Изучение процессов возбуждения при столкновениях атомов аргона низких энергий

• Автор: Когочев, Антон Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 94 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕУПРУГИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СТОЛКНОВЕНИИ АТОМОВ Аг I НИЗКИХ ЭНЕРГИЙ
1.1 Процессы ионизации
1.2 Процессы возбуждения
ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ СЕЧЕНИИ ВОЗБУЖДЕНИЯ АТОМНЫХ УРОВНЕЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
2.1 Методика измерения сечений возбуждения
2.2 Назначение и состав экспериментальной установки
2.3 Источник ионов и быстрых атомов
2.4 Детектор быстрых атомов
2.5 Система регистрации оптического излучения
2.6 Вакуумная система
2.7 Измерительно-вычислительный комплекс и программное обеспечение
2.8 Выбор диапазона давлений газа-мишени
2.9 Оценка погрешности измерений
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Спектр возбуждения атома аргона
3.2 Сериальные закономерности в сечениях возбуждения Аг
3.3 Зависимости сечений возбуждения уровней Аг I и степени поляризации от энергии столкновения атомов аргона
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Столкновения атомов аргона, как с легкими, так и с тяжёлыми частицами являются объектом многочисленных экспериментальных и теоретических исследований. Однако до сих пор наименее изученной остаётся область низких энергий в симметричных столкновениях, то есть область таких энергий соударения частиц, в которой относительная скорость сталкивающихся атомов много меньше скорости атомных электронов. В данной области энергий практически отсутствуют количественные данные об эффективности различных каналов изменения внутренней энергии взаимодействующих частиц, мало исследованы механизмы заселения возбужденных состояний, отсутствуют количественные данные о полных и дифференциальных сечениях возбуждения уровней Аг I с главным квантовым числом п > 4 и их зависимости от энергии сталкивающихся частиц, практически нет данных о поляризации возбуждаемого излучения, нет теоретических моделей, адекватно интерпретирующих наблюдаемые закономерности. Уточнение представлений о взаимодействии атомов аргона низких энергий необходимо для развития физики плазмы, ее различных приложений, а также представляет значительный интерес для квантовой теории рассеяния и теории строения атома.
Данная работа посвящена исследованию процессов возбуждения уровней Аг I при столкновениях атомов аргона в основном состоянии с аргоновой мишенью в диапазоне энергий соударения от порога до 500 эВ (с. ц. м.), в условиях, соответствующих применимости адиабатического приближения.
Целью работы являлось экспериментальное измерение абсолютных сечений и изучение механизмов возбуждения атомных состояний аргона в интервале главных квантовых чисел от 4 до 6 в указанной области энергий, исследование поведения сечений возбуждения в сериях в зависимости от

главного квантового числа, а также измерение поляризации излучения атомов в зависимости от энергии налетающих частиц.
Экспериментальное исследование процессов возбуждения атомных уровней при взаимодействии пучка быстрых атомов аргона с газовой мишенью осуществлялось методами оптической спектроскопии в условиях однократных столкновений.
Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка литературы. Содержит 94 страницы, 43 рисунка, 11 таблиц. Список литературы содержит 76 наименований.
В первой главе рассматриваются основные результаты экспериментального и теоретического исследования процессов возбуждения и ионизации при столкновениях атомов аргона в основном состоянии в диапазоне энергий соударения от порога до нескольких кэВ. Наибольшее внимание уделено механизмам процессов и возможным каналам реакций.
Во второй главе описана методика измерения сечений возбуждения атомных уровней при столкновении тяжелых частиц, а также проанализированы факторы, влияющие на достоверность результатов. Рассмотрена методика и результаты выбора диапазона давлений газа-мишени, в котором выполняется условие однократности столкновений. Определена систематическая погрешность измерений. Кроме того, в этой главе представлено описание автоматизированной экспериментальной установки для исследования процессов возбуждения при атом-атомных и ион-атомных столкновениях в диапазоне энергий налетающих частиц от 50 до 1000 эВ. Обсуждена схема измерительно-вычислительного комплекса на основе персонального компьютера и системы КАМАК, структура программного обеспечения. Описана конструкция источника пучка ионов и быстрых атомов гелия, детектора быстрых частиц, системы регистрации оптического излучения, а также модуля вакуумного обеспечения. Приводятся основные характеристики и параметры экспериментальной установки.
В третьей главе приведены результаты исследования процессов возбуждения уровней Аг I при взаимодействии атомов аргона в основном

По мнению авторов, относительные заселенности состояний конфигурации Аг(3р54р) и заселенности отдельных состояний Аг(3р5ис1) с J>2 могут быть объяснены в предположении, что возбуждение связано с переходом одного или двух электронов из внешней заполненной орбитали в самую нижнюю пустую 71-орбиталь.
Кроме того, авторы отметили, что не могут объяснить наблюдаемую структуру на зависимостях сечений возбуждения спектральных линий от энергии столкновения для некоторых 4р —> 43-переходов (см. рисунок 18). Авторы предположили, что эта структура может быть связана с осцилляциями Розенталя-Бобашова [33,34], обусловленными когерентным заселением двух взаимодействующих молекулярных состояний. В случае р'[1/2]]- и р'[3/2]2-состояний структура в сечениях не наблюдалась.
В работах [35, 36] изучались сечения возбуждения спектральных линий ультрафиолетового диапазона при столкновениях в системе Аг + Аг. Основная часть наблюдаемого авторами излучения обусловлена квартетом уровней низшей возбужденной конфигурации Аг(Зр64Б), два из этих уровней метастабильны, а другие два распадаются с излучением. Излучение от распадающихся уровней (можно указать уровни), на длинах волн 104.8 и 106.7 нм, наблюдалось под углом 90° относительно оси нейтрального пучка атомов. Необходимо отметить, что авторы не различали прямое столкновительное возбуждение этих уровней и заселение этих уровней в результате каскадных процессов.
Сечение полной эмиссии определялось с абсолютной погрешностью ±30 % и относительной погрешностью (в зависимости от энергии) ±15%, за исключением непосредственно припороговой области, где погрешности увеличивались примерно в два раза. Сечения отдельных спектральных линий имели погрешность примерно ±35 %.
На рисунке 19 приведены абсолютные сечения возбуждения спектральных линий. Нижние две кривые изображают сечения для отмеченных линий излучения при энергиях столкновения от 30 до 150 эВ, сумма этих сечений