WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. 2 02;04;07 Сечение возбуждения атома серебра электронным ударом © Ю.М. Смирнов Московский энергетический институт, 111250 Москва, Россия (Поступило в Редакцию 20 октября 1997 г.) Методом протяженных пересекающихся пучков измерены сечения возбуждения атома серебра. Полученные результаты с добавлением теоретических данных о вероятностях переходов AgI использованы для расчета сечений возбуждения энергетических уровней атома серебра и вклада каскадного заселения. Установлено, что зависимость сечений от главного квантового числа верхнего уровня для пяти исследованных спектральных серий выражается степенным законом.

Введение обстоятельствах, специфичных именно для экспериментов с серебром.

Изучение неупругих столкновений электронов с ато- Ввиду необходимости предельно экономно расходомами серебра представляет значительный интерес по вать исследуемый металл его испарение осуществлялось ряду причин. Во-первых, атом серебра имеет один элек- из трубчатого молибденового тигля, подвешенного в трон сверх заполненных оболочек подобно атомам ще- вакууме на тонких молибденовых траверзах. Внешняя лочных металлов. Однако в отличие от последних у поверхность тигля нагревалась электронным лучом, расатома серебра предшествующая, полностью заполненная фокусированным для облегчения более равномерного оболочка состоит из десяти d-электронов, а не из ше- температурного поля. Геометрия тигля и окружающих сти p-электронов, как у щелочных металлов. При этом его панелей и экранов обеспечивала локализацию втовозбуждение одного из d-электронов может происходить рично эмиттированных и рассеянных электронов луча уже при сравнительно небольшой энергии налетающего в области пространства вокруг тигля, ограниченной электрона, так что имеет место значительное перекрытие ближайшей к нему выходной диафрагмой. Тем самым смещенных и несмещенных термов. Во-вторых, получена полностью исключалась возможность бомбардировки лазерная генерация в парах серебра (см., например, [1]). атомного пучка первичными и вторичными электронаПри этом накачка, как правило, осуществляется элек- ми луча. Поскольку основное состояние атома серебра тронным пучком и информация об электрон-атомных 4d105s2S1/2 имеет лишь один уровень и отделено от столкновениях необходима для понимания механизмов ближайшего возбужденного уровня интервалом почти создания инверсной заселенности в лазерах на парах в 30 000 cm-1, то термическое заселение возбужденных серебра. уровней серебра практически исключено и все атомы сеДо настоящего времени отсутствуют теоретические ребра в пучке до его взаимодействия с монокинетичными работы, посвященные изучению неупругих столкновений электронами находятся на основном уровне.

электронов с атомами серебра. Экспериментально такие При температуре тигля 1300 K концентрация атомов столкновения изучались в работах лишь одной научной серебра в области пересечения атомного пучка с элекгруппы. В [2] сообщалось об изучении возбуждения тронным достигала 1.2 · 1010 cm-3 и снижалась более однозарядного иона серебра из основного состояния чем на порядок при исследовании головных резонансных атома, а в [3] — о сечениях возбуждения атома сере- линий. Плотность тока электронного пучка не превосхобра. Полученная информация была весьма ограниченной дила 1.0 mA / cm2 во всем рабочем диапазоне энергий. В вследствие несовершенства методики эксперимента и отличие от [2,3] при установлении масштаба абсолютных крайне малого количества имевшегося серебра. После значений сечений в качестве эталона интенсивности изснятия этих препятствий была опубликована более по- лучения (точнее, непосредственно эталона сечений) исдробная работа [4] о возбуждении автоионизационных пользовано излучение спектральных линий атома гелия.

уровней AgI. В настоящей работе метод протяженных При проведении калибровки абсолютных значений сечепересекающихся пучков использован для более деталь- ний гелий при неизвестном давлении напускался в каменого изучения возбуждения нормально возбужденных ру столкновений вместо атомов исследуемого вещества (несмещенных) термов атома серебра.

с максимально возможным сохранением остальных условий эксперимента. Взяты значения сечений для четырех линий HeI, измеренные в [8] с погрешностью 9% при Эксперимент энергии электронов 50 eV. Погрешность относительных значений сечений составляет в настоящей работе 5–12%, Подробное описание метода протяженных пересека- абсолютные значения определены с погрешностью от ющихся пучков ранее приводилось неоднократно [5–7], ±23 до ±30%. Более детальное описание эксперимента вследствие чего его повторение в настоящей работе и методики с анализом источников погрешностей содернецелесообразно. Остановимся здесь лишь на некоторых жится в [6].

Сечение возбуждения атома серебра электронным ударом Результаты и их обсуждение 4d10nl2LJ, где l = s, p, df ; уровни атома серебра с более высокими значениями момента до настоящего Зарегистрировано свыше 200 линий атома серебра, времени экспериментально не найдены. В то же время расположенных в области спектра 200–850 nm. Как в работе [12] проведены вычисления вероятностей изотмечалось ранее [4], значительная часть малоинтенсив- лучательных переходов с уровней ns2S1/2 и nd2D3/2,5/2, ных линий атома серебра не классифицирована, поэтому причем для уровней с n 12 учтены все возможные в рамках настоящей работы проведена классификация в этой системе термов разрешенные переходы. Следует нескольких десятков спектральных линий AgI с исполь- также иметь в виду, что до настоящего времени и теория, зованием информации об уровнях атома серебра, содер- и эксперимент, как правило, позволяют определять ражащейся в [9] и впоследствии подтвержденной в [10].

диационные константы с более высокой точностью, чем Одновременно исправлены опечатки, обнаруженные в сечения.

этих работах, а также в основополагающей работе [11].

Результаты, полученные на основе измерений сечеОсновные спектрограммы зарегистрированы при энерний методом протяженных пересекающихся пучков с гии электронов 50 eV, вследствие чего наряду с атомныпривлечением данных о вероятностях излучательных ми линиями обнаружены около 150 линий однозарядного иона серебра.

Хотя эксперименты по исследованию электрон-атомных столкновений, выполняемые с регистрацией оптического сигнала возбужденных атомов, дают информацию о сечениях возбуждения спектральных линий Qki, более полезной для сравнения с теоретическими работами и для практических применений является информация о сечениях возбуждения энергетических уровней qk. Эти две величины связаны известным соотношением Aki Qki = qk + Qlk, (1) Akm l m где Aki и Akm — вероятности излучательных переходов k i и k m соответственно; сумма в скобках дает полное сечение излучательных переходов, участвующих в каскадном заселении уровня k, а дробный множитель справа от скобки учитывает ветвление переходов с уровня k.

Используя равенство Qki Aki =, (2) Qkm Akm дающее связь между сечениями и вероятностями переходов, соотношение (1) можно представить в виде qk = Qkm - Qlk. (3) m l Соотношение (3) полезно тем, что оно позволяет рассчитывать сечения возбуждения энергетических уровней полностью на основе данных эксперимента о сечениях возбуждения спектральных линий. Вместе с тем привлечение равенства (2) позволяет учесть более широкий круг линий в нередко возникающей ситуации, когда сечения возбуждения некоторых переходов с общим верхним уровнем не могли быть измерены, тогда как радиационные константы для этих переходов известны из независимых источников.

Именно такая ситуация возникает при исследовании возбуждения валентного электрона атома серебра.

Рис. 1. Диаграмма состояний атома серебра (несмешанные Происходит одноэлектронный переход 4d105s2S1/термы) с неисследованными переходами.

Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. 8 Ю.М. Смирнов Таблица 1. Сечения возбуждения дублетных уровней атома серебра Q Терм J E, cm-1 Конфигурация Q,10-18 cm2 Q50,10-18 cm2 Q,10-18 cm2 q,10-18 cm2 Q50,% 6s2S 1/2 42556 4d106s 39.6 1.000 39.6 11.4 28.2 28.7s2S 1/2 51887 4d107s 16.9 1.435 25.3 3.17 22.1 12.8s2S 1/2 55581 4d108s 6.56 1.545 10.9s2S 1/2 57425 4d109s 4.18 1.565 6.55 0.29 6.26 4.10s2S 1/2 58478 4d1010s 2.17 1.575 3.11s2S 1/2 59136 4d1011s 1.461 1.540 2.12s2S 1/2 59575 4d1012s 0.841 1.513 1.5p2P0 1/2 29552 4d105p 743.9 93.5 650.4 12.3/2 30473 1254.4 173.2 1081.2 13.1998.3 266.7 1731.6 13.6p2P0 1/2 48297 4d106p 5.98 14.53 (-8.5) 242.

3/2 48501 13.28 23.93 (-10.6) 180.

19.3 38.4 (-19.1) 199.

7p2P0 1/2 54041 4d107p 3.643 (-3.64) 3/2 54121 1.62 6.243 (-4.62) 385.

1.62 9.88 (-8.26) 611.

8p2P0 1/2 56618 4d108p 3.27 1.353 1.92 41.3/2 56660 7.14 2.143 5.00 30.10.41 3.49 6.92 33.9p2P0 1/2 – 4d109p 0.443 (-0.44) 3/2 58027 0.38 0.713 (-0.33) 187.

0.38 1.15 (-0.77) 302.

5d2D 3/2 48744 4d105d 41.52 1.0001 41.5 4.28 37.2 10.5/2 48764 55.22 1.00002 55.2 1.01 54.2 1.96.7 5.29 91.4 5.6d2D 3/2 54203 4d106d 20.0 1.23 24.6 1.22 23.4 4.5/2 54214 26.5 1.23 32.6 0.44 32.2 1.57.2 1.66 55.5 2.7d2D 3/2 56700 4d107d 10.92 1.395 14.7 0.54 14.2 3.5/2 56706 11.8 1.41 16.6 0.16 16.4 0.31.3 0.70 30.6 2.8d2D 3/2 58050 4d108d 6.58 1.415 9.30 0.54 8.76 5.5/2 58053 7.10 1.585 11.25 11.20.55 0.54 20.0 2.9d2D 3/2 58862 4d109d 4.372 1.545 6.44 0.38 6.06 5.5/2 58865 4.84 1.565 7.56 0.10 7.46 1.14.0 0.48 13.5 3.10d2D 3/2 59389 4d1010d 2.47 1.605 3.5/2 59391 2.70 1.685 4.8.11d2D 3/2 59751 4d1011d 1.69 1.59 2.5/2 59752 1.95 1.61 3.5.4 f F0 5/2, 7/2 54205 4d104 f 0.39 0.25 0.14 64.5 f F0 5/2, 7/2 56709 4d105 f 0.13 0.25 (-0.12) 192.

Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. Сечение возбуждения атома серебра электронным ударом Таблица 2. Сечения возбуждения переходов с np2P0-уровней AgI, nm Переход J EH, cm-1 EB, cm-1 Q50, 10-18 cm-206.117 5s2S-6p2P0 1/2-3/2 0 48501 13.206.983 5s2S-6p2P0 1/2-1/2 0 48297 5.328.068 5s2S-5p2P0 1/2-3/2 0 30473 1250.

338.289 5s2S-5p2P0 1/2-1/2 0 29552 742.

359.806 5s2 2D-9p2P0 5/2-3/2 30242 58027 0.378.418 5s2 2D-8p2P0 5/2-3/2 30242 56660 0.418.664 5s2 2D-7p2P0 5/2-3/2 30242 54121 1.456.402 5s2 2D-8p2P0 3/2-1/2 34714 56618 0.533.362 5p2P0-6p2P0 1/2-1/2 29552 48297 0.547.538 5s2 2D-6p2P0 5/2-3/2 30242 48501 3.(553.707 5s2 2D-6p2P0 5/2-1/2 30242 48297) 0.708.810 6s2S-8p2P0 1/2-3/2 42556 56660 6.710.95 6s2S-8p2P0 1/2-1/2 42556 56618 2.725.153 5s2 2D-6p2P0 3/2-3/2 34714 48501 0.735.996 5s2 2D-6p2P0 3/2-1/2 34714 48297 1.переходов из работы [12], представлены в табл. 1. Здесь Переходы с np2P0-уровней в [12] не изучались; в друQ представляет собой сумму сечений, измеренных гих источниках аналогичную информацию обнаружить в настоящей работе, = Aполн/Aизм — поправочный также не удалось. Поэтому для np2P0-уровней ветвление множитель, учитывающий факторы ветвления всех из- учтено только по экспериментальным данным настоящей вестных переходов с рассматриваемого уровня соглас- работы, представленным в табл. 2. Как видно, единственно данным [12]. Использовано обозначение полного ный измеренный переход с уровней 7p2P0 происходит на сечения возбуждения уровня k (без вычитания вклада метастабильный смещенный терм 4d95s2 2D. Переходы каскадных переходов) с уровней 7p2P0 на уровень 6s2S1/2 расположены в ИК части спектра около 870 nm, а на 5s2S1/2 (резонансQkm = Q 50 = Q50. (4) ные) — в вакуумной ультрафиолетовой области. Изm Верхние символы справа от некоторых численных значений означают следующее: 1 — переход 5p2P1/2-11s2S1/2 (337.9 nm) блендирован резонансной линией 338.3 nm, превосходящей его по интенсивности на три порядка, переход 5p2P1/2-12s2S1/(332.995 nm) блендирован линией 332.948 nm, в обоих случаях сечения переходов 5p2P1/2-11, 12s2S1/2 вычислены по измеренным сечениям более интенсивных компонент дублетов 5p2P3/2-ns2S1/2; соотношение сечений Q(3/2)/Q(1/2) при n 10 составляет 1.69; 2 — из значений Q, приведенных в табл. 1, до их умножения на коэффициент вычитался вклад переходов на смещенные уровни 4d95s2 2D, не рассмотренные в [12];

3 — сечения каскадных переходов, заселяющих уровни np2P0 с n 6, определялись по факторам ветвления 2 с S- и D-уровней согласно [12]; в настоящей работе зарегистрированы лишь каскадные переходы на уровни 5p2P1/2,3/2.

Диаграмма состояний атома серебра представлена на рис. 1; показаны все уровни конфигураций 4d10nl2L, рассмотренные в [12]. В настоящей работе не исследованы Рис. 2. Зависимость сечений от n для спектральных уровни 10p2P0 из-за слишком малых значений сечений, 0 серий AgI: — 5p2P1/2-ns2S1/2, + — 5p2P3/2-ns2S1/2, а также 12d2D. Переходы с последних уровней на 5p2P0, 0 — 5p2P1/2-nd2D3/2, — 5p2P3/2-nd2D5/2,3/2, — как и ранее упомянутый переход с уровня 11s2S1/2, 5s2 2D5/2-np2P3/2.

блендирован головными резонансными линиями AgI.

Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. 10 Ю.М. Смирнов Таблица 3. Значения Ai и i для спектральных серий атома Сравнение полученных данных с результатами теосеребра 2.51(-13) =2.51 · 10-ретических расчетов оказывается невозможным ввиду отсутствия опубликованных работ по теоретическому Серия n i Ai, cmопределению сечений возбуждения атома серебра.

5p2P1/2-ns2S1/2 6-10 5.47 2.51(-13) 5p2P3/2-ns2S1/2 6-12 5.64 6.17(-13) Список литературы 5p2P1/2-nd2D3/2 5-11 4.16 2.70(-14) 5p2P3/2-nd2D5/2,3/2 5-11 4.14 5.13(-14) [1] Wernsman B., Rocca J.J., Mancini H.Z. // IEEE Photon.

Technol. Lett. 1990. Vol. 2. N 1. P. 12–14.

5s2 2D5/2-np2P3/2 6-9 7.58 6.46(-12) [2] Красавин А.Ю., Кученев А.И., Смирнов Ю.М. // Журн.

прикл. спектр. 1982. Т. 36. Вып. 4. С. 543–546.

[3] Красавин А.Ю., Кученев А.Н., Смирнов Ю.М. // Опт. и за смещения в вакуумную ультрафиолетовую область спектр. 1983. Т. 54. № 1. С. 20–24.

[4] Смирнов Ю.М. // Журн. прикл. спектр. 1993. Т. 59. Вып. 5– не исследованы также резонансные переходы с более 6. С. 425–430.

высоко расположенных np2P0-уровней. Чтобы не услож[5] Смирнов Ю.М. Физика электронных и атомных столкнонять диаграмму состояний, на рис. 1 стрелками показаны вений. Л.: Изд-во ФТИ АН СССР, 1985. С. 183–193.

только переходы, не зарегистрированные в настоящей [6] Smirnov Yu.M. // J. Phys. II France. 1994. Vol. 4. N 1. P. 23–35.

работе и не исследованные в [12].

[7] Smirnov Yu.M. // Phys. Scripta. 1994. Vol. 49. N 6. P. 689–695.

Как следует из данных табл. 1, для большинства ns2S[8] Van Zyl B., Dunn G.H., Chamberlain G., Heddle D.W.O. // и nd2D-уровней вклад каскадного заселения составляPhys. Rev. A. 1980. Vol. 22. N 5. P. 1916–1929.

ет около 10% и менее; лишь для уровня 6s2S1/2 он [9] Johannesen H.-U., Lincke R. // Z. Phys. A. 1975. Vol. 272.

приближается к 30%. Несмотря на неполноту данных N 2. P. 147–154.

о каскадном заселении этих уровней, представляется [10] Baier S., Martins M., Muller B.R. et al. // J. Phys. B. 1990.

весьма маловероятным, что их полный учет приведет к Vol. 23. N 18. P. 3095–3104.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.