Введение к работе
Актуальность темы
Одной из актуальных задач современной физики является изучение поведения вещества в сверхсильных электромагнитных полях. Например, проводятся эксперименты, позволяющие исследовать поведение наночастицы, водных капель миллиметрового размера при их взаимодействии с фемтосекундным лазерным импульсом. Однако особенностью экспериментов в области фемто- и аттофизики является сложность их интерпретации. Поэтому необходимо сначала развить теорию, описывающую фундаментальные процессы. Большой интерес, проявляемый к ультракоротким импульсам [1], определяется тем, что они дают возможность изучать явления микромира [2], которые происходят за времена порядка фемтосекунд и менее. Также в последнее время широко изучаются процессы с участием отрицательных ионов, которые имеют важное значение в донорно-акцепторных взаимодействиях, окислительно-восстановительных реакциях. Описание взаимодействия отрицательных ионов с излучением имеет большое практическое значение. Светимость Солнца в основной части спектра обуславливается процессами образования отрицательного иона водорода. На свечении ночного неба отражается фотоприлипание электрона к атому кислорода. Существенным образом на холодную часть газового разряда влияет фоторазрушение отрицательных ионов. Характерное время движения слабосвязанного электрона в отрицательном ионе существенно превышает таковое для атомов (~10-17 с), но не превышает длительность ультракороткого импульса (~10-18 с). Малая продолжительность такого импульса позволяет использовать приближение внезапных возмущений. В рамках данного приближения в работе рассмотрены процессы переизлучения и ионизации ультракороткого импульса электромагнитного поля при взаимодействии с анионом. Для описания отрицательного иона применялся метод потенциалов нулевого радиуса. Данная работа посвящена теоретическому исследованию ориентационной зависимости спектров переизлучения и определения вероятности ионизации отрицательных ионов при взаимодействии с ультракороткими импульсами электромагнитного поля.
Работа поддержана ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по соглашению № 14.А18.21.1302.
Объектами исследования являются ультракороткие импульсы электромагнитного поля и отрицательные ионы, а предметом исследования – процессы переизлучения и ионизации при взаимодействии ультракороткого импульса с отрицательным ионом.
Цель работы заключается в теоретическом исследовании процессов переизлучения и ионизации отрицательных ионов при взаимодействии с ультракороткими импульсами электромагнитного поля. В работе были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать процесс отрыва слабосвязанного электрона при взаимодействии ультракороткого импульса электромагнитного поля с отрицательным ионом.
2. Исследовать процесс переизлучения отрицательных ионов при взаимодействии с ультракороткими импульсами электромагнитного поля.
3. Выяснить особенности процессов, сопровождающих взаимодействие ультракороткого импульса электромагнитного поля с отрицательным ионом.
4. Проанализировать ориентационные эффекты молекулярных отрицательных ионов при взаимодействии с ультракороткими импульсами электромагнитного поля.
Научная новизна работы определяется, прежде всего, тем, что большинство предлагаемых расчетов было выполнено на основе оригинальных методов, разработанных с участием автора диссертации, для описания фундаментальных процессов, интенсивно исследуемых в настоящее время.
1. Получены аналитические выражения для расчета электронных спектров ионизации отрицательных ионов при взаимодействии с ультракороткими импульсами.
2. На основе разработанного метода произведен расчет спектров переизлучения отрицательных ионов при взаимодействии с ультракороткими импульсами.
3. В рамках развитого метода выполнен анализ ориентационных эффектов молекулярных отрицательных ионов при взаимодействии с ультракороткими импульсами.
Достоверность и научная обоснованность полученных в работе результатов и выводов обеспечивается не только сравнением с методами и результатами расчетов других авторов, а также доступностью аналитических оценок полученных результатов, имеющих прозрачный физический смысл.
Научная и практическая ценность работы заключается в развитии методики расчета, которая применяется для исследования процессов взаимодействия вещества с ультракоротким импульсом. Результаты проведенного исследования могут быть использованы в некоторых областях физики и химии. Например, в атомной физике и физической электронике они могут быть применены для управления отрицательными ионами в различных технических приложениях, а также в уточнении значений энергии сродства анионов, изучения поведения анионов в сверхсильном электромагнитном поле; в астрофизике – для изучения поведения вещества в экстремальных состояниях; в химии – для исследования динамики элементарных химических реакций в газах, содержащих отрицательные ионы.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Обобщение методов расчета для спектров переизлучения. Применение приближения внезапных возмущений позволило получить аналитические выражения для расчета спектров переизлучения ультракороткого импульса электромагнитного поля при взаимодействии с отрицательным ионом.
2. Аналитические выражения и результаты расчетов для электронных спектров ионизации отрицательных ионов при взаимодействии с ультракороткими импульсами. На основе полученных выражений исследованы зависимости вероятности ионизации от энергии сродства анионов, а также от количества осцилляций падающего импульса.
3. Проведение сравнения вероятностей переизлучения и ионизации ультракороткого импульса электромагнитного поля при взаимодействии с отрицательным ионом. Сравнение показало, что направленность переизлучения аналогична классической картине излучения диполя, а направление вылета электронов определяется направлением переданного при взаимодействии импульса.
4. Анализ ориентационных эффектов в неупругих процессах взаимодействия ультракоротких импульсов с молекулярными ионами. Выяснено, что спектры переизлучения существенным образом зависят от выстроенностей межядерной оси молекулярных анионов и от типа отрицательного иона. Получено, что переизлучение максимально в случае параллельности напряженности внешнего электрического поля и межядерной оси.
Апробация результатов исследования
По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 3 в рецензируемых журналах. Основные результаты, вошедшие в диссертационную работу докладывались на семинарах центра теоретической физики и ежегодной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных, инженерно-технических работников и аспирантов Северного Арктического федерального университета имени М.В. Ломоносова (Архангельск, 2009, 2011, 2012, 2013 гг.); Всероссийской научной конференции студентов-физиков, аспирантов и молодых ученых (Екатеринбург, Волгоград, Архангельск, 2009, 2010, 2013 гг.); XXIV съезде по спектроскопии (Троицк, 2010 г.); XVIII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2009, 2011 г.), а также на XIX международной конференции Фундаментальная атомная спектроскопия (Архангельск, 2009 г.), 8-ой международной конференции по атомной физике (Stored Particles Atomic Physics Research Collaboration, Москва, 2011 г.).
Личный вклад автора в получении представленных в диссертационной работе результатов состоит в том, что им проанализированы публикации по теме исследования, самостоятельно проведены аналитические и численные расчеты. Совместно с научным руководителем были выбраны тема, объект и предмет исследования, на основе разработанных проф. Матвеевым В.И. и доц. Есеевым М.К. оригинальных методов развит метод расчета процесса переизлучения при взаимодействии отрицательного иона с ультракоротким импульсом электромагнитного поля, проведен анализ полученных результатов. В рамках этого метода автором самостоятельно были получены выражения электронного спектра и вероятности ионизации и спектра переизлучения отрицательного иона при взаимодействии с ультракоротким импульсом.
Структура и объем работы. Общий объем работы составляет 109 страниц. Она включает в себя введение, четыре главы, заключение, библиографию из 72 наименований и содержит 25 рисунков, 2 таблицы и 5 приложений.
