Неадиабатические эффекты в реакции низкотемпературной диссоциативной рекомбинации электронов и молекулярных ионов

• Автор: Голубков, Максим Геннадиевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 104 с. : ил.

Содержание
Введение
Г лава 1. Интегральный вариант теории МКД
1.1. Базисы состояний
1.2. Элементы -матрицы реакций
1.3. Матричные элементы конфигурационной связи
1.4. Двухстадийный метод учета неадиабатической связи
1.5. Сечения и константы скорости реакции ДР
Глава 2. Сравнение существующих теорий
2.1. Сопоставление метода конфигурационного взаимодействия и двухстадийного метода многоканального квантового дефекта
2.2. Соотношение между различными вариантами теории многоканального квантового дефекта
Г лава 3. Реакция ДР с участием электронов и молекулярных ионов
я2+. яд+, о2+
3.1. Орто- и пара-состояния, изотопы и их свойства
3.2. Взаимодействие между ридберговскими и диссоциативными
конфигурациями
3.3. Изотопический эффект
3.4. Диабатические состояния и электронные параметры системыЗЭ
3.5. Парциальные и полные сечения реакции
3.6. Парциальные и полные константы скорости
Глава 4. О возможности восстановления основных параметров теории
МКД по данным экспериментов высокого разрешения
4.1. Зависимость констант скорости низкотемпературной реакции ДР от параметров теории МКД
4.2. Околопороговые процессы двухступенчатой фотодиссоциации
и фотоионизации
4.3. Метод решения обратной задачи
Основные результаты и выводы
Список литературы

Введение
Диссоциативная рекомбинация (ДР) электронов и молекулярных ионов, т.е. реакция образования нейтральных фрагментов
е~ + ХУ+ X + ¥, (1)
интенсивно исследуется экспериментально и теоретически в течение нескольких десятилетий. Это объясняется той важной ролью, которую играет реакция (1) в ионосферных и астрофизических явлениях, в сла-боионизованной плазме и процессах, происходящих в газовых лазерах. К настоящему времени накоплен обширный фактический материал, который изложен в ряде обзоров и монографий [1 - 3], а также содержится в многочисленных статьях, цитируемых в этих работах. Тем не менее, многие важные вопросы вплоть до настоящего времени оставались малоизученными. К ним, например, относился вопрос о влиянии начального колебательного и вращательного возбуждений ионов на скорость реакции ДР.
На сегодняшний день наиболее надежные данные о сечениях ДР были получены в технике совмещенных пучков. Измерение этих сечений осложняется тем обстоятельством, что в пучках отсутствуют точные методы регистрации начальных и конечных состояний рекомбинирующей системы. Поэтому наблюдаемые сечения оказываются усредненными по разбросу энергии в электронных пучках и начальному распределению ионов по колебательным и вращательным состояниям, что затрудняет прямое соспоставление экспериментальных и теоретических результатов.
Наиболее перспективной для детальных исследований процесса ДР является простейшая электрон-ионная система е~ 4- Н? Полные сечения реакции е~ + Н$ в пучковой технике измерялись неоднократно [4-11]. Причем результаты [4 - 8] с точностью до порядка отличались друг от друга и не отражали характерную для этой реакции резонансную структуру. В более поздних исследованиях, выполненных методом совмещенных пучков [9-11], Митчеллу с соавторами за счет использования радиочастотных ионных ловушек и буферных газов удалось

заметно продвинуться в решении проблемы регистрации ионов по внутренним колебательным состояниям и получить пучки с низким содержанием колебательно возбужденных ионов.
В последние годы появились новые экспериментальные работы, в которых процесс ДР исследовался методом накопительных колец [12 -18]. Этот метод имеет ряд преимуществ перед техникой совмещенных пучков. Во-первых, время удержания молекулярных ионов в кольцах достаточно велико по сравнению с характерными временами релаксации колебательно-возбужденных состояний. Это позволяет проводить измерения с участием ионов в основном колебательном состоянии. Во-вторых, наличие большого количества рабочих ионов в кольце может существенно сократить время эксперимента. Тем не менее, в обоих подходах трудно обеспечить строго контролируемую вращательную температуру ионов за счет присутствия паров воды в источнике ионов.
Результаты первых экспериментов, выполненных в технике накопительных колец, по качеству уступали [11]. Однако, последние работы [16 - 18], выполненные с усовершенствованной системой охлаждения ионов, дают основания полагать, что детальные измерения микроскопических параметров низкотемпературных процессов (1) будут проведены в ближайшем будущем. Это в свою очередь предъявляет серьезные требования к существующей теории и, в особенности, к изучению процессов с участием простых двухатомных ионов ЛГУ+.
Удобным квантовомеханическим объектом исследования, для которого детальные расчеты можно выполнить ab initio, является молекулярный ион водорода. Заметим, что до появления и развития метода совмещенных пучков получение надежной экспериментальной информации относительно реакций с участием Щ было чрезвычайно затруднено, поскольку этот ион является химически активным и приводит к эффективному образованию в плазме утяжеленных кластерных ионов Я+(п > 3). Последнее требует дополнительного контроля за химической природой реагирующих ионов.
Теоретически реакция (1) исследовалась в целом ряде работ [17 - 45] где было показано, что процесс протекает либо за счет прямого

блице 1. Следует отметить, что в адиабатических условиях движения электронные энергии и волновые функции указанных ионов и их модификаций полностью совпадают. Отличие состоит только в характере квантования движения ядерной подсистемы, что приводит (вследствие различия приведенных масс) к изменениям энергетической структуры ровибронного спектра.
3.2. Взаимодействие между ридберговскими и диссоциативными конфигурациями
Рассмотрим теперь особенности электронной структуры промежуточных комплексов Щ*, включая НИ** и В?,*, и обсудим характер взаимодействия ридберговских и диссоциативных конфигураций, ответственных за процесс рекомбинации е~ + Щ Наибольший вклад в этот процесс вносят, как известно, диссоциативные валентные конфигурации, термы которых проходят вблизи дна ионного потенциала. Молекула #2 обладает одним низколежащим дважды возбужденным состоянием 1Е+(2рсг„)2, свойства которого достаточно хорошо изучены (см., например [33],[36],[37],[47],[48],[55], а также многочисленные ссылки, цитируемые в этих работах). Потенциальная кривая этого состояния (Рис.1) персекает ионный терм /7г(7?) в окрестности точки Щ. = 2.65 а.е. , расположенной вблизи правой классической точки поворота первого колебательно возбужденного уровня V = 1. Поэтому сечение реакции (70) мало для г»г- = 0 и заметно возрастает с ростом иг. Диссоциация с уровня гг- = 1 приводит к образованию атомов 77(2/). поскольку терм 1Е+ пересекает совокупность ридберговских состояний, коррелирующих на бесконечности с конфигурациями Н( 1й) + Д(2/). Образование атомов 77(3/), как показано на Рис.1, возможно только при энергии падающих электронов Ее > 0.8 эВ. Следующим доступным для реакции (70) является 3П9 состояние, которое может приводить к рекомбинации с уровней V > 5, а также состояния 3Е+, 2Е+ и 1П9, пересекающие ионный терм в окрестности правой точки поворота уровня V = 6. При низких энергиях электронов прямая диссоциативная