Введение к работе
Актуальность исследования столкновений с участием атомов гелия обусловлена той важной ролью, которую эти атомы играют в элементарных процессах в втемосферах звезд и межзвездной среде, в также в низкотемпературной плазме в различных практических приложениях. К настоящему времени достаточно обстоятельно исследованы столкновения атомов гелия с электронами, протонами, альфв-частицпми, имеется значительное число количественных данных по взаимодействию ионов гелия о атомами гелия в диапазоне знергий столкновения от порога до сотен кэВ. Наименее исследованными в этом ряду остаются столкновения меаду атомами гелия в основном состоянии.
Интерес к этой системе обусловлен не только возможностью практического использования результатов в различных областях науки и техники, но и тем, что это простейшая симметричная система из атомов с замкнутыми оболочками.
Особый интерес представляет наименее изученная область низких анергий столкновения, то есть область таких энергий соударения частиц, в которой относительная скорость сталкивающихся атомов много меньше скорости атомных электронов. В этой области энергий теоретическое исследование неупругих процессов затруднено, поэтому информация об эффективности различных каналов и механизмах реакций может быть получона в основном экспериментальным путем. В частности, ато связано с тем, что условие сохранения полного стша системы до и после столкновения требует учета одновременного возбуждения обеих частиц при рассмотрении заселення триплетних состояний. Если до столкновения система из двух атомов гелия имеет две замкнутые оболочки с двумя электронами в каадой, то после соударения промоти-рующие электроны образуют четыре незамкнутые оболочки, и, следовательно, в расчетах необходимо учитывать как эти оболочки, так и межэлектронные корреляции.
До сих пор мало изучены механизмы возбуждения при столкновении атомов гелия в основном состоянии в области низких анергий соударения (особенно вблизи порога возбуждения), практически отсутствуют количественные данные о полных и дифференциальных сечениях возбуждения уровней Не I с главным квантовым
_ 4 -числом п^а и их зависимости от энергии сталкивающихся частиц, нет данных о паріиальннх сечениях возбуждения магнитных подуровней.
Целью работы являлось экспериментальное исследование возбуждения атомных состояний в системе Не(1зс)іНе(ізг) при энергии взаимодействия частиц, соответствующей условиям применимости адиабатического приближения (Е $500 эВ), а также изучение закономерностей в поведении различных квантовых состояний в зависимости от энергии столкновения и главного квантового числа.
Методы исследования. Исследование возбуждения атомных уровней при взаимодействии пучка быстрых атомов гелия с газовой мишенью Осуществлялось по спектрам испускания в условиях однократных столкновений.
Научная новизна работы заключается в следу щем:
1. Впервые проведено систематическое изучение возбуждения состояний Не I при взаимодействии атомов гелия в основном состоянии в диапазоне энергий столкновения от порога до 500 эВ (с.ц.м.). В рамках этого:
исследован спектр излучения атомов гелия в диапазоне длин волн 2Є0-730 нм при энергии столкновения частиц 450 эВ. По обнаруженным линиям определены сечения возбуждения rc1,3S-, п1,3Р- и п1,3Я-уровней Не I (3sm;16);
измерена сечения возбуждения п '3S-,n.1,3P- и п '-'D-ypoB-ней Не I (3«п$10) в диапазоне энергий столкновения от порога до 500 эВ (с.ц.м.). Для уровней с главным квантовым числом п=3 определены спектроскопические пороги возбуждения;
измерены зависимости степени поляризации излучения 21S-31Р-, 23S-3%-, 21P-31D- и 23Р-ЗэВ-шреходок Не I" от энергии столкновения. На функции поляризации излучения 21Р~з11)-лерехо-да обнаружена колебательная структура, изменяющаяся в противо-фазе с осцилляциями в полном сечении возбуждения З^-уровня;
определена зависимость степени поляризации для 21P-n1D-переходов от главного квантового числа (3<гс<12) при фиксиро-вая.ой энергии соударения частиц;
для 31,эР-уровшй Не I определена относительные парциальные сечения возбуждения магнитных подуровней с #ь=0, ±1. Для 31,3П-уроЕкей Неї оценен интервал еозможных значеній
- 5 -относительных парциальных сечений возбуждения магнитных подуровней с U -+2.
2. Установлено, что при фиксированной энергии столкновения
сечения возбуждения уровней Не І в различных сериях зависят от
главного квантового числа следующим образом:
о(л)~п;а<п> где а характеризует сериальную зависимость и изменяется в интервале от 6 до 3 (значения а с увеличенном п. уменьшаются и при п»1 а-*3);
-
Но зависимостях сечений возбуждения - й D- и n^D-уровней от энергии соударения обнаружена колебательная структура,которая интерпретирована кок ігроявленш осцилляции, обусловленных фазовой интерференцией квязимолекуляршх термов системы Не2 на больших межъядерных расстояниях. Для уровней с 3$«5 определены площади "петель" <.tMbR> между взаимодействующими термами квазимолекулы;
-
Детализирован механизм заселения синглетігах и триплетних 31,3Г-уровней в указанном диапазоне энергий столкновения. Предполагается, что засоление указанных уровней осуществляется преимущественна вследствие кориолисовой связи Т, - П - S'-тер-мов и радиальной связи Z -2'-термов квазимолекулы Не2. Поэтому возбуждение этих уровней, вероятно, обусловлено следующей последовательностью переходов: Озо )г(2роц)'Х12*-*-(1зо )22рои 2picu1ng-»<1sag)2<2pTCl/ 12+ -*(1 so6T22sog4dog1S^
Практическая ценность. Полученные в работе результаты могут быть использованы при анализе астрофизических явлений и физико-химических процессов в горячей плазме. Кроме того, они могут быть использованы для уточнения представлений о взаимодействии тяжелых частиц, что представляет значительный интерес для квантовой теории рассеяния.
Апробация работы. Материалы данной работы были представлены на IX, К и XI Всесоюзных конференциях по физике электронных и атомних столкновений (Юрмала, 1984; Ужгород,1988; Чебоксары, 19Э1), XVI и XVIII Международных конференциях по физике электронных и атомных столкновений (Нью-Йорк, 1989; Орхус, Дания, 1993), 22 и 23 Европейских группах по атомной спектроскопии (Угшсала, Швеция, 1990; Торунь, Польша. 1ЭЭ1), XX Всесоюзном съезде по спектроскопта (Киев, 1ЭР.З), III Семкмре по атомной
- 6 -' спектроскопии РАН (Черноголовка, .1992), Всесоюзных семинарах "Процессы ионизации с участием возбужденных атомов"(Ленинград, 1984; Ленинград, 1988), па расширенном заседании Секции столкновений с участием возбужденных атомов Научного совета ЛН СССР по проблеме "Физика електронних и атомных столкновений" (п. Лазаревское, 1989), XI Национальной конференции по атомной спектроскопии с международным участием (Варна, Болгария,1986), Всесоюзном семинаре "Взаимодействие ионных пучков с атомами и поверхностью твердого тела (Новгород, 1986), VIII Всесоюзной конференции "Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях" (Ленинград, 1986), на семинарах кафедр оптики и квантовой механики ЛГУ (Ленинград,1989), Республиканской научно-практической конференции "Научно-технический прогресс и развитие науки" (Петрозаводск, 1997).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и обгеи работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав,заключения и списка литературы. Содержит 188 стр., в том числе VI рисунок и 22 таблицы. Список литературы состоит из 143 наименований.
