Теоретическое исследование влияния анизотропных столкновений на упорядоченность угловых моментов возбужденных атомов и ионов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

;]! / — П П

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

на правах рукописи

Иетрашень Александр Георгиевич

Теоретическое исследование влияния анизотропных столкновений, на упорядоченность угловых моментов возбужденных атомов и ионов.

Специальность 01.04.02 теоретическая физика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора 4изико-математмчоских наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1991

Рабата выполнена на ко<$ез(рах выстой яютоьигжкн и теоретической физики Санкт-Пегерб.ургсксго института точной кеханпш и опиши.

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук,, профессор В.И. Берель, Доктор физико-математических наук, профессор ¿.Д. Тр"фонов, Доктор физяко-матекатл ческих наук, профессор A.B. Тулуб

Вепу-цал организация:

Институт химической физики АН СССР

Занята состоится "13" 1992 г.

в)5,^0часов на заседании специализированного совета Д С63.57.1& по защита;,; диссертаций на соискание ученой степени доктора фнзико-ыатематических наук в Санкт-Петербургском государственном университете по адресу:

199034, Санкт-Петербург, Университетская наб. 7/9.

"------------ ------- - - • -----------

Ученый секретарь специализированного совета, доктор физ.-мат. наук, профессор

/А,Н. Васильев/

я

льноеть теиа диссартвдепя, Анизотропия поляризованого гая ансамбля возбуждающие атомов определяется няой упорядочностыо их углов*« моментов, которая модат Зыть наведена как с помощью свотових потоков, так и под действием столкновений о посторонними частицами - атомами ш! электронам/2,3/. На упорядоченность моментов, созданную таким образом, могут оказывать шрщшэ стодаошшя о зтомами примесного гвза. Особый даггвроо прэдотавляит зталкновительнне процессы, при которых распределение вектора этносителышх скоростей не обладает сферической симметрией, рек как при таких процессах возможно столкноэятелькое вменение упорядоченности моментов, что на экспзркмйнтэ троявляется в порождении или чвзаимопрэврздашщ поляризаций определенного типа, Так, линейная поляризация флуоресценции ¡аблюдалвсь в верхней части атмосфера солнца'4'' и в 1аборэтарных условиях в средах, где обеспечивается анизотропное распределение вектор.-; относительных скоростей зталкиващихся частиц: в плазме газового разряда и ансамбле/ зтомов возбукденшх одномодовым- лазером/®'/, Шализ^низотропии поляризованного излучения позволяет не юлько определять времена зшзда возбузксегашх состояний и юстоянные скоростей стслкновительиого процессу но к дакроскопические характеристики этих процессов,^ Например, зкорости дрейфа ионов в плазме газового розряда/ь/. Поэтому тредставляег интерес детальное исследование процесса' анизотропной столкновительной релаксант! упорядоченности юментов возбужденных состояний частиц, а также расчет зазличных характеристик этсго процесса. Цель работа. Целью предлагаемой диссертации является дательное рассмотрение влияния анизотропных столкновений на вменение упорядоченности моментов возбужденных атомов или юнов, а такие описание спектроскопического проявления этих изменений.

1аучная новизна. Если изотропная столкноеительная релаксация (етально исследована теоретически и экспериментально, то,

что касается анизотропной релаксации, то до недавнего времени ее исследование ограничивались пионерскими работами В.Н. Ребаке и М. Ломбарда78в которых теоретически и экспериментально показывалась возможность столкновительного взаимопревращения выстраивания и ориентации.

Относительно, порождения Еыстраивания и связанной с ним линейной поляризации света, считалось, что оно возможно лишь при сравнительно больших относительных скоростях сталкивающихся частиц (ударный механизм/37. В настоящей работе было:

1). Впервые показано, что возможно столкновительное порождение выстраивания и связанной с ним линейной поляризации Флуоресценции при тепловых относительных скоростях сталкивающихся частиц.

2). В приближении метода прицельного параметра, в модели прямолинейных траекторий и степенной .зависимости энергии взаимодействия сталкивающихся частиц ст межъядерного расстояния вычислены величины эффективных сечений всех прцессов столкновительной релаксации угловых моментов во встречных монокинетических пучках для состояний с ¿=3/2 и 2.

3) Летально исследованы процессы столкновительного порождения выстраивания и перехода выстраивания в ориентацию во встречных монокшетических и скрещенных эффузнойных лучках.

4). Исследован процесс столкновительного порождения выстраивания и перехода выстраивания в ориентацию в плазме газового разряда. Показано, что постоянные скоростей этих процессов определяются квадрупольным моментом функции распределения вектора относительных скоростей.

5). Теоретически • предсказано явление дрейфого самовыстралвания угловых моментов возбужденных ионов в плазме газового разряда и рассчитаны обусловленные им поляризационные характеристики излучения ионной компоненты плазмы.

о). В совместной работе с? экспериментаторами-

гектроскопистами подтверждено существование дрейфового !Мовыс,гт'акБзния угловых моментов конов я ка его основе )здана новая, бесконтактная методика определения скорости :ейфа ионов в плазме газового разряда.

V). Деталька исследован процесс столкновителького ¡рождения выстрзизанкя я перехода выстраивания в ориентацию ?л монохроматическом возбуждении, Показано, что при таком гасоОз возбуждения процессы порождения выстраиания и рехода выстраивания . в ориентацию гзтаэ определяются шдруполькым моментом функции распределения.

8). Показано, что при монохроматическом юзбукденш ■цествует такое значение. лазерной частоты, при которой ¡изотропная столкнонителькая релаксация перзходит в ¡азиизотрогаухк исчезают процессы порождения Еысгргивзкил, рехода встраивания в ориентацию, а также различав в 'стояшкх скоростей" стслхнсЕителъ"ой релаксация компонент кторз ориентации. При перекрквзшк нескольких отлеровскп:< контуров íopv.a сигнала внстргяззния и иентацш мсает претерпевать значительные изменения, юктическая ценность. Полученные в длссзртзцин результаты ■гут оыть использована для анализа спектров флуоресценции в чковнх эксперимента?:, астрофизике, плазме газового зряда. Самостоятельный интерес представляет предложенный в ооте способ Сесконтзнтного определения скорости дрейфа нов в газовом разряде низкого давления, защиту выносятся следующие пояснения: Новый механизм порождения выстраивания, предложенный и впоследствии экспериментально подтвержденный в/6/.

Элементы матрицы сечений предельно анизотропной ожнойительноЯ релаксации для значений углозого момента 3/2 и г, рассчитанные для двух законов взаимодействия с мощью численного интегрирования уравнений метода ицелыгаго параметра в приближения прямолинейных траекторий. Рыражение для элементов матрицы постоянных скоростей оцессов столккоЕнтельнсй релаксации для различных законов

распределения вектора относительных скоростей! максвелловского распределения с наложенным дрейфом 1 распределения, в котором 2-я компонента скорости одного иг сталкивающихся атомов фиксирована, а остальные компоненть этой величины распределены по Максвеллу.

4. Коэффициенты разложения по мультиполям функдаы распределения вектора относительных скоростей.

5. Особая важность кзадругоэльного момента фунхцю распределения, который определяет постоянные скоросте! процессов порождения выстраивания и перехода выстраивания : ориентацию,

6. Выражение для элементов матрицы предельно анизотропна* столкновительной релаксации в приол- .энии разрыва связ; атомных угловых моментов во время столкновения.

7. Теоретическое предсказание- • селективного характер: процесса порождения выстраивания: для каждого возбужденной состояния существует определенное значение давления (юн плотности атомов примесного газа), обеспечивающее максимальную вистроенность,

8. Постоянные скорости столкновительного пороященш выстраивания и перехода выстраивания в ориентацю существенным образом зависят от величины угла пересечет» эффузионккх пучков. При некоторых углах пересечет» существует соотношение между их температурами, при кoтopo^ сигналы ориентации и выстраивания меняют знак.

9. Эффективность перехода Еыстраивания в ориентацш существенным образом зависят от наличия сверхтонкой структуры, причем эта зависимость может носить ш монотонный, так и не монотонный хэкактер.

10. Новый способ бесконтактного определения скорости дрейф; ионов в газовом разряде низкого давления.

11. Зависимость полуширины сигнала Ханле от давления, вообще говоря, не линейна, поэтому значения постоянных релаксацш возбужденных атомных состояний, полученные экстраполящк зависимости полуширины сигнала Ханле от давления к нулевом;

авлению, могут отличаться от аналогичных величин, змервншр: с помощью других методов.

2. Совместное действие лазерного монохроматического озбувдешя к сверхтонкой структуры может привести к начительному сужению сигнала выстраивания по сравнению с опплеровским контуром,

3. При монохроматическом лазерном возбуждении имеется ера точек квазиизотрошости. расположенных по обе стороны т центра допплэровского контура. Наличие большего числа очек квазиизотропноотя, расположенных по одну сторону от ентра ' долплеровского контура, монет свидетельствовать о ом, что осуществляется монохроматическое возбуждение нсамбля атомов, состоящего из смеси изотопов.

убликации. По материалам диссетртации опубликовано 40 асот. Диссертация состоит из четырех глав, введения и включения. Содержит 211 страниц, 24 рисунка и 12 таблиц список литературы, состоящий из 103 наименований, одерхвние работы,

о взеденш приводится обзор работ, связанных с анизотропной' толкновительной релаксацией упорядоченности моментов озбужденных состояний частиц, сформулированы .основные ринципн, в рамках которых будет вестись дальнейшее ассмотрение, а также кратко описано содеркание диссертации.

конце введент'-.ч сформулирована положения, выносимые на ащиту,

первой главв вводятся поляризационные моменты (ИМ) как коэффициенты разложения оператора плотности в эзисе, на котором реализуется неприводимые представления ругшы вращений (к-ч базис)

це выражение в квадратных скобках- коэффициент лебша-Гордана, а р >т>- элемент матрицы плотности в ззисэ собственных функций квадрата момента и его проекции

(¿-га -базис). Переход к к-ч базису удобен не только потому что уравнения, описывающие изменение матрицы плотное! (поляризационных иоментоз) в этом базисе более компвктнь чем з ¿-¡т. -базисе, • но и тем, что эти моменты имен прозрачный физический смысл и через них выракаются величш непосредственно измеримые на опыте- ■ интенсивное! поляризованного излучения. Б работе показано, что тх компоненты Ш первого ранга, называемого векторе ориентации, езяэены со средни;,1 по ансамблю от линейк, комбинат® момента <^2> р^(^), ^ (о),

<3 > Р.ер' (3) к целиком определяет анизотрога: флуоресценции поляризованной по кругу. Аналогично, прл компонент Ш Етсрого ранга р^ , называемого тензоре ЕыстраиЕекия, связаны со средним по ансамблю от квадратичны комбинаций момента <ЪЗ\-Зг> V р*(3). ^ Кер^(^)

1кр*(3) и целиком определяют анизотропии свет поляризованного линейно. Поляризационный момент нулавог ранга р^а(определяя? заселенность состояния с полны моментом л и связанную с ней суммарную интенсивное*! излучения. Моменты высших рангов (к>3) являются "скрытыми" непосредственно в дкпольиой флуореецзкцш не проявляются Однако, как показано в §20 настоящей диссертации, они могу оказывать косвенное влияние на столкновителънун релаксацию проявляющееся в "биениях поляризаций".

Столкновитзльное изменение ГО/ задается матрице постоянных скоростей процессов столкновительной релаксации

(Л 4

' Ъ" I <л'ао5: а; )>р'чс- У . 3[ ) (2 )

Элементы матрицы <уо> вычислялись в приближении метод прицельного параметра, прямолинейных траекторий и замен реального взаимодействия сталкивающихся атомов ег

дальнодействуюицей частью v; \ 1/¡T. элементы матрицы рассеяни.:, необходимые для этого, вычислялись с помощью численного интегрирования соответствующих систем дифференциальных уравнений. В конце этой главы подробно рассматривается дадькодействукшая часть взаимодействия возоузденной частицы с частицей в основном состоянии.

Во второй главе диссертации рассматривается столкновительная релаксация ПМ в пучках: противоположно направленных монокинетических (предельно анизотропные столкновения) и скраденных эффузионкых. В силу аксиальной сюал&трии столкновительного процесса з противоположно направленных пучках, матрица постоянных скоростей процессов столкновительной релаксации в этом случае дкагокальна по нижним индексам <vo*\>- ö . о" , т.е. разбивается на блоки, какдый из которых характеризуется определенным q. Тогда в пределах каждого блока предельно анизотропные столкновения "перемешивают" ПМ различных рангов, оставляя неизменным нижний индекс q. Поэтому в блоке с q=l совместно релаксируют р* и р*, что приводит к возможности столкновительного превращения выстраивания в ориентацию, и, следовательно, перехода линейной поляризации в круговую. Далее, как показано в работе, в силу того, что матрица

- lili ' t + k ' Vie '

зочений обладает свойством симметрии с^ = (-1) , в

Злоке с q=G под действием анизотропных столкновений совместно релаксируют ПМ с верхним индексом обладающим определенной четностью т.е. р°, р*. о*... и р*. р*, р*... .

Зовместнал релаксация ПМ •р° и р* приводит к возможности зтолкнсвительного порождения выстрзизания и появления звязанной с нам линейной поляризации флуоресценции. Юдчеркнем, что в отличие от "ударного" механизма порождения ?ыстраивания/'"3/\ требующего значительных относительных скоростей сталкивающихся частиц, предложенный в этой работе механизм имеет место при тепловых скоростях. В качестве гримера в рзооте рассмотрен процесс порождения выстраивания т уровне ¿=3/2 тонкого дублета при условии селективного

возбуждения уровня ¿=1/2. При этом считалось, что тонко< расщепление дублета невелико, что позволяет при расчет! элементов матрицы сечений с** пользоваться приближение! разрыва гонкой связи во время столкновения. Результат! представлены на рис. I, где приведена зависимость

заселенкостей уровней ¿=1/2 и 3=3/2 - соответствен» (п,= УгТи (¿)), и а3/,а- в.ыстроенности состояния ¿=з/:

от безразмерного тгараметра и, пропорционального давлению примесного газа, Мз рисунка видно, что в отсутствии столкновений (и=о) заселенность и выстраивание на уровне ¿=3/2 отсутствуют, а заселенность на непосредственно заселяемом светом уровне ¿=1/2 максимальна ' (п4^г=1). С ростом давления примесного газа (параметра и) уровень ¿=1/2 опустошается, а на уровне ¿=3/2 появляются заселенность и выстраивание, причем последнее сначала растет, а потом убывает, Причин а такой зависимости заключается в конкуренции двух процессов: возрастания эффективности порож-. декия выстраивания с рост о м

0 5

Рис.1.Зависимость засэ ленностей уровней з.-г к Быстрсенности соото я ния р!.'* о т без размерного параметра м пропорциональному давлению примесного газа.

давления примесного газа и убывания этой эффективности з

счет деполяризации.

В виду того, что предложенный механизм запрещав

порождение выстраивания на изолированном уровне, в работе

помощью 'численного интегрирования уравнений метод

прицельного параметра в модели прямолинейных траекторий

степенной зависимости закона взаимодействия .-сталкиваюиихс

атомов от межьядеркого расстояния, рассчитаны элементы матрицы сечений предельно анизотропной столкновителькой релаксации для возбужденных состояний частиц с 3=3/2 и 2. С иомсаью этих сечений рассмотрен процесс сюлкнозительного перехода выстраивания б ориентацию на изолированном уровне с ¿=3/2. При этом оказалось, что характер зависимости сигнала ориентации от давления примесного газа аналогичен этой зависимости для сигнала выстраивания (см. рис. I): "с возрастанием давления примесного газа этот сигнал сначала растет, а потом убывает, что объясняется конкуренцией троцессоз перехода выстраивания б ориентацию и деполяризации.

В заключение этой ' главы рассмотрена столкноЕИтельная релаксация ПМ в скрещенных эффузионных пучках, когда ;толкновительккй процесс не обладает аксиальной симметрией и матрица постоянных скоростей столкновительной рлаксации не кагонзльна по нижним индексам. В работе рассмотрена как зависимость постоянных скоросей пороздення продольного застраивания от параметров задачи: температур, масс частиц в тучках и углов пересечения этих пучков, так и зависимость от этих параметров сигнала ориентации, получаемого з результате терехода продольного выстраивания в наклонную ориентацию. Усматриваемый процесс является следствием низкой симметрии задачи и исчезает в сооснкх пучках.

В третьей главе рассматривается стэлкновительная релаксация ПМ з том случае, когда вектор относительных жоростей системы "возбужденная частица- частица в основном состоянии" имеет постоянную составляющую вдоль одной из соординатных осей. Такая ситуация имеет место з газовом зазряде низкого давления, где возбужденные иокы "дрейфуют" :реди атомов того ;ке сорта, или возбуаденна е атомн 'обдуваются" потоком дрейфующих ионов, а также при попадании иЗфузионного пучка в объем атомов с хаотически ^определенными скоростями. 3 приближении метода прицельного гэраметра, прямолинейных траекторий и степенной зависимости

энергии взаимодействия от мексьядерного расстояния wm/r", в этой главе получено выражение для матрицы постоянных скоростей процессов столкковктельной релаксации, которая, в силу аксиальной симметрии столкновитэльного процесса, диагональна по нижним индексам.

ß ] (з)

где f=(n-3)/(n-i), F^t.X)- функция, связанная с fL (v Д) -1-ым коэффициентом разложения вектора относительных скоростей по полиномам Лекандра

а

J*11*-Г V?+2 f.(v,>) dv (4)

21+1 oJ

Параметр fe^/i. , где vQ- скорость дрейфа конов, а v= у(а+р)/ар,?де а=та/2Из, р=шь/2кТъ (здесь и ниже индекса "а" и "Ъ" относятся соответственно к возбужденной и невозбужденной частице), характеризует анизотропию распределения вектора относительных скоростей. При Х-,0 i\ (5 , т.е. распределение вектора относительных скоростей сферически симметрично. В противоположном случае

А.*« ?, и постоянные' скоростей процессов

столкновктельной релаксации сводятся к этим величинам для случая предельно анизотропных столкновений с относительной скоростью vc.

Из соотношения (3) следует, что постоянные скоростей порождения выстраивания и перехода выстраивания в ориентацию определяются толке функцией Рг(

<%<>>= V Р2(5Д)

002 (Д)

<vO^>= v сг' Ра(£Д) Т.е. процессы столкнсвительного порождения выстраивания : перехода выстраивания б ориентацию в конечном итоге определяются квадрупольным моментом функции распределения вектора относительных скоростей. Аналогичная ситуация была списана в/о/, где было показано, что процесс ударного

тороздения выстраивания также определяется квадрупольным «ментом электронной функции распределения.

Далее, на пригаре столкновитэльной релаксации аР зостояния в плазме гвзсеого разряда исследована зависимость зыстроенности состояния ¿=3/2 от параметра X и параметра £=N^/11^, характеризующего эффективность заселения гровней ¿=1/2 и ¿=3/2. В работе показано, что при проч^их фиксированных параметрах, выстроенность состояния ¿=3/2 кастет с увеличением X, а при фиксированном К с изменением гараметра х от бесконечности (К1а,г=1 гК3^я=о) до нуля (N^,=0;

!ЗУг-1) выстроенность состояния2Рэ^гмонотонно убывает и »бращает знак при х=0.5. т.е. когда заселение происходит гропорционально статистическим весам уровней.

Выше указывалось, что в силу аксиальной симметрии :толкновительксго процесса в плазме газового разряда переход гродольного выстракзания в наклонную ориентацию запрещен. )днеко, если каким-либо механизмом не связанным с дрейфом юнов, навести выстраивание, наклоненное к оси анизотропии год углом в 1С/4, то за счет совместной релаксации ПМ р* (к= ,2,з>...2 ^) возможно получение возбужденных состояний :астиц, ориентированных перпендикулярно оси дрейфа. В !аботе, при различных значениях параметра анизотропии X, :сследуются эффективности перехода выстраивания в ориентацию ;ак в присутствии так и в отсутствии сверхтонкой структуры СТС). При этом оказалось, что наличие СТС приводит к замедлению" процессов столкновительной релаксации: в случае рямой флуоресценции эффективность перехода выстраивания в риентацию монотонно убывает с ростом ядерного спина, тогда ак в случае сенсибилизированной флуоресценции эта онотонная зависимость может нарушаться.

Далее в диссертации приводится экспериметнгальное одтьерждение гипотезы о возможности столкновительного ороадения выстраивания при тепловых скоростях. В полом этоде, с осью которого связана ось х, содержащим азообразшй аргон измерялся сигнал выстраивания (1Х-Гг) и

гп

величина (1^+1^), в основном определяющая заселенность возбужденного состояния. При этом оказалось, что максимум сигнала выстраивания не совпадает с максимумом сигнала заселенности (см. рис. 2). Последний находится в области отрицательного свечения, где плотность быстрых электронов максимальна. Сигнал выстраивания максимален в области прикатодкого темного пространства, следовательно, электронный удар не является причиной н^блздземого выстраивания. Кроме того, сравнение величин сигналов выстраивания ярких атомных линий и - слабых ионных показзло, что сигнал выстраивания возбужденных ионов, которые интенсивно "обдуваются" потоком нейтральных атомов, на порядок больше аналогичного сигнала для возбук-денкнх атомов. Все это позволяет утверждать, что наблюденное выстраивание действительно опреде-яется дрейфом ионов.

Далее в работе предлагается метод бесконтактного определения скорости дрейфа ионов в плазме газового разряда, основанной на том, что ьелгшгэ азх2/(п^г+о.5пз^г), которая является функцией параметра анизотропии может быть

выражена через (1,-1^)-величину сигнала выстраивания уровня ¿=3/2 и величины (1+3./2) и (1+1/2) пропорциональные

о 1 а 2> Ягь

Риз.2. Радиальная зависимость сигнала выстрак вааия и суммарной интен сивност;; иона агЕ.

соответственно заселекностям уровней ¿=1/2 и ¿=3/2.

(X +1 /2)

<3.(1 ■+1 уг).

где числа Qt и (^зависят от рассматриваемого перехода. Еак как левая часть последней формулы функция параметра к, 'а правая часть зависит от давления примесного газа, то формула (S) устанавливает зависимость параметра анизотропии Я „я,, следовательно, скорости дрейфа ионов от давления.. Определенная таким образом скорость дрейфа ионов Аг! по

переходам 4р р

4s '9 И 4d - 4р "D

приведена

в таблице. Заметь, что убивание скорости дрейфа ионов -с возрастанием дазления физически понятно, ибо с ростом

Таблзпца 1. Скорости дрейфа ионов-в аргоновой плазме газового разряда . В пе-рвой колонке приведена скорости дрейфа, измеренные ло

переходу *ргг ***** во второй но переходу * *.г>г»

Давление в тор. Скорость дрейфа доков в ю^ем^сек.

О. 02 г. гг г. лэ

0 . 04 2. ОЗ 2. ЭЗ

о. ое 1. о1 2. ЗО

о. оо i. аз г. г?

0. i t. ю г. оо

О. 1Z L . ?0 i. а о

давления возрастает частота столкновений. Заметим, что учет зависимости скорости дрейфа ионов от давления приводит к тому, это зависимость вели- -ИНН -ПОЯЮфЮШ

сигнала Хандэ от давления р становится яелинекной даже при малых давлениях. В работе приводятся графини функции для двух времен жизни возбужденного

состояния иона АгИ: известного из литературы и полученного экстраполяцией экспериментальной зависимости полуширины зигнала Ханле от дазления к нулевому давлению. Последняя сривал хорошо согласуется с экспериментом.

& заключении этой главы при различных значениях тараметра анизотропии рассматривалась временная ззеисимость :игнала выстраивания ансамбля атомов, возбужденного одиночным импульсом в состояние с ¿=3/2 .В этом случае гулевая компонента тензора выстраивания релаксирувт ^зависимо р*(1;)=р*(0)ехр(-по<7с£г (МП), а ЛМ р*Ш

'зацепляется" с ПМ р\{%), причем в силу неэрмитовости 1атриш, описывающей совместную столкно&ительнув релаксацию

двух последних моментов, при некоторых значениях параметра анизотропии временная зависимость ПМ р*(Ю монет иметь вис затухающие осциллаций. Эта осцилляции должны проявляться вс временной зависимости сигнала выстраивания, который

выражается линейно через р'ш и р* С1;).

В четвертой и последней главе диссертации рассматривается релаксация ГШ в том случае, когда анизотропия распределештя вектора откосктельн ых скоростей создается одномодовым лазером, который возбуждает лишь те атомы, проекция скорости которых к& направлен!® лазерного луча связана с частоте.;; лазера V соотношением

о (7)

V

о

где го- частота рассматриваемого перехода. Так как при таком способе возбуждения столкновителышй процесс обладает аксиальной симметрией, постоянные скоростей процессов столкновителькой релаксации ПМ определяются выражением (3), в котором Функцию г^?,*,) слезет заменять на функцию

(С,"Л), таюкз определяемую 1-м моментом разложения функции распределения вектора относительных скоростей по полиномам Лежгндра и зависящую от двух параметров и

т]=р/(а+р). Первый из этих параметров определяет анизотропию распределения вектора относителькоых скоростей: Значению С=о соответствует "блинообразное распределение", значению £=<»-"сигарообразное". Второй параметр определяет дисперсию вектора относительных скоростей. При 1>о (а»(3), когда относительная скорость в основном определяется невозбужденными атомами, дисперсия вектора относительных скоростей по трем осям одинакова и равна величине, характерной для Максвелловского распределения. 8 случае т]-, 1 (Р»а), когда относительная скорость в основном определяется возбужденными атомами, дисперсия по оси и, совпадающей с направлением лазерного луча, отсутствует, а по двум другим осям имеется дисперсия, аналогичная случаи т).»о.

Далее, при монохроматическом возбуждении для постоянных скоростей; порсзденая выстраивания и перехода отстраивания в ориентацию нетрудно получить Енракеняя, аналогичные выражениям (5), в которых функцию Рг(?,А) следует заменить на з^'(С.т))- Отсюда следует, что оба эти процесса при монохроматическом возбуждении также определяются квадруполънют моментом функции распределения вектора относительных скоростей. Как это следует из явного выражения для при эта функция отрицательна, в

противоположном случае больших С ска положительно. Следовательно, существует значение С=С0< при котором (С.'П )=о. При таком значении параметра анизотропия исчезают процессы, характерные для анизотропной столшовйтвлькой релаксации: переход выстраивания в ориентацию , порождение выстраивания и различив в скоростях процессов релаксации различных компонент вектора ориентации, т.е. анизотропная столкновительная релаксация переходит в квазикзотропную. Наличие точки квазиизотропии физически понятно: при изменении распределения вектора относительных скоростей от "блинообразного" (СО) до "сигарообразного" (С=«>) должно существовать такое значение параметре С=Са, при котором распределение вектора относительных скоростей близко к сферически симметричному.

Далее в работе рассмотрена зависимость сигнала выстраивания от параметра анизотропии и, следовательно, в силу соотношения (6), от. расстройки лазерной частоты (отклонения частоты лазера эт центра догогяеровского контура), в случаях перекрывающихся и не перекрывающихся допплеровских контуров. Так, в первом случае (дсгсплеровсхие контура не перекрываются) сигнал выстраивания имеет максимум при нулевой расстройке, далее он убывает с ростом расстройки, обращает знак в точке квазиизотропии и несколько левее этой точки имеет минимум, появление которого объясняется убиванием числа возбузденшх атомов с ростом расстройки лазерной частоте (или параметра С). Случай

перекрывающихся допшкровских контуров рассмотрен на пример« столкновительной релаксации э*Р4 дублета атома натрия при селективном возбуждении его 3*р. ,„ состояния. Гак ядерный спин атома"ма 1=>3/2, этого атома 3*а. так и

1/»

то как

как

основное состояние возбужденное згР,

ЭгР.

-- -- первое расщепляются на два уровня СТО с полшши моментами Р=1 и Поэтому при возбуждении в атоме На перехода з2Б1 светом одномодового лазера возникнут перехода между "

уровнями СТС основного и первого возбужденного сос-тояная»гв«1чВ'«1! ро=1-»р=2;

Р0=2-»Р=2» ЧТО приводит к тому, что все возсувдешые атомы разделятся на четыре группы, кавдая из которых характеризуется своей проекцией скорости на направление лазерного луча и, следовательно, своим параметром анизотропии С. Имея в виду сказанное выше, в работе определялся сигнал выстра иванля о? каждой группы атомов. Результирующий сигнал выстраивания, который вычислялся как сумма сигналов от каждой группы, представлен на рис. 3 жирной линией, тогда как сигналы от каждой группы- пунктирными .линиями. Из рисунка видно, что результирующий сигнал выстраивания не имеет точек

/ / У / / // /{ А / 1 / 1 * \ > 1 1 \ 1 V к , \ л \ 1 \ 1 -0.1» \ \

/ ( / 1 к 1 \

/ / / / / / / » . о.г \ \ \ 1 \ V \ V \ с

"— \ \ * ** СМ"'

•«д 1 \

сигнала соото-

Рис.З. Зависимость выстраивания э г якия атома натрия (сплошная линия) от расстройки лазерной чаототы. Пунктирные линии описаывют сигналы выстраивания от каждой группы атомов.

квазиизотропии и его ширина составляет 0.028 см , что

/с/

хороио согласуется с результатами эксперимента' . В последних параграфах этой главы подробно рассмотрен процесс

перехода выстраивания в ориентацию на уровне 2pt (Зр[|1,) для атомов неона в естественной смеси изотопов. Необходимость детального рассмотрения этого процесоа обусловлена тем, что при вычислении эффективности п^ехода выстраивания в ориентацию нь уровне ¿»г, выполненной в работах^10'11'', не вполе корректно использовалась сечения предельно анизотропной столкновитвльной релаксации состояния о ¿=1. Поэтому в последнем параграфе четвертой главы рассматривается зависимость эффективности перехода выстраивания в ориентацию от величины электронного момента

В диссертации показано, что согласив теории и эксперимента, полученное в работах''*0,носит случайный характер: в интервала давлений, используемых в цитируемой работе, значения эффективяостей перехода выстраивания в ориентацию для состояний с з=»1 и ¿«а близки, 0 возрастанием давления различие мекду эффективностями перехода для этих значений момента увеличивается.

В последнем параграфе четвертой главы с помощью сечений процессов предельно анизотропной отолкновительной релаксации состояний с ¿=г, рассчитанных в диссертации, полученз зависимость эффективности перехода выстраивания в ориентации на Зр[|]а уровне для естественной смеси изотопов атомов неона. Полученные результаты хорошо согласуются с экспериментом,

Основные научные результаты, Еяляченныа в диссертацию, опубликованы в следующих работах!

1. А.Г.Петрашень, В.Н.Ребане, Т.К.Ребане. "Выотраивание компонент мультилетов атомных уровней при столкновениях'*. Эпткка и спектроскопия (1983), т.55, в.5, стр. 819-824.

2. А.Г.Петрашень, В.Н.РеСане, Т.К.Ребане. "Поляризационные явления в плазма, обусловленные дрейфом ионов". Журнал экспериментальной и теоретической физики (1984), т.87, в.1, стр. 147-160.

3. А.Г.Петрашень, В.Н,Реваке, Т.К.Ребане. "выстраивание зтомных состояний при столкновении с медленными заряженными

частицами". Оптика и спектроскопия (1984), т.57, в.2, стр. 200-206.

3. А.Г.Петрашень, В.Н.Ребане, Т.К.РеОаче. "Ориентация атомных состояний при медленных анизотропных столкновениях с ионами в слабом магнитном поле". Оптика и спектроскопия (1983), Т.55, в.5, стр. 819-324.

5. А.Г.Петрашень, В.Н.Ребане, Т.К.Ребане. "Самовыстраивание возбужденных атомов а газовом разряде под действием дрейфа ионое". Оптика и спектроскопия (1985), т.53, в.1, стр. 37-42.

6. А.Г.Петрашень, В.Н.Ребане», Т.К.РеСане. "Самовыстрзивание ионов в газовом разряде под действием их собственного дрейфа". Оптика к спектроскопия (1985), т.58, в. 4, сгр. 785-789.

7. А.Г.Петрашень, В.К.РеОане, Т.К.Ребане. "Влияние сверхтонкой структуры на столкновительное превращение выстраиваняя в ориентации". Оптика и спектроскопия (1986), т.60, в.1, стр. 25-29

в.А.Г.Петрамень, В.Н.Реогне, Т.К.Ребане. "Переход анизотропной столкновительной релаксации в квазкизотропнуи при селективном всгбуетекии доцплёровского контура". Оптика и спектроскопия (1956), "r.si, в.2, стр. 214-219 9. А.Г.Петрашень, В.Н.Ребане, Т.К.Ребане. "Столкиовйтблъное порождение выстраивания на уровнях сверхтонкой структуры атома при монохроматическом возбуждении". Оптика и .спектроскопия (1983), T.S2, в.1, стр. 207-212. Ю. 5.A.Kasantsev, N.C.Polezhasva, A.G.Petrashen, V.N.Rebane, Т.К. Rebane. "Drift selfaligrmient. of ions in plasma". - 19th Eoropean Group for Atomic Spectroscopy Conference. Abstracts v.11E, р.оЗ-12. Dublin 1987.

11. О.А.Казанцев, Н.Г.Полежаева, А.Г.Петрашень, В.Н.Ребане, Т.К.Ребане. "ДрейфоЕое самонастраивание ионов в плазме". Письма в F3T$ (1987), т.45, в.1, стр. 15-17.

12. С.А. Казанцев,' К.Г.Полежаева, А.Г.Петрашень, В.Н.Ребане "Определение констант скорости столкновительного порождения и разрушения выстраивания и скорости дрейфа ионов в

зкотемпературной плазме методом поляризационной зктроскотш". Оптика и спектроскопия (1989), т.66, в.6, тр. 530-536.

. А.Г.Петрашень, В.Н.Ребане, Т.К.РеОане. "Релаксация ляризационных моментов атомных состояний ¿=3/2,2 под йствием анизотропных столкновений". Оптика и спектроскопия 989), т.67, в.1, стр. 6-1I.

. А.Г.Петрашень, В.Н.Ребане, Т.К.РеОане. "Столкновительное страивание 32Рэ^г состояния атома натрия при селективном збувденш ЗгР,^г уровня монохроматическим светом". Оптика спектроскопия (1988), т.65, в.4, стр. 8II-8I7.

S.A.Kazantsev, N.G. Polezhaeva, A.G.Petrashen, N.Rebane, T.K.Rebane. "Collision alignement induotion, struction and population mixing ratre constants for narrow blets of exited ions resulting from collision under ion ift". 16th International conference on the physics of ectronic and atomic collisions. Abstracts p.521, XVI PEAС New-York 1989.

А.Г.Петрашень, В.Н.Ребане, Т.К.Ребане. "Переходные эцесси взаимопревращения поляризационных моментов зличвдх рангов при анизотропных атомных и ионных элкновениях". Второй Всесоюзный семинар по оптической иентацш атомов и молекул. Ленинград 1989, стр. 155-156. . С.А. Казанцев, Н.Г. Полежаева, А.Г.Петрашень, В.Н.Ребане, К.Ребане. "Влияние больцмановского фактора на дрейфовое моЕистраивание ионов в плазме". Оптика и спектроскопия Э90), т.68, в.4, стр. 932-935..

. С.А. Казанцев, Н.Г. Полежаева, А.Г.Петрашень, В.Н.Ребане, эляризационная спектроскопия ионной компоненты плазмы", гика и спектроскопия (1990), т.68, в.6, стр. I26Q-I264. . S.A.Kazantsev, A.G.Petrashen, V.M.Rebane, T.K.Hebane. Dectropolarimetric effects caused by drift selfalignement

magnetic field". 22nd European Group for Atomic sctrosccpy Conference. Abstracts v.2, p.468-438. Uppsala

50.

20, А.Г. Потрешаиь "Выстраивание в эФХувионных пучках". ОПТНКа И сдантрОСКСПЙЯ (IS9I), Т. 70, В.2, 273-276.

21. А,Г, Лвтраиень "Порождение и разрушение когерентности еФЕузиоюшм пучком", оптика и спектроскопия (1991), т.7о, В.З, 617-Б20.

Литература.

I, Чайка М.П. "Интерференция вырожденных атомных состояний" ЛГУ, 1976, с.193.

г. Eheöfter D. Phys. gorlpt. (1990), v.43, n.1, p.50-51.

3. Казанцев O.A. УФН (1383),T.39,в.4,c.621-647.

4. Ohatan H. Y, Uoth, Not.Roy, Astronom. Soc. (1929), v.89, (479-434).

5. Elbel Ы,.HUhnerman H, Meier Т., Schneider И,В. Ъ. Phye. (1975), А275, п.2» р,339-346.

6. Казанцев С.А.. Полеяаева Н.Т., Петрашзнь А.Г.,Ребане В.К. СПТИКа И спектр. (1989), т.66, 3.3, с.530-535.

7.РеСане В.Н. опгакз и спектр. (1968),т.24,в.з,с.309-315.

8. Lombardi К. Compt. Rend. H967),v.265,n.1,р. 191-194. 9.0hamoun £. .Lombardi M.,Carre M.,Gaillard K.L. J. de Phye. (1977), v.38, tt.6, p.581 -598.

10. Manabe Т., Yabuzalci Т., Ogawa T. Phys.Rev.Lett. (1981), v.46, 11.10, p.637-640.

II. Kanaba Т., Yabuzaki Т., Ogawa T. Phys.Rev. (1979), v.20/ n.5, ß. 1946-1957.

12. Петрашень А.Г., Ребане В.Н.,Ребане Т.К. Оптика и спектр. (1983),Т.55,В.5,С.819-824.