Фотоионизация и столкновительная ионизация ридберговских атомов в поле теплового излучения

• Автор: Бетеров, Илья Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературы но столкновительной ионизации и радиационным процессам в ридберговских атомах щелочных металлов
1.1. Основные свойства ридберговских атомов, методы возбуждения, регистрации, процессы ионизации с их участием
1.2. Базовая теоретическая модель хемоионизации ридберговских атомов (модель ОБМ-Г)
1.3. Экспериментальные исследования столкновительной ионизации ридберговских атомов щелочных металлов
1.4. Радиационные переходы в ридберговских атомах, индуцированные тепловым излучением
1.5. Фотоионизация ридберговских атомов тепловым излучением
Глава 2. Теоретическая модель ионизации ридберговских атомов в столкновениях и под действием теплового излучения
2.1. Влияние распределения по скоростям в газовой ячейке, эффузионном пучке и скрещенных пучках на скорость столкновительной ионизации
2.2. Эффект закручивания траекторий сталкивающихся атомов
2.3. Перемешивание состояний с различными орбитальными моментами
2.4. Стохастическая диффузия ридберговского электрона по энергетическому спектру
2.5. Влияние перераспределения заселенностей ридберговских состояний под действием теплового излучения на процессы ионизации
2.6. Расчеты скорости прямой фотоионизации ридберговских атомов щелочных металлов тепловым излучением
2.7. Ионизация высоколежащих ридберговских состояний вытягивающим электрическим полем
2.8. Расчеты эффективной скорости ионизации ридберговских атомов тепловым излучением
2.9. Эффективные константы скорости ассоциативной ионизации в поле теплового излучения

Глава 3. Методика экспериментального измерения скорости ассоциативной ионизации и тепловой фотоионизации ридберговских атомов натрия
3.1. Схема экспериментальной установки
3.2. Определение концентрации атомов в пучке
3.3. Атомарные и молекулярные ионизационные сигналы
3.4. Метод измерения скорости ассоциативной ионизации
3.5. Измерение распределения по скоростям в эффузионном пучке
Глава 4. Результаты экспериментального и теоретического исследования процессов ионизации ридберговских атомов натрия
4.1. Ионизация ридберговских атомов натрия тепловым излучением
4.2. Ассоциативная ионизация ридберговских атомов натрия в одиночном пучке
4.3. Ассоциативная ионизация ридберговских атомов натрия в скрещенных пучках
Заключение
Список литературы

Интерес к исследованиям атомов в высоковозбужденных (ридберговских) состояниях связан с их уникальными свойствами - большими временами жизни и геометрическими размерами, и, как следствие, большими дипольными моментами переходов и высокой чувствительностью к электромагнитным полям [1]-[3]. Для ридберговских атомов существуют эффективные методы лазерного возбуждения и регистрации, обеспечивающие высокую селективность и чувствительность, поэтому в экспериментах можно исследовать разнообразные процессы с участием ридберговских атомов, например, изучать спектры переходов или столкновительную ионизацию. Особенностью таких экспериментов является то, что ридберговские атомы всегда находятся в поле фонового теплового излучения, которое из-за большой вероятности дипольных переходов между дискретными ридберговскими состояниями и переходов в непрерывный спектр (фотоионизация) оказывает существенное влияние на эволюцию населенностей уровней во времени.
Большие геометрические размеры ридберговских атомов приводят к тому, что роль столкновений с другими атомами становится намного более существенной, чем для атомов в основном или низких возбужденных состояниях [1],[4],[5]. Столкновения могут приводить к рассеянию атомов, перемешиванию ридберговских состояний, а также к ионизации атомов. Процессы ионизации ридберговских атомов играют важную роль в астрофизической и лабораторной плазме, понимание физики столкновений может оказаться существенным при разработке эффективных методов лазерного разделения изотопов [1]. Методы, используемые в теории столкновений с участием ридберговских атомов, принципиально отличаются от тех, что разработаны для изучения столкновений атомов и молекул в основном состоянии. Основное различие заключается в том, что ридберговский атом, сталкивающийся с атомом в основном состоянии, нельзя рассматривать как единое целое. В таких столкновениях система сталкивающихся частиц рассматривается как квазимолекулярный ион, взаимодействующий с ридберговским электроном. При этом важно отмстить, что столкновительная ионизация ридберговских атомов происходит в поле

Я 4500gj 400а
g 3500О 3000-О
о 2500-

V 2000Ш 1500-

5 °

0,00000 0,00025 0,00050 0,00075 0,00100 0,00125

v(a.e)
Рис. 2.1. Распределение по скоростям столкновений атомов в атомарном пучке, скрещенных пучках и газовой ячейке.
2.2. Эффект закручивания траекторий сталкивающихся атомов
В работе [55] расчет констант скорости в атомном пучке проводился в модели DSMJ с учетом нелинейности уравнений, но с использованием максвелловского распределения по скоростям столкновений (2.1), неприменимого для одиночного атомного пучка. Позже, в работе [72] была сделана попытка учесть распределение по скоростям в атомном пучке (2.2) для тех же самых экспериментальных условий, но в упрощенной форме, не учитывающей нелинейность. Сделанные авторами расчеты представляются не вполне корректными также по следующим причинам: при малых относительных скоростях v распределение по скоростям в атомарном пучке Fb (v) ~ const.

Сечение ионизации при малых скоростях cr(v) ~ яршах -. Тогда
подынтегральное выражение в (1.24) будет пропорционально Следовательно, интеграл в (1.24) логарифмически расходится при расчете констант скорости ионизации в атомарном пучке для всех состояний с и>14, то есть таких состояний, для которых энергетический порог реакции отсутствует.