Возбуждение атомов Mg, Ca, Sr и Tl из метастабильных состояний электронным ударом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

РГ6 у;Й"Дродский государственный университет

2 О СЕН вез

На правах рукописи УДК 539.186.2

СНЕГУРСКАЯ ТАТЬЯНА АНАТОЛЬЕВНА

ВОЗБУЖДЕНИЕ АТОМОВ М& Са, Бг и Т1 ИЗ МЕТАСТАБИЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ЭЛЕКТРОННЫМ УДАРОМ

Специальность 01.04.04. - физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ужгород - 1993

Работа выполнена на кафедре квантовой электроники Ужгородского государственного университета °

Научный руководитель -

кандидат физико-математических наук, ст.н.остр. ШАФРАНЬОШ И.И.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук ИМРЕ А.И.

(г.Укгород,Институт электронной физики АН Украины )

кандидат физико-математических наук МИТЮРЕВА A.A. ' 1

(г.Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский госуниверситет)

Ведущая организация:

Латвийский государственный университет г.Рига

Запита состоится "{6 1993 г. в Щ час. на заведении

специализированного совета К 068.07.02 по физико-математическим наукам в Укгородском госуниверситете (ауд.181) (г.Ужгород,' ул. Волошина, 54)

С диссертацией ыояно ознакомиться в научной библиотеке Ужгородакого госуниверситета (ул.Кремлевская, 9)

Автореферат разослан

«3

1993 г:

Учений 'секретарь специализированного са&ета^ öaanop ф.-л. тук, праф

БЛЕЦКАН Д.И.

ОЗДАЯ характеристика работы

Актуальность темы. Стремительное развитие новых технологаЗ, в тсч' числе плазменных, а также возрастание роли лазерных устройств во многих отраслях науки и техники, диктуют и новые требования к уровню понимания физических основ процессов, протекающих з низкотемпературной плазме. Все больший интерес представляет собой элементарные процессы столкновений с участием электроннно-возбуз-денных частиц, поскольку именно взаимодействия такого, рода определяют энергетический баланс различных плазменных устройств, влияет за макроскопические свойства газовых и плазменных сред. Понимание механизма протекания подобных процессов в значительной степени способствует углублению фундаментальных представлений о свойствах атомных систем и их строении.

В широком класса электронно-возбужденных, частиц (атомов и молекул) особое место принадлежит метастабтаыьм образованиям, характеризующимся большими (в ряде случаев превышающими Ю~3с) временэда жизни л позволяющим существенно снизить, потенциальный барьер реакций с их участием. Значительный интерес вызывают, процессы ионизации и возбуждения возбузденной частицы электронами, которые получили в литоратурэ название ступенчатых. Исследование их особенностей, и определение таких фундаментальных параметров процесса, как сечение столкновения,составляет самостоятельное направление современней физики столкновений.

К настоящему времени в литературе отсутствуют систематические данные (как экспериментальные, так и теоретические) по исследованию ступенчатого возбуждения (СВ) атомов (или молекул) электронами. Это, в первую очередь, связано, с большая трудностями, которыми сопровождаются исследования с возбужденными мишенями. Концентрации возбунденшх (метастабильных) частиц, как правило, весьма невелики, при этом полезный сигнал, несмотря на значительные величины сечений ступенчатого возбуздения (на порядки превышающие сечения возбуждения из'основного состояния), оказывается крайне малым, что затрудняет его надежную регистрацию. И, наконец, сложность определения концентраций возбужденных мишеней довершает общуи картину проблемы.

Цель диссертационной работы состояла в проведении детальных исследований процессов возбуждения из метастабильных состояний атомов Са, Бг и Т1 электронным ударом. 3 ходе выполнения работы были решены следующие задачи:

-усовершенствованы методика и аппаратура для измерений сеченпй зсз-

Суждения спектральных линий из метастабильных состояний электронами;

- разработан и создан источник пучка метастабильшх атомов шрокого класса химических элементов;

- определены абсолютные величины сечений возбуждения атомов Са, Бг и Т1 из метастабильных состояний электронами и измерены их энергетические зависимости;

- установлены основные закономерности м механизмы взаимодействия возбужденных, атомов с електронами.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что

впервые :

- проведены исследования возбуждения атомов Са, Бг и Т1 из метастабильных состояний електронами, в результате которых определены абсолютные эффективные сечения етих процессов и их энергетические зависимости;

- установлено, что сечения возбуждения спектральных линий из возбужденных состояний для этих атомов на порядки величин превышают сечения возбуждения из основных состояний;

- обнаружено отличие энергетических зависимостей ступенчатого возбуждения от энергетических зависимостей прямого возбуждения для этих атомов; показано влияние спинового и орбитального моментов начальных состояний на ход энергетической зависимости, сечения. ступенчатого возбуждения;

- на припороговых участках энергетических зависимостей сечений возбуждения обнаружена структура, происхождение которой связывается с образованием и распадом возбужденных короткоживущих состояний отрицательного иона соответствующего элемента;

- предложен оригинальный способ получения пучков метастабильных атомов шрокого класоа химических элементов.

Научная и практическая ценность полученных результатов.Изложенные в диссертации результаты носят, в первую очередь, фундаментальный характер, углубляя представления о свойствах атомных систем и неупругих взаимодействиях электронов с возбужденными атомами.

Изложенная методика может быть применена для исследования других атомных систем. Предложенный универсальный способ получения пучков метастабильных частиц можно использовать для исследования шрокого круга как атомных, так и молекулярных объектов.

. Кроме того, результаты диссертационной работы представляют и прикладной интерес:

- при анализе механизма енергообыена в низкотемпературной плазме;

- при расчете и конструировании лазерных устройств;

- для моделирования процессоз в планетарных атмосферах, з химии а физике планет, в кометной астрофизике.

На защиту зыносятся следующие основные положения:

- экспериментальная установка и методика определения сечений возбувдения атомов Са, Бг и из метастабильных состояний электронами и их энергетических зависимостей;

- способ получения пучка метастабильных частиц;

- результаты измерений энергетических зависимостей сечений возбуждения атомов М®, Са, Бг и И из метастабильных состояний электронами;

- абсолютные сечения •возбуждения атомов Са, 5г и Т1 электронным ударом из метастабильных состояний;

- основные закономерности и механизмы взаимодействия электронов с метастабильными атомами.

Работа выполнена в отделе электронных процессов Проблемной научно-исследовательской лаборатории физической электроники Ужгородского госуниверситета.

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось на XVI, XVII Международных конференциях по физике электронных и атомных столкновений (Нью-Йорк, 1989г.; Брисбен, 1991г.), на IX, X, XI Всесоюзных конференциях по физике электронных и атомных столкновений (Рига,-1584г.; Ужгород, 1988г.; Чебоксары, 1991) ,на I и П семинарах по атомной спектроскопии (Ростов-Великий, 1990;Суздаль,. 1991г.), на 17 Европейской конференции по атомной и молекулярной физике (Рига,1992г.)

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 работах, список которых приводится в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на 137 страницах, включая 44 рисунка, 9 таблиц и список литературы из 101 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель исследований и новизна полученных результатов, приведены основные положения, зъдаосштее на защиту. Показана научная :: практическая ценность полученных результатов.

В первой главе дан обзор экспериментальных метсдсз иеследсзз-

ш ступенчатого возбуждения атомов, приведены и проанализированы . результаты исследования возбуждения атомов влектронным ударом из возбужденных состояний. Отмечено, что в литературе отсутствуют данные по возбуждению атомов Са, Бг и. Т1 из метастабильных состояний электронами (за исключением некоторых сведений по атому Бг [ 1]). Имеющиеся сведения по ступенчатому возбуждению атомов получены, в основном, из газоразрядных исследований и посвящены инертным газам. Даже по таким классическим объектам, как атомы инертных газов, наблюдается*существенная расходимость между эксперименталь-ещ£и и теоретическими результатами. Это указывает на актуальность исследований ступенчатого возбуждения атомоЕ влектронным ударом.

Во второй главе описана экспериментальная установка и ее основные узлы, приведены методики экспериментальных исследований, определения концентрации нормальных и метастабильных атомов и абсолютных сечений ступенчатого возбуждения.

Исследования процессов ступенчатого возбуждения атомов металлов из метастабильных состояний были выполнены оптическим методом в условиях пересекающихся атомного и электронного пучков. Измерения проводились на современной оригинальной экспериментальной установке, основными узлами которой являются: камера столкновений, источники электронных пучков,' источники атомных пучков и система регистрации излучения.

В качестве источников электронных пучков нами использовались пятивлектродная электронная пушка и цилиндрический ыонохроматор электронов с электростатической фокусировкой я углом поворота 90°.

Калибровка шкалы энергий электронных пучков велась по порогам возбуждения наиболее интенсивных линий в спектрах соответствующих атомов с точностью -0,1эВ для монохроматора и -0,3 еВ для электронной пушки. '

В данной работе для получения пучка метастабильных частиц использовался разрядный метод.Вначале с помощью источника вффузион-еого типа .создавался пучок исследуемых атомов, в основном состоянии концентрацией порядка п,1012ат-см"3.Затем пучок атомов в основном состоянии пропускался через разрядную камеру, в которой часть атомов при взаимодействии с электронами переходила в возбужденные состояния. Короткоживушие возбужденные состояния распадались излучательнс практически в месте образования, а ионы, ' образующиеся в разряде, убирались на выходе электростатическим конденсатором. Таким образом, атомный пучок, прошедший разрядную область, содержал

атома в основном и метастабильных состояниях. Изложенным споеобс?д были получены пучки метастабильных атомов Са, Sr и Т1, обладающие низким потенциалом ионизации 6 вВ).

Для получения пучка метастабильных атомов с высоким потенциалом ионизации (например, атома Mg) нами ■ был предложен „способ, основанный на введении в разрядную область дополнительного пучка атомов с низким потенциалом ионизации (до 6 эВ). Источник дополнительного атомного пучкз состоял из нагреваемого тигля с веществом (в нашем случае - Na), паропровода и эффузионной щели. Последняя конструктивно совмещена с анодом разрядной камеры. Введение дополнительного атомного пучка имело целью создание и поддержание стабильного разряда на пути следования пучка нормальных атомов исследуемого элемента.

Данный способ получения пучка метастабильных частиц с высоким потенциалом ионизации обладает новизной и признан изобретением.

Излучение спектральных линий из области столкновения выводилось через кварцевые окна перпендикулярно направлениям электронного и атомного пучков и проецировалось на входную щель монохроматора. Монохроыатором слухил светосильный диффр'акционный прибор МДР-2 с обратной линейной дисперсией, равной 2нм/мм в области длин волн 200-650 нм и 4нм/мм в области 500-1250 нм.Выделенное монохроматором излучение детектировалось фотоэлектронным умножителем ФЭУ-Юб (Х200 - 800 нм) или ФЭУ-1Н (Х200 - 350 нм).

В исследованиях применялась высокочувствительная система реги- . страции световых потоков, работающая, в режиме счета отдельных фотоэлектронов. Для выделения полезного сигнала применялась модуляция электронного пучка.

' Методика проведения экспериментальна исследований ступенчатого возбуждения атомов big, Са, Sr и Ф1 электронами содержала общие подходы для всех названных атсмов и состояла из трех последовательных этапов:

- подбор оптимальных условий эксперимента; запись и расшифровка оптических спектров ступенчатого возбуждения;

- измерение энергетических зависимостей сечений ступекчзтого возбуждьния атомов Mg,Ca,Sr и Т1 электронам:!;

- измерение концентрации метастабильных атомов и определение абсолютных величин сечений ступенчатого возбуждения.

Условия проведения экспериментов по ступенчатому зозОуткд :-н:!:о для всех щелочноземельных атомов и атома таллия были практике

одинаковы. Концентрации метастабильных атомов в области взаимодействия с пучком электронов составляли (2-7)•10®см"? Электронные пучки формировались пятиелектродной электронной пушкой и електронныы монохроматором, токи которых составляли ~20мкА и ~1мкА, соответственно, при энергетической неоднородности 0,6эВ (для пушки) и 0,2еВ (для монохроматора). Абсолютные эффективные сечения возбуждения спектральных линий определялись при одновременном измерении величин концентраций метастабильных атомов и абсолютных интенсизностей излучения. Энергетические зависимости сечений возбуждения измерялись в диапазоне энергий электронов от порога процесса до ЗОэВ.

Абсолютные эффективные сечения возбуждения спектральных переходов исследуемых атомов из, метастабильных состояний определялись путем сравнения с абсолютными сечениями возбуждения реперных спектральных линий атома гелия, которые измерены с высокой точностью [2], по формуле:

О* М ) N К(\ ) \

_ ___Н_п£__

где J(\ ) и J(l„ ) - относительные интенсивности спектральных

яв Не

линий исследуемого атома и атома гелия, соответственно; Г и И1^ -концентрации атомов в метастабильных состояниях и атомов .гелия, соответственно; К(\ ) и К(1„ ) - спектральная чувствительность

по Не

спектрофотрметрической установки на длинах волн Хпв и ХНв.

В качестве эталонных источников непрерывного спектра применялись лампы - СИ8-200 (для области спетра Зб0-800нм) и ВСФУ-3 (для области спектра 200-400нм).

Концентрации атомов в основном (№) и метастабильных ) состояниях определялась абсорбционным методом, который основан на явлении самопоглощения света непосредственно в излучающем источнике. Использовался один из вариантов этого метода- "метод одного зеркала" [33, модифицированный для работы с пучками атомов.

Для проверки корректности применяемой методики проводился ряд контрольных'опытов по измерению Функций возбуждения спектральных переходов исследуемых атомов из основных состояний. Получено хорошее согласие между измеренными и известными величинами.

Погрешность относительных измерений функций ступенчатого воз-букпения составляет ~Ь%, оценка общей величины относительной погрешности определения абсолютных величин сечений ступенчатого возбуждения (при Е=30 эВ) дает значение порядка 50%.

В третьей главе приводятся результаты исследований по возбуж-

дению атомов Mg, Са, Sr и Т1 из метастабильных состояний электронным ударом. Поскольку эти атомы обладают различными.спектроскопическими характеристиками, то в одном экспериментальном цикле появилась возможность выяснить общие закономерности ступенчатого возбуждения разных атомов, проследить динамику их возбуждения из метастабильных состояний, отличающихся полным моментом, мультиплетностью и орбитальным моментом, а также энергетическим расположением относительно основного состояния (от 0,97 эВ для Т1 до 2,72 эВ для Mg).

Результаты по абсолютным величинам сечений возбуждения спектральных переходов (СП) атомов Mg, Са, Sr и Т1 приведены в таблице.

Наибольшими сечениями возбуждения обладают первые члены резкой и диффузной серий для всех исследованных атомов, возбуждение которых идет с наименьшим изменением главного квантового числа. Сечения возбуждения 'этих переходов сравнимы по величине с сечениями возбуждения резонансных спектральных переходов соответствующих атомов из основных состояний. ' Вторые члены резкой и диффузной серии в сравнении с первыми имеют существенно меньшие сечения возбуждения. Спад сечений вдоль резкой и диффузной серий существенный и носит немонотонный характер. Наименьшими сечениями ступенчатого возбуждения обладают спектральные переходы с n3PJ- уровней.

Дается, также,сравнение абсолютных величин сечений ступенчатого возбуждения с сечениями возбуждения тех же СП из основного состояния (см. столбец Оз0/й°0 таблицы) при энергии 30 эВ. Из таблицы видно, что отношение упомянутых сечений возбуждения для одного и того же спектрального перехода превышает два порядка по величине. При этом отношение Q™0/Q°0 тлеет -наибольшее значение для первых членов серий,а в дальнейшем заметно падает и не.является постоянной вдоль серии. Это указывает на тенденцию более быстрого сериального спада сечений при ступенчатом возбуждении по сравнению с прямым возбуждением.

Из таблицы видно, что у атомов Mg, Са и Sr наряду с нормальными уровнями эффективно возбуждаются спектральные переходы и со смещенных 3Р- и 3D- уровней конфигураций ра, d2, dp. Абсолютные величины сечений возбуждения СП со смещенных уровней достигают значе-чений 6-10"16сма, что сравнимо с сечениями ступенчатого возбуждения СП с обычных уровней. Для спектральных переходов со смехе'иых

термов ""? и 3Б конфигураций р2, й2, dp величины отношений у

2 3 . J

оказались самыми большими. Для терма р Р^ это обусловлено тех фактом, что при возбузщешга из основного состояния он реализуется

0е

Таблица <..

и/и ПЕРЕХОД Х.ни Лва<-ЕеГ' Я517 ^

1 2 3 .4 5 6 7

Магний

1. ЗР3Р; - 4в3Б1 277,7-278,3

2. Зр3Р° - 5е3Б1 516,7-518,3

3. ЗрэР_, - 344 382,9-383,8

4. ЗР3Р, - 309,1-309,7

5. Зр3Р, - зр23р, 277,7-278,3

Кальций

1.4в4рэРа - • 4в5в3Б1 616,2

2.4в4р3Р, - • 4в5в3Б1 612,2

3.4в4р3Р* - • 4в5в3Б1 • 610,3

4.4в4р3?3 - • 4в7в3Б1 346,9-348,7

5.4в4р3Р_, - • 4в8в3Б1 326,9-328,6.

6.4в4р3Ра - - 4в4й3Б_1 445,5-445,7

7.4в4р3Р0>) -4в4(13Вл 442,5-443,6

8.4в4р3Р_/- - 4в5й3Бл 362,4-364,5

9.4в4р3Рл - - 4вба3Йл 334,5-336,2

10.4в4р3Рл - 4в7й3Б11 321,0-322,6

11.483(1^ - 4в5Г3Р_; 409.3-409,9

12.4вЗй3В, -4в6Г3Рл 387,0-387,5

13.4в4рэР_, - 34азР 299,5-300,9

14.4в4р3Р_; - 4Р33р, 428.3-431,8

15.4вЗ(13Б_} - 3<14р3Рл 526,0-527,0

1б.4вЗб3Б^ - ЗИ4р30л 558,2-559,3

Стронций

1. 5в5рэР: я - 5в6в3Б i 707,0

2. 5в4й3Б * - 4с15р3Р * 640,8

3.: 5в4(1эВ - 4й5р3Р 2 * 650,4

¿. 5в4й3Б 4 - 4(15?^ 661,7

5. Ьв4й.1Ъ - 4<15р1С а 2 730,9

2,4 5 100 250

3,7 5 4 125

3,2 22 60 200

4,0 9 10 125

4,5 20 21 300

2,0 5 90 '200

2,0 5 ' 50 200

2,0 5 ' 20 200

3.6 5 - .1.3 55

3,8 - 0,3 25

2,8 7 20 110

2,8 7 13,5 90

3,4 26 12 140

3,7 3,6 60

3.9 - 1 30

3,7 7 10 20

3.8 12 2 7

4,1 28 14 180

2,9 12 56 230

з.о 4 7 60

2,9 4 27. 95

1.8 17 150 190

2.4 ' 3,3 " 38 350

2,3 - 13 40

2,3 - 21 82

2,4 . 9 130 81

2

7"-?

ъ

7

Таллий

• о 3/2 1

б. 62Р„ - 8 Б,

3/2

5/2,3/2

535,0 2,3 4

377.5 2.3 4

322,9 3,8 6,5

351,9 3,5 13,0

291,8/2,2 4,2'. 12,0

270.9/-1.1 4,6 12,0

.36 33 2 50 38 8

3 3 2 55 2Л 20

В/2,3/2

Примечание: Еяоа« - энергия возбуждения перехода; Емок с- энергетическое положение максимума сечения возбуждения перехода; <3™0-величина сечения возбуждения при энергии ЗОэВ; 0™о/0°о~ отношение ..сечений возбуждения из метастастабильных и основного состояний при энергии. 30 еВ.

вследствие двухвлектронного перехода при обменном взаимодействии

(т.е. процесса в2 р2). При взаимодействии налетающего электрона с

метастабильным атомом терм р2ЭР. образуется путем одноэлектронного

2

дипольного перехода вр -» р .

Для атома таллия отношение Оз0/О°0 существенно только для переходов диффузной серии п3В_{, а для резкой, серии заметно отличается от единицы только для переходов с 72Б,у2- уровня. Таким образом, параметр С^0/а°0 для СП, исходящих из 2Б1/2-уровней атома Т1, как в абсолютном, так и в относительном значениях .сильно отличается по величине от аналогичных для СП атомов М®, Са, Бг. Этот факт объясняется следующими причинами: у атомов Са и Бг п33-уровни возбуждались из основного состояния лишь только Б обменном взаимодействии с изменением спинового состояния атомной системы, в то время как из метастабильных состояний - в дипольном взаимодействии. Для атома. Т1 картина иная - возбуждение п 2,,.,-уровней как из основного, так и из метастабильного состояний идет преимущественно при дипольном взаимодействии и, по сути, различие ыегяу 0га и 0° отражает, в первую очередь, различие в енергети-ческом положении начальных состояний (порогов' возбуждения).

В результате исследований измерены и энергетические зависимости сечений ступенчатого возбуждения - функции возбуждения спектральных переходов (ФВСП).

Для всех исследованных атомов ФВСП из метастабильных и . основных состояний по виду отличаются друг от друга. Так ФВСП первых членов резкой и диффузной серий, возбуздаемых • из метастабильных состояний,' имеют пологий вид. Возбуждение этих жо переходов из основных состояний характеризуется, совершенно другой формой - максимумы кривых находятся непосредственно у порога возбуждения, после, чего следует их быстрый спад. Для иллюстрации этого на рис.1 приведены ФВСП с п3Зу- уровней атома Отличие в поведении ФВСП, возбуждаемых из метастабильных и. основного состояний, мы видим.в следующем. Процесс возбуждения термов 43Б1 из метастабильных состояний 33'PJ идет преимущественно при дипольном взаимодействии, без изменения спинового состояния атомной системы. Вклад обменного взаимодействия незначителен, и такие процессы характеризуются пологими функциями возбуждения с максимумами при нескольких пороговых единицах, в то время как из основного состояния данный терм возбуждается только в обменном взаимодействии с изменением спинового состояния атомной системы. Такие процессы характеризуются островыраженными ФВСП с максимумом непосредственно у порога возбуздения.

Энергетические зависимости сечений возбуздения смещенных спектральных переходов щелочноземельных атомов из метастабильных и основных состояний атомов также отличаются между собой. Причина такого отличия укладывается в вышеприведенную схему.

Таким образом, различие в поведении обсуждаемых ФВСП из метастабильных и основного состояний обусловлено прежде всего разным типом взаимодействия электрона с мишенью.

Спектральные переходы с нижних Б- и Б- уровней при возбуждении из метастабильных состояний, по аналогии с возбуждением СП из основных состояний, имеют все признаки резонансных переходов. Об этом свидетельствуют и величины сечений возбуздения и иг энергетические зависимости, что наглядно иллюстрирует рис.2, где приводятся ФВСП перЕих членов диффузных серий атомов Са, 'Бг в Т1 в сравнении с ФВ резонансных переходов этих асе атомов, возбуждаемых из основных состояний (пунктир). •

На припороговых участках 'практически всех измеренных ФВСП' проявляются структурные особенности в виде изломов, уступов и. пиков, при этом энергии появления целого ряда особеностей на различных ФВСП совпадают. Часть втих особенностей имеет характер резонансной, структуры. На ФВСП из основного состояния' такая

Мд

0,1.

Рис.1 Функции возбуждения спектрзль ных переходов с пэ31- уровней атома из метастабильных (2,3) и основ ного (1)' состояний: 1,3

10

20 Е,эВ

30 2 - 33РТ-5ЭБ1.

А/ 7

ф'

л, --■»--. _1' АЧ^у........ 5 Мд 1

• /

;/ /

____ Т1

* • • ,

" • / 1

• /

• 1

• 1

\г\ •!.______

0 Ю 20 Е)Эв 30

Рис.2 Функции возбуждения спектральных переходов пР - пЛ'(первые члены диффузных серий) из метастасильных состояний в сравнении с ФВ резонансных переходов пБ - пР (кривые 2,4, 6,8) из основных состояний соответствующих атомов: 1,2- Т1(п=б):3.4-Мв(п=3):5.6- Са(п=4);7.в- Бг(п=5).

структура отсутствует.

Наличие особенностей в пржгароговой области энергий мы связываем с образованием и распадом квазистацконарных состояний отрицательного иона, которые, распадаясь, приводят к дополнительно- 1 му заселению атомных уровней и, тем самым, вносят вклад в сечения возбуждения спектральных переходов. Поскольку процесс образования отрицательного иона имеет резонансный характер, то оклад от его распада в сечениях возбуждения СП проявляется в на лечит: типичной резонансной структуры. Особенностью резонансов является- многока-нальность их распада, т.е. проявление данного состояния отрицательного иона на ФВ различных СП при одинаковых энергиях.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ .

1.Модернизирована экспериментальная установка и усовершенствована методика измерений сечений возбуждения атомов из возбужденных состояний электронами:

- способ получения пучка метастабильных атомов широкого класса химических элементов признан изобретением;

- предложена новая методика определения сечений ступенчатого возбуждения атомов, базирующаяся на сравнении интенсивности излучения спектральных линий исследуемого атома с эталонными спектральными линиями атома Не.

2. Проведены систематические исследования энергетических зависимостей сечений возбуждения атомов Са, Бг и Т1 из метастабильных состояний медленными электронами:

- экспериментально обнаружено, что по своему виду функции возбуждения спектральных переходов из метастабильных состояний отличаются, от'функций возбуждения тех же спектральных переходов из основных состояний соответствующих атомов;

- показано, что функции ступенчатого возбуждения пергых членов рез-.кой и диффузной серий являются аналогами функций прямого возбуждения резонансных уровней;

- проанализированы возможные механизмы возбуждения энергетических уровней из метастабильных состояний, дана оценка влияния каадого конкретного механизма яа поведение функции ступенчатого возбуждения спектральных переходов;

- на пржюроговых участках функций возбуждения спектральных переходов из метастабильных состояний атомов Са, вг и И обнаружен структура, которая обусловлена образованием квазистационар-кых состояний соответствующих отрицательных ионов . Распад этих

состояний приводит к дополнительному заселению атомных уровней, вносит вклад в сечения возбуждения спектральных переходов и приводит- к возникновению резонансной структуры в сечениях ступенчатого возбуждения.

3.Определены _ абсолютные величины сечений возбуждения атомов Щ, Са, Бг и 14 электронами из метастабильных состояний елетронами. В результате исследований установлено:

- сечения возбуждения атомов из метастабильных состояний' существенно 2 порядка) превышают сечения возбуждения тех же переходов из основных состояний;

- наибольшими сечениями обладают переходы с нижних Б и Б-уровней,

которые возбуждаются в дипольном взаимодействии с минимальным

изменением главного квантового числа п. По величине сечений (Сга ~

эо

2-10"1Бсм"э) они сравнимы с сечениями резонансных переходов соответствующих атомов, возбуждаемых из основных состояний;

- обнаружено, что спад сечений внутри' серий при ступенчатом возбуждении вдет быстрее, чем в случае процесса прямого возбуждения.

4. Установлено, что у атомов магния, кальция и стронция наряду с обычными эффективно возбуждаются из. метастабильных состояний и смещенные спектральные перехода с нижних уровней двухэлектронного возбуждения конфигураций р3, йр и й2. Эффективность возбуждения смещенных переходов из метастабильных состояний до 350 раз превышает эффективность их возбуждения из основных состояний. Абсолютные величины сечений возбуждения СП со смещенных уровней достигают, значения 6-10"16см2, что сравнимо с сечениями ступенчатого возбуждения СП с обычных уровней.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Шафраньош И.И., Снегурская Т.А., Алексахин И.С. Неупругие взаимодействия электровоз с возбужденными атомами //Процессы элементарных взаимодействия в атомах.-Ужгород,1985.-с.98-109.

2.Алексахин.И.С., Небесный Ф.И., Семенюк Я.Н., Снегурская Т.А., Шн-франьош И.И. Ступенчатое возбуждение спектральных переходов атомсЕ стронция электронным ударом //Оптика и спектроскопия.-1988.-Т.64, N02.-0.431-433.

3.Снегурская. Т.А., Шафраньош И.И., Небесный Ф.И., Алексахин И.С. Резонансные явления при возбуждении атомов стронция из 5ЭР0 -состояний электронным ударом//Оптикэ и спектр.-1988.-Т.65,Ко1.-С.235-226.

4.Шафраньош И.И., Снегурская Т.д., Алексахин И.С. Особенности возбуждения атома таллия электронами из метастабильного б2Р,/а-состо-

яния //Оптика и спектроскопия,1990,т.68,No2.-с.262-264. 5.Shafranyosh I.I., Snegurskaya Т.А., Aleksakhln I.S. Electron Stepwise Excitation Cross Sections Рог Thallium //XIV ICPEAC, Abstracts of papers.-New York,1989.-P.196.

6.Shafranyosh. I.I., Snegurskaya T.A.,Margitioh N.A..Aleksakhin I.S. Eleotron Impaot Excitation of Magnesium Atom Speotral lines from the Metastable States // XV ICPEAC , Abstraots of contributed, parers.-Brisbane,1991.-P.247.

7.Маргитич H.A., Шафраньош И.И., Снегурская Т.А., Алексахин И.С. Возбуждение атомов кальция из метастабильщи состояний ¡электронным ударом //IX ВКЭАС.- Чебоксары,1991.-С.11.

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

9. Шафраньош И.И., АлексахиЕ И.С., Снегурская Т.А. Способ получения пучков метастабильных частиц //Положительное решение М 01 ИЗ-91 (от 15.10.91) по заявке * 4863154/21.

lO.Shairanyosh I.I..Margitioh N.A..Aleksakhin I.S. Snegurskaya T.A.

Effective Cross Sections for Ca Atom Excitation from 43P„ „-States

0,2

//IV Europ.Conf.Atom.and. Moleo.Phys.-Riga, 1992.-P.331

H.Shafranyosh I.I..Snegurskaya T.A..Aleksakhin I.S..Margitich N.A. Shimon L.L. Eleotron Impaot Excitation and Ionisation of AlkalineEarth Atoms Prom Metastable States//Proo.3rd Triang. Seminar on Atomic Coll.Process.- Uzhgorod, 1993.- P.48-51.

-Лит ер а т у p a :

I.Алексахин Я.С., Шафраньош И.И. Абсолютные эффективные сечения возбуждения атома стронция из метастабильных состояний электронным ударом//0птика и спектр.-1977.-Т.42,N6.-С.773-774-

2.Benchmark cross sections for eleotron of n*S levels of He/ Van Zyl, Dunn G.H. et al.//Phys.Rev.A.-1980.-V.22,N5.-P.1916-1929. '

3.Фриш С.Э.- Определение концентраций нормальных и возбужденных атомов л сил осцилляторов методами испускания и' поглощения света //Спектроскопия газоразрядной плазмы /Под ред. Фриша С.Э. -Л.:Наука,1970.- С.7-62.