Экспериментальное исследование волновых чисел и определение оптимальных значений энергии триплетных ровибронных уровней молекулы дейтерия

• Автор: Умрихин, Иван Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 250 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Статистический анализ ранее опубликованных экспериментальных данных о волновых числах спектральных линий молекул Я2 и Я2
1.1 Методика статистического анализа волновых чисел спектральных линий
1.2 Статистический анализ опубликованных к моменту начала настоящей работы экспериментальных данных
1.3 Экспериментальное исследование сомнительных линий
1.4 Оптимальные значения триплетных ЭКВ уровней
1.5 О возможности расширения идентификации спектра
1.6 Применение методики статистического анализа при исследовании вероятностей радиационных переходов молекулы Я2
Основные результаты главы
2 Экспериментальное исследование эмиссионного спектра и измерение волновых чисел спектральных линий молекулы Я2
2.1 Постановка задачи
2.2 Описание экспериментальной установки
2.3 Оптимизационная методика измерения волновых чисел и интенсивностей спектральных линий
2.4 Изучение характеристик спектрометра
2.5 Измерение волновых чисел молекулы/)2
2.6 Оценка газовой температуры в исследуемой плазме
2.7 Обнаружение частично разрешенной тонкой структуры спектральных линий 3Л± -э с3П“ систем полос
Основные результаты главы
3 Статистический анализ всех данных о волновых числах ЭКВ триплет-трип-
летных переходов молекулы Я2
3.1 Определение нового набора оптимальных значений триплетных ЭКВ уровней молекулы Я2
3.2 Нахождение взаимного расположения уровней орто- и парадейтерия
3.3 Сравнение оптимальных значений триплетных ЭКВ уровней, полученных
в настоящей работе, с данными [33]
3.4 Сравнение оптимальных значений колебательно-вращательных уровней
электронного состояния а3Е+ молекулы Я2 с рассчитанными по справочным данным о колебательно-вращательных постоянных

3.5 Абсолютные значения триплетных ЭКВ уровней молекулы
Основные результаты главы
Заключение
Список литературы
Приложения
Приложение 1. Таблицы
Приложение 2. Атлас эмиссионного спектра молекулы дейтерия

Введение.
Настоящая работа посвящена измерению и анализу волновых чисел спектральных линий и нахождению оптимальных значений всех исследованных экспериментально триплетных электронно-колебательно-вращательных (ЭКВ или ровибронных) уровней молекулы 1>2.
Исследование спектра и строения молекулы дейтерия [ 1 ] началось практически сразу после открытия тяжелого изотопа атома водорода [2—4]. Изначально эти исследования проводились для расширения возможностей интерпретации наблюдаемых спектральных линий одинаковых систем полос в спектрах разных изотопологов, для использования изотопного эффекта при изучении строения простейшей молекулы. В работах [ 1,5,6] изотопный эффект использовался в качестве вспомогательного инструмента для интерпретации спектров и идентификации спектральных линий различных изотопологов молекулы водорода. В более поздних работах изучалось влияние изотопического эффекта на вероятности оптических переходов [7,8] и на вероятности столкновительных переходов [9] молекул Н2 и £>2.
Исследования спектра молекулы 1>2 представляют не только понятный общефизический интерес (изотополог простейшей нейтральной двухатомной молекулы), но имеют и непосредственное практическое значение в связи с широким использованием молекулярного дейтерия в физических экспериментах и в различных технических устройствах:
1. Водород и дейтерий широко применяются в различных газоразрядных устройствах: тиратронах, источниках электронов, ионов и ультрафиолетового (УФ) излучения [10—16].
2. Спектры молекул Н2 и Д2 часто используются в диагностике многокомпонентной молекулярной плазмы [17—21 ].
3. В последнее время выясняется, что молекулы 1>2 играют определенную роль и в физике горячей плазмы, особенно в диверторных зонах токамаков ТЕХТСЩ [22], ЗЕТ [23,24] и ДШ-Д [25].
В астрофизических исследованиях дейтерий играет важную роль в объяснении физических и химических процессов, происходящих во Вселенной [26,27].
Спектр излучения молекулы Д2 обусловлен синглет-синглетными и триплет-триплет-ными переходами, а интеркомбинационные переходы пока не наблюдались. Наиболее интересные для практической спектроскопии резонансные синглетные системы полос расположены в области вакуумного ультрафиолета (ВУФ), что затрудняет их использование в спектроскопии лабораторной и особенно промышленной плазмы. В видимой области спектр излучения молекулы £>2 состоит из многолинейчатого спектра
Рис. 8: Зависимость разностей Ар волновых чисел, приведенных в [33], и найденных с помощью линейной (точки 1) и параболической (точки 2) аппроксимаций экспериментальной зависимости Л(х), для наиболее ярких спектральных линий молекулы 1>2 от координаты (в пикселах) в фокальной плоскости спектрометра. Пунктирные горизонтальные линии обозначают величину 2сг для распределения разностей Ар, полученных при параболической аппроксимации. Нулевой уровень показан штрихпунктирной линией.
Процедуру определения волнового числа линии поясним на конкретном примере: для линии Р8 полосы (4 - 1) электронного перехода е3£+ - а3Е+ (е3£+ - а3£+ (4 - 1) Р8). На рис. 8 показаны отличия волновых чисел, приведенных в [33] от градуировочной кривой спектрометра, полученной при аппроксимациях полиномом первой и второй степени для участка спектра (671 -г 676 нм), содержащего эту линию. Видно, что полином второй степени аппроксимирует данные [33] лучше, поскольку при линейной аппроксимации наблюдаются характерные отклонения Ар на краях фрагмента (малые и большие значения х) в отрицательную область, в то время как в средней части фрагмента отклонения Ар смещены в положительную область. Кроме того, из рис. 8 видно, что почти все значения волновых чисел ЭКВ линий, по которым строился полином второй степени, отклоняются от нее не более чем на « 0.03 см-1. Статистический анализ показал, что распределение этих отклонений близко к нормальному со стандартным отклонением а = 0.013 см-1, т.е. отклонения Ар носят случайный характер. Это показывает обоснованность принятой нами процедуры градуировки спектрометра. Исключением является точка с координатами х = 1585.5, Ар = 0.046 см-1, выделенная на рисунке. Это отклонение приведенного в работе [33] значения волнового числа ЭКВ линии е3Е+ — а3£д (4 - 1) Р8 от градуировочной кривой. Это одна из тех линий, которые нам пришлось исключить в процессе статистического анализа и отнести к категории сомнительных (см.