В данной работе представлены результаты экспериментального исследования сечений возбуждения спектральных линий He I, Ne I и Ar I в зависимости от главного квантового числа при энергии соударения 450 эВ (с.ц.м.).
Измерения сечений возбуждения при взаимодействии пучка быстрых атомов с газовой мишенью выполнены методами оптической спектроскопии с помощью автоматизированного экспериментального комплекса на базе персонального компьютера и программно-управляемой системы КАМАК [1, 2]. Схема установки приведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема установки: 1 – газоразрядный ионный источник; 2 – многоканальная камера перезарядки; 3 – газовая мишень; 4 – детектор быстрых атомов; 5 – система регистрации оптического излучения
Нейтральные атомы гелия, неона и аргона получались путем симметричной резонансной перезарядки на собственном газе в каналах вытягивающего электрода газоразрядного источника ионов. Плотность потока быстрых частиц в камере столкновений достигала 1016 част/(м2с). Угловая расходимость пучка не превышала 3·10-4 ср. Интенсивность атомного пучка определялась по вторичной электронной эмиссии с поверхности конического электрода детектора быстрых частиц. Давление газа-мишени в камере столкновений контролировалось с помощью ионизационного манометрического преобразователя. Давление газовой мишени в камере столкновений было равно 4.5·10-1 Па, давление остаточного газа не превышало 3·10-4 Па. Рабочее давление газа в ионном источнике варьировалось в диапазоне от 10 до 20 Па. Излучение атомов регистрировалось монохроматором МДР-2 с ФЭУ-106 в режиме счета фотонов. Оптическая ось системы регистрации была перпендикулярна к атомному пучку, поэтому возбужденные частицы пучка и мишени не различались. Поляризация излучения не учитывалась. Измерение абсолютной чувствительности спектрометрической системы проводилось с помощью светоизмерительной лампы по стандартной методике.
Известно, (см., например, [3]) что при взаимодействии атомных частиц типа
и фиксированной энергии столкновения сечения одноэлектронного возбуждения атомной частицы для каждой серии
s(n) ~ n – 3.
Однако, как показала обработка полученных данных методом наименьших квадратов, сечения возбуждения не описываются этой зависимостью. Оказалось, что при фиксированной энергии соударения сечения возбуждения линий в сериях инертных газов зависят от главного квантового числа следующим образом:
s(n) ~
,
где a характеризует сериальную зависимость и в зависимости от рода газа и значения n изменяется в интервале от 3 до 17.
Таблица 1. Зависимость сечений возбуждения спектральных линий в сериях Ne I от главного квантового числа при энергии столкновения 450 эВ
| Переходы | a | n | a | n |
| 3s[3/2] | 11.1±1.6 | 3–5 | 3.5 | 6,7 |
| 3s[3/2] | 12.1±1.5 | 3–5 | - | - |
| 3s[3/2] | 9.6±1.2 | 3–5 | 3.2±0.1 | 6–8 |
| 3s[3/2] | 9.5±1.3 | 3–5 | 3.7 | 6,7 |
| 3s[3/2] | 7.8±1.2 | 3–5 | - | - |
| 3s[3/2] | 9.5±1.5 | 3–5 | - | - |
| 3s´[1/2] | 7.7±1.3 | 3–5 | - | - |
– np[5/2]
– np[5/2]
Таблица 2. Зависимость сечений возбуждения спектральных линий в сериях Ar I от главного квантового числа при энергии столкновения 450 эВ
| Переходы | a |
| 4s’[1/2] | 12±1 |
| 4s [3/2] | 17±3 |
| 4s’[1/2] | 16±3 |
| 4s’[1/2] | 14±3 |
– np’[1/2]
– np’[3/2]
, 4s[3/2]
В случае He I значение a (как параметра аппроксимирующих зависимость ln
(n) прямых) для серий 31,3P–n1,3S, 31,3S–n1,3P и 31,3P–n1,3D достигает 6 при n в интервале 3–6, а при больших n стремится к 3 [4].
Аналогичное поведение демонстрируют сечения возбуждения Ne и Ar, однако в этом случае параметр a при малых n значительно больше. В табл. 1 представлены значения a для серий Ne I в интервалах главных квантовых чисел 3–5 и 6–8. В табл. 2 приведены данные для Ar I (все значения a получены для интервала главных квантовых чисел 4–6). Очевидно, что при переходе от гелия к аргону значение a для нижних уровней увеличивается.
В заключение отметим, что при малых n полученные результаты противоречат известным теоретическим данным. Последнее указывает на необходимость развития теории взаимодействия многоэлектронных атомов, так как существующие представления не описывают наблюдаемых закономерностей. Можно также утверждать, что с увеличением атомной массы и числа электронов сталкивающихся атомов величина a для нижних уровней возрастает.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Кашуба А.С., Курсков С.Ю., Хахаев А.Д. Экспериментальный комплекс для изучения процессов возбуждения при атом-атомных и ион-атомных столкновениях // Фундаментальные исследования. 2005. № 3. С. 29–30.
2. Кашуба А.С., Курсков С.Ю. Распределенная система управления физическим экспериментом // Информационные технологии моделирования и управления. 2006. № 9 (34). С. 1166–1171.
3. Бородин В.М. Связь между сечениями ионизации и возбуждения атомов при медленных столкновениях // Вопросы теории атомных столкновений. Ленинград: Изд-во ЛГУ, 1986. С. 72–82.
4. Курсков С.Ю., Хахаев А.Д. Спектроскопическое исследование процессов возбуждения в пучке атомов гелия // Известия АН СССР. Сер. физическая. 1989. Т. 53. Вып. 9. С. 1689-1696.