Процессы резонансной перезарядки элементов с незаполненными электронными оболочками

• Автор: Косарим, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 78 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Содержание

ГЛАВА 1. Иерархия ион - атомных взаимодействий

1.1 Спин-орбитальное взаимодействие

1.2 Квадрупольное взаимодействие

ГЛАВА 2. Иерархия ион - атомных взаимодействий

ГЛАВА 3. Процессы резонансной перезарядки

ЗЛ Особенности процесса резонансной перезарядки

3.2 Результаты расчетов

3.3 Подвижность ионов

ГЛАВА 4. Определение концентрации возбужденных атомов кислорода в плазме атмосферы
4.1 Обзор проблематики
4.2 Метод определения концентрации возбужденных атомов кислорода
4.3 Подвижность ионов атомарного кислорода в воздухе
4.4 Дрейф ионов атомарного кислорода в воздухе
4.5 Ионный дрейф в камере с воздухом
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Результаты исследований, представленных в диссертационной работе, имеют фундаментальное значение и направлены на расчет сечений резонансной перезарядки для атомов и ионов с незаполненными электронными оболочками. Эти процессы могут определять характер переноса ионов в низкотемпературной плазме и поэтому, наряду с сечениями резонансной перезарядки, вычислены подвижности атомных ионов в собственных атомных газах. Используемый для этих расчетов асимптотический метод подходит также и в случае столкновения атомов и ионов в нижних электронно-возбужденных состояниях. Поскольку эти возбужденные состояния эффективно образуются в низкотемпературной плазме, рассматриваемые процессы представляют интерес. Полученные результаты применены к воздушной плазме атмосферы на высотах, превышающих 100 км, где молекулы азота и кислорода диссоциированы. Поэтому перенос атомарных ионов азота и кислорода определяется столкновениями атомных ионов и атомов. Поскольку сечение резонансной перезарядки значительно превышает сечение упругого столкновения иона и атома, то перенос ионов в основном определяется резонансной перезарядкой. Учитывая то, что переходы между электронными состояниями иона при столкновениях происходят неэффективно, а сечения резонансной перезарядки различаются для основного и возбужденного состояний, в стандартной импульсной схеме измерения дрейфовой скорости ионов можно разделить сигналы для ионов в разных электронных состояниях, а также по амплитуде и ширине сигнала для каждого иона определить концентрацию иона в разных возбужденных состояниях. Это составляет основу предложенного нами экспресс-анализа для определения состава воздушной плазмы в заданной точке и данный момент времени. Мониторинг этих данных во времени и пространстве дает информацию о протекающих в

атмосфере процессах. В частности, это важно для анализа полярных сияний, свечение которых в большей степени связано с излучательными переходами из электронно-возбужденных состояний атомов кислорода и азота. Таким образом, полученные результаты имеют также прикладное значение. Разработанная теория является развитием асимптотической теории резонансной перезарядки для случая атомов и ионов с незаполненными электронными оболочками. В этом случае, первой стадией вычисления сечения резонансной перезарядки является определение электронных термов квазимолекулы, составленной из иона и атома одинакового сорта, при больших расстояниях между ними. В рассматриваемом случае, когда атом и ион характеризуются определенным набором моментов, необходимо сформулировать схему сложения моментов, которая зависит от иерархии взаимодействия в кваземолекуле. В стандартной схеме построения - схеме Гунда [1, 2, 3] рассматриваются различные способы сложения моментов в зависимости от соотношения трех типов взаимодействия: электростатического, спин-орбитального и кориолисова (взаимодействие движения с орбитой). В данном случае взаимодействия на далеких расстояниях, мы имеем возможность отойти от стандартной модельной схемы Гунда и последовательно определить и сравнить все имеющиеся типы взаимодействия при больших расстояниях между ионом и атомом, по сравнению с их размерами, что позволяет разделить разные виды взаимодействия [4, 5, 1, 6]. Анализ показывает, что в силу большего числа взаимодействий, чем в схеме Гунда, ни один из случаев схемы Гунда не подходит для описания квазимолекулы, составленной из иона и собственного атома при больших расстояниях между ними. Соответственно, и квантовые числа, относящиеся к такому молекулярному иону, не соответствуют ни одному случаю схемы Гунда. Процессы резонансной перезарядки с участием атомов и ионов в основном и метастабильном состояниях представляют интерес для азотной и кислородной плазмы. В частности, эти процессы
Таблица
Потенциал обменного взаимодействия для случая 0*(*И) + (){2Р)
ад? 1,1 1.0 од 1,-1 -1Д

л :> 5* 2 А ю -ид,, V;« 11 Дз 1 х/ТАго
Л 1 (1*М А [ , <1л-у'и) л
>» ? » *“*11 { *—1 ) 1 , -Лк,
3 1 1+У2_ Л -2+ К-2 д л А 2+Лд
Д '-*11) -< —*3 ] “*] 1
£ Л УДп УД1‘> Дц УДп / У №
Таблица
Потенциал обменного взаимодействия для случая О* ( £)) + 0(3Р)
1Д 1,0 од 1-1 0,0 -1Д
]>п:;
5 Л 2>1 Дх1 Ш*» УИ11 Д-Ап 4/1« 11 у2 а -"711 у о
5 3 *1 > «> 5Д1О §Дю 1 А .ч Г> дд УУДю Уд ю
Ь 1 '1* 2 |Д10 УДю §Дк. §Дю У2 + узДю У£Д.ш
2 * * 2 #Дю Дю УгДю |(2 + )Дю |Дю
5 О'> УДю И, -*1(3 УД.« уд 10 ~"г’; Дм Йю
о 5 2 * ’ 2 го+2у5д л/20 11 тлвд» тУУ11 УДц _1_ Д., ТТо
3 3 ТД») ~Vti.f1 л... ТДю --- 'Ъ Д 1 ч УЕ-ЗУЗ УДю
•2 * Ч 21 к 2у -НС* 31*
3 1 -&тДю -3~-Д« д . тДю УДю уд№
:>? г> «о “40 и»
3 1 -Л#ДН! -ЗД2-.ДЗ д <3 2ч д Тп Д'Ю
2 - > Ч *к1 /‘-ДдО
% \ -1 Л — у'3—у'2 л УДю /0—23 д УДю
2’ 2 ИЧ/2 1!) 20 1 ' ЛУЗ 30
Таблица
Потенциал обменного взаимодействия для случая О* С О) + 0(10)
2,0 .1,0 0
§,§ Дц) удю
П Л 1» * 1* (У У)Д1" ууд»- 2УУД„
5 1 2*2 УД К! -> V - ПтДхо (У + 11г/У У) дп
С- 1 Т> “Т7 "У>Д™ УУ” и+&>/§+)д»
=УУД>» -Дн1 О V- ая+м ч и, 'И
_ ц '1 * 2 —зД К! ~Ттйд,° УГм *
* } ГГ . 71 Дн) УУДю (яг + йУ) Д“
3 1 2*2 уд№ Уд1“ (ж + Уа/3 + Уа) Дч
3 I 2* ~"2 д, Дц -Лл . -тГГ-Ац, (зт + -ш/§ + нУ) Ди
"Л 3 2 * "*"Т2 —1Дю —гЦ—4 2(| —*10 {Зо + тУ>) Дн