получены в сферическом (для атомного приближения) и параболическом (для молекулярного приближения) базисах. При рассмотрении распада комплекса из низколежащих состояний, соответствующих значениям главного квантового числа пй7 можно' ограничиться дипольным приближением для скоростей оже-переходов, поскольку для каждого из таких состояний существуют нижележащие состояния, в которые дипольные оже-переходы разрешены правилами отбора по угловому моменту и энергии. Среди более высоких состояний имеются такие, для которых возможен оже-распад лишь более высоких мультипольностей. По-

этому скорость оже-перехода была получена с учетом всех возможных мультипольностей. В операторе было проведено разложение в предположении, что среднее расстояние мюона от соответствующего ядра и электрона от соответствующего ядра меньше, чем межъядерное расстояние-. Скорость перехода в сферическом базисе с учетом

всех возможных мультипольностей А мюона имеет вид:

Е . 2А А+-1 2

ГСп111>18-»пг1г>ср)= ^<ад/ав) I'<Ч0Л0 IV» I "

|2 Л2(1з-»ер) (5)

где

/НП11[(Г)ГЛ+2 ^(Ю аг/*\ - безразмерный мюонный матричный элемент,

Л( —>ер) = / Еа |ЕСр(г) г3 И1з(г) <1г /ае •- безразмерный электронный матричный элемент, а^ и а^ - электронный и мюонный воровские радиусы, Е - атомная единица энергии (Е =27.2 эв).

а

Результаты расчета и анализ скоростей оже-распада представлены в разд. 2.2. Скорости оже-переходов Г (Я), усредненные по начальным угловым моментам и просуммированные по всем конечным состояниям получены в дипольном приближении для состояний с главным квантовым числом 2еп£45 при межъядерных расстояниях 1.451*320.а.е. для систем (ррде) , (сОДе) и (г/Ьме) . Типичные результаты расчета скоростей оже-переходов, полученные с использованием молекулярного приближения для энергий мю-иона, представлены на рис. 1 для системы (ррце)*. При малых значениях квантовых чисел (п£7) скорости оже-распада растут с ростом п, а при более высоких п спадает из-за того, что здесь имеется значительное число состояний, для которых дипольные оже-переходы запрещены правилами отбора по энергии и угловому моменту. Зависимость скорости оже-переходов от межъядерного расстояния определяется, в основном, дипольным приближением, для которого Г(К)~1/1? . При больших межъядерных расстояниях проявляется нерегулярная зависимость скоростей оже-переходов от п, обусловленная группировкой энергетических состояний вблизи атомных уроовней (еп=-м/2пг). При использовании атомного приближения для энергии конечного состояния системы такая зависимость Г (Л) возникает и

п

при малых 1?. Для комплексов других изотопов (<3<3це) и (М.це) по-

ведение скоростей оже-переходов в зависимости от п и 8 аналогично, а сами значения Г (Н) изменяются не более чем на 5%. Для вып

соких значений квантовых чисел п использованное здесь дипольное приближение может оказаться недостаточным. Выполненные всвязи с этим расчеты показали, что учет переходов более высокой мульти-польности заметно увеличивают скорость оже-распада при межъядер-иом расстоянии Изг.О а. е..

Роль радиационных переходов в мю-молекулярном комплексе рассмотрена в разд. 2.3. Скорости радиационных переходов Гп7, усредненные по 1 и просуммированные по всем конечным состояниям, рассчитаны в рамках приближения "двух .атомов". Сравнение скоростей радиационных и оже-переходов показывает (см. рис. 1), что для высоковозбужденных состояний комплекса (представляющих наибольший интерес) Г* «г^ (Б() при межъядерных расстояниях а. е. Так что радиационные переходы не играют существенной роли в распаде комплекса.

' Гп 1/с

10 " 10 " 10 " 10 " 10 " 10 ,л 10 ' 10 ' 10 7 10 6 10' 10 ' 10 5 10 2 10 1

10 10 10 "

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Рис. 1.Зависймость усредненной скорости ожЬ-распада и радиационного распада комплекса (ррде)* от главного квантового |числа* п при различных межъядерных расстояниях |

Вопрос о механизме диссоциации комплекса рассмотрен в разд. 2.4. В интересующей нас области энергий ( Е0*ЕйЕ0+1) мю-молекулярный комплекс содержит очень большое число состояний. Среди термов, отвечающих этим состояниям, имеется как притягива-тельные, так и отталкивательные. Поскольку плотность состояний велика, то система может совершать быстраы переходы на отталкивательные термы, по которым энергетически возможна адиабатическая диссоциация на обычный и мюонный атомы. В принятой выше модели двух атомов термы сводятся к асимптотическим уровням энер-

2 2

гии и центробежной энергии и£Л)==Е15-ц/2п +.1(Л+1)/2НВ . Поэтому диссоциация возможна по любому из термов системы, однако в процессе движения по терму возможен оже-распад системы. Вероятность диссоциации системы (т.е. вероятность того, что оже-распад не произойдет) определяется фактором выживания:

г г Г (К) <№ .

Р = ехр|- I—--} (6)

0 Ну (И^.и)-'

П

И

е

при расхождении ядер от начального расстояния Л до бесконечности. При высоких скоростях оже-переходов Рп—» О. так что система не успевает диссоциировать. В общем случае фактор выживания учитывает конкуренцию прямой диссоциации и оже-распада системы. Детальный анализ этого проведен в гл. 4.

Скорости оже-переходов системы (аЪде)* в приближении "двух атомов" можно использовать при рассмотрении внешнего оже-эффекта для возбужденных мю-атомов в среде. В разд. 2.5 рассмотрены сечения и скорости внешних оже-переходов мю-атома. В отличие от имеющихся в литературе расчетов мы учитываем влияние смешивания состояний мю-атома по орбитальному моменту в процессе столкновения (т.н. штарковского смешивания). Для этого используются волновые функции мю-атома в параболических переменных (штарковские состояния). Расчет показал, что учет штарковского смешивания существенно влияет на величину скорости внешнего оже-девозбуждения.

Возвращаясь к вопросу о распаде мю-молекулярного комплекса, напомним, что основными каналами его распада являются прямая диссоциация и оже-ионизация. В результате оже-ионизации образуется высоковозбужденный мюонный ион (аЬд)+*, который может дис-

социировать на ядро и мюонный атом. Для анализа этого процесса неоходимо рассмотреть возбужденные состояния мю-иона (аЬц)

Проблема описания высоковозбужденных состояний мю-иона (аЬ>»)+* рассмотрена в гл. 3 на основе приближения Борна-Оппенгеймера.

В разд. 3.1 обсуждается задача о движении частицы в поле двух кулоновских центров, здесь приведены необходимые для дальнейшего рассмотрения общие математические результаты относящиеся к этой задаче- (формулировка задачи, разделение переменных, классификация состояний, асимптотические решения и др.). Известные в литературе количественные результаты решения задачи двух центров, полученные в связи с описанием обычных и мюонных молекулярных ионов водорода (Н*, 1Ш+, (ррд)+и др.), как правило относятся к низким термам системы, тогда как для наших целей необходимы возбужденные термы, которым соответствуют большие значения главного квантового числа п.

Для нахождения уровней энергии и волновых функций высоковозбужденных состояний мы используем квазиклассическое приближение. Для состояний с проекцией момента т*0 квазиклассические условия квантования в задаче двух центров известны из литературы. Однако при т=0 в классически разрешенную область движения попадают особые точки квазиимпульсов, что требует специального, более аккуратного рассмотрения. В диссертации построены волновые функции и получены квазиклассические условия квантования с учетом особых точек квазиимпульсов в классически разрешенных областях (разд. 3.2).

Методика и результаты численных расчетов для высоковозбужденных термов мю-иона приведены в разд. 3.3. Условия квантования позволяют получить константы разделения и энергии термов мю-иона для любого набора сфероидальных квантовых чисел {кфп} в зависимости от межъядерного расстояния. Эти условия представляют собой систему трансцендентных уравнений, для решения которой была разработана специальная программа. Проверка программы была выполнена по результатам расчетов термов системы Н2+ с главным квантовым числом объединенного атома N35. Результаты расчета отличаются от точного (численного) решения задачи менее, чем на 7% при • межъядерных расстояниях а.е. Кроме того, энергии высоковозбужденных термов при больших Н сравнивались со значениями, полу-

ценными по асимптотическим формулам. В результате расчета составлены таблицы констант разделения и энергии термов мю-иона для состояний с главным квантовым числом п=10,11 и 12..

В гл. 4 получение первичные распределения мю-атомов по квантовым состояниям и кинетической энергии.

В разд. 4.1 изложен общий подход к проблеме первичного распределения мюонных атомов по квантовым состояниям с учетом конкуренции каналов прямой диссоциации и оже-ионизации комплекса. при расчетах первичного распределения в общем виде возникают трудности, связанные с описанием большого числа термов при различных межъядерных расстояниях. Поэтому были использованы некоторые упрощения для спектра мю-молекулярного комплекса и величин оже-переходов и в соответствии с этими упрощениями рассмотрены две модеди образования мюонных атомов.

В модели "быстрых оже-переходов", рассмотренной в разд. 4.2 предполагается, что мю-молекулярный комплекс не успевает диссоциировать и мюонные атомы образуются в результате оже-ионизации и последующей диссоциации образовавшегося мю-иона на ядро и мю-атом. Этот механизм может реализоваться также для состояний, диссоциация которых энергетически невозможна, для определения каналов диссоциации мы использовали рассчитанные в гл. 3 термы мю-иона. Расчет показал, что мюонные атомы образуются в состояниях с главным квантовым числом от 10 до 12. Расчеты выполнены в двух вариантах модели. В варианте (а) предполагается, что оже-переход происходит при межъядерном расстоянии 11=1.4 а. е., совпадающем с равновесным межъядерным расстоянием в исходной молекуле Н2- В варианте (б) предполагается, что межъядерное расстояние в момент оже-перехода лежит в в интервале от 1.4 до 2.0 а. е. в зависимости от энергии системы (ааце)+*. Распределение по орбитальному моменту имеет вид, отличающийся от статистического, с максимумом при промежуточном значении 10£1 вп-1. получено распределение мю-атомов по кинетической энергии. Форма спектра близка к максвелловской со средними значениями энергии р/х, йм и Ьц атомов 1.1-0.44, 0.93-0.45, и 0.89-0.45 эв соответственно в зависимости от деталей модели.

Если изотопы мезоиона (аЪх) (здесь х означает л -мезон или ¿Г-мезон) различны, то диссоциация мезоиона может приводить к разным вероятностям образования мезоатомов (ах) и (Ьх). Изотопи-

ческий эффект при диссоциации несимметричных мезоионов рассмотрен в разд. 4.3. В адиабатической картине, использованной в предыдущем разд., этот эффект отсутствует. Чтобы выйти за рамки адиабатического приближения, мы использовали специальное преобразование гамильтониана, приводящее к правильным диссоциативным пределам для двух каналов диссоциации системы (аЬх) . Анализ преобразованного гамильтониана с учетом правил соответствия сфероидальных и параболических квантовых чисел, показал, что диссоциация по термам с нечетными значениями сфероидального квантового числа я приводят к образованию более легкого атома, а по термам с четными q - к образованию более тяжелого атома, мы оценили поправки на неадиабатичность к гамильтониану и получили возможные границы вероятностей образования двух типов мезоатомов при диссоциации мезоиона. Эти оценки не противоречат экспериментальным данным для соотношения двух каналов распада для рйя-системы, хотя и дают более широкий диапазон значений для соотношения вероятностей.

В разд. 4.4 рассмотрена модель образования мюонных атомов, учитывающая конкуренцию прямой диссоциации и оже-распада мю-молекулярного комплекса. Для расчетов распределения мю-атомов по кинетической энергии и квантовым состояниям использовано приближение "двух атомов" для волновых функций и энергий систем (ааце)* и (аад)+*. В этом приближении вероятность диссоциации оказывается очень значительной и, по-видимому, может рассматриваться как верхняя оценка этой величины. Это связано с тем, что в рассматриваемой модели диссоциация возможна по любому из тер-, мов, а также с использованием скоростей оже-переходов в диполь-ном приближении, которое при малых И (£2.а.е.) недостаточно. Мы провели' расчеты для случая, когда мюонный атом образуется только по каналу прямой диссоциации и сравнили полученное распределение с другим предельным случаем - образованием мю-атомов только по каналу оже-ионизации (модель "быстрых оже-переходов"). Эти механизмы приводят к существенно различающимся распределениям по квантовым состояниям. Для прямой диссоциации характерно образование мю-атомов в состояниях с пг12, тогда как по каналу оже-ионизации мю-атомы образуются в более низких состояниях.

Получены первичные распределения р^ мюонных атомов по квантовым состояниям с учетом обоих каналов образования мю-атомов:

р л Р + V (1-я (7)

п п и р п*

где Р - вероятность того, что система (аа^е) распадается в состояние мю-атома с главным квантовым числом п посредством диссоциации. Второе слагаемое представляет вероятность того, что система (ааде)* через промежуточное состояние мю-иона п' распадается в состояние мю-атома с тем же квантовым числом п. На рис.2 приведено"первичное распределение (рц)-атомов по квантовым состояниям, расчитанное по этой схеме, распределение имеет два разделенных характерных пика, соответствующих каждому из путей образования мюонных атомов. Получены-распределения мюонных атомов по кинетической энергии. Они имеют приблизительно максвелл-овскую форму со средними энергиями для рц, <1ц и Ьи атомов 0.932, 0.522, 0.378 эв соответственно, в этих распределениях (см. рис.3), наблюдается сильный изотопический эффект, обусловленный вращательной энергией комплекса. Отметим, что используемое в расчетах приближение двух атомов не учитывает зависимости энергии терма от межъядерного расстояния; поэтому результаты для кинетической энергии следует рассматривать как оценку снизу.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации.

В приложении 1 изложена техника вычислений скоростей оже-переходов.

В приложении 2 приведены формулы для свертки распределений мга-атомов по кинетической энергии в с.ц.и. мю-комплекса (ааце)+* с распределением самого комплекса по кинетической энергии в л-системе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. образование мюонных атомов в молекулярном водороде происходит в результате распада высоковозбухсденчого мю-молекулярного комплекса, формирующегося при кулоновском захвате мюона, причем основными каналами распада комплекса являются прямая диссоциация на два нейтральных атома (мюонный и обычный) и оже-ионизация (с последующей диссоциацией образующегося мю-молекулярного иона на мюонный атом и ядро).

р (РМ).

Рис.2. Распределение рц атомов по квантовым состояниям п с учетом двух путей образования

Р(Т)

2.0

Рис.3. Распределение рд, бц и гц атомов по кинетической энергии с учетом двух путей образования

2. Получены скорости оже-переходов в симметричных мюонных молекулах в приближении "двух атомов", исследована зависимость средних скоростей оже-переходов от главного квантового числа п, межъядерного расстояния и изотопического состава молекулы. Показано, что в области межъядерных расстояний 1*52.0 а. е. диполь-ное приближение для оже-переходов недостаточно и необходим учет переходов более высокого порядка. Рассчитаны сечения и скорости внешних оже-переходов мю-атомов с учетом штарковского смешивания состояний в процессе столкновения. Показано, что штарковское смешивание существенно влияет на внешние оже-переходы.

3. Получены квазиклассические условия квантования и волновые функции для высоковозбужденных состояний мю-иона в поле двух ядер с учетом особых точек квазиимпульсов в классически разрешенных областях при ш=0. Разработана программа и проведены численные расчеты констант разделения и энергии термов высоковоз-. бужденных состояний.

4. Исследован изотопический эффект при диссоциации несимметричных мезоионов (аЬх) . Показано, что диссоциация приводит к разным вероятностям образования мезоатомов (ах) и (Ъх). Получены возможные границы вероятностей образования двух типов пион-ных атомов при диссоциации мезоиона, согласующиеся с экспериментальными данными.

5.Получены первичные распределения мюонных атомов по квантовым состояниям и кинетической энергии в двух моделях распада мю-молекулярного комплекса. В модели "быстрых оже-переходов", предполагающей двухступенчатый механизм образования, мюонные атомы образуются в состояниях с квантовыми числами п=10,11,12, тогда как в модели, учитывающей конкуренцию прямой диссоциации и оже-распада, распределение по главному квантовому числу п имеет два разделенных пика. Распределение по орбитальному моменту имеет вид отличающийся от статистического с максимумом при промежуточном значении Получено распределение мю-атомов по кинетической энергии. Форма спектра близка к максвелловской со средними значениями энергии рц, <3ц и атомов 1.1-0.44, 0.53-0.45, и 0.89-0.45 эВ соответственно в зависимости от деталей модели. Полученные результаты для заселенностей и кинетической энергии существенно отличаются от аналогичных результатов для захвата мюонов в атомарном водороде.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Коровин Ю.А., Шаблов в.А., шакиров В.А., Фесенко Г.А., Артисюк в.в. Расчетные исследования процессов переноса нейтронов и мезоатомов гелия в мишени мезокаталитического реактора. Отчет О НИР // УДК 539.125, N ГОС. per. 02900041125. - Обнинск. -1989. -63с.

2 Фесенко Г.А. Соотношение каналов распада мезомолекулярных ионов изотопов водорода // книга: Расчетные и экспер. исслед. яд. и энерг. установок. - Обнинск. - 1989. - С. 95-102.

3. Коренман Г.Я., Фесенко Г.А. Первичные распределения мю-онных атомов по квантовым состояниям и кинетической энергии // Книга: Расчетные и экспер. исслед. яд. и энерг. установок. - Обнинск. - 1990. - С. 31-40.

4.Fesenko G.A., Korenman G.Ya. Primary distribution of muo-nic hydrogen atoms on the quantum states and kinetic energy // Muon Cat. Fusion. - 1990/1991, v.5/6. - P. 495-497.

5.Fesenko G.A., Korenman G.Ya. Primary distribution of muo-nic hydrogen atoms on the quantum states and kinetic energy // Intern. Conf. on Muon Cat. Fusion. - Vienna. - 1990. - P. 76.

6. Korenman G.Ya., Popov V.P., Fesenko G.A. Coulomb capture of negative mesons and formation of mesic atoms in molecular hydrogen // Muon Cat. Fusion. - 1992, v.77 - P. 179-194.

7. станковский А.ю., Фесенко Г.А. Плотность уровней мюон-ного молекулярного иона и распад симметричных мезоионов //Известия вузов, Ядерная Физика. - 1993, N2, - с. 97-101.

8. Korenman G.Ya., Fesenko G.A. The formation mechanism of muonic atoms in molecular hydrogen// Third Intern. Sym. on Muon and Pion Interaction in Matter. - Dubna. - 1994.

9. Fesenko G.A., Korenman G.Ya. The new results in the theory of muonic atom formation in molecular hydrogen //Intern. Conf. on Muon Cat. Fusion. ' - Dubna. - 1995. -P. 61.

Заказ 1100 Тираж 100 Объем 1 п. л. Формат бОхМ 1/16

Отпечатано в Обнинской горояскоЖ яшографа» 249020, г. Обнинск, ул. Комарова, 6.