WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. 9 01;02 Физика атомных столкновений в ретроспективе © Дж. Мэйсек Университет Теннесси, TN 379960-1501 Ноксвилл Ок-Риджская национальная лаборатория, TN 37831 Ок-Ридж (Поступило в Редакцию 14 января 1999 г.) Около 65 лет назад была опубликована классическая работа Мотта и Месси, в которой был определен предмет физики атомных столкновений. С тех пор эта область получила значительное развитие. Фактически все теоретические методы, обозначенные в работе Мотта и Месси, были реализованы в большей или меньшей степени. Что касается эксперимента, то выполненные измерения, дифференциальные по нескольким параметрам, обеспечили надежную проверку предложенных механизмов. В настоящее время физика атомных столкновений — это достаточно зрелая область физики, так что можно уже оглянуться на пройденный путь и выявить много достижений, способствующих ее развитию. Прогресс в науке обычно связан с интенсивной концентрацией усилий критического числа исследователей на решении конкретной задачи, которая, по общему мнению, имеет важное значение. За таким ”прорывом” обычно следует интенсивное развитие области.

Физика атомных столкновений в этом плане не является исключением. Она знала периоды интенсивной концентрации усилий на решении конкретных задач, ”прорывы” с последующим быстрым развитием, за которыми следовали периоды затишья. Циклы повторялись: обнаруживалась новая область концентрации усилий, происходил ”прорыв” и устанавливалось новое представление. Некоторые из таких циклов будут проанализированы далее с точки зрения их значения для атомной физики в целом.

Положение физики атомных столкновений как само- возбуждаются при достижении определенных расстоястоятельного раздела атомной физики установилось в ний наибольшего сближения сталкивающихся частиц.

конце 50-х–начале 60-х годов, когда начали проводиться По сути дела, когда перекрываются электронные обомеждународные конференции по данной тематике. В этот лочки атомов, электроны селективно ”выдвигаются” с период времени были сделаны два открытия, оказавшие внутренних на валентные оболочки. При этом вакансии, решающее влияние на развитие области, что сегодня оче- образовавшиеся во внутренних оболочках, обычно заполвидно. Одно из них — это предсказание и обнаружение няются путем оже-переходов, сопровождающихся вылерезонансов в сечениях возбуждения атомов и молекул том быстрых электронов с фиксированной энергией. Для электронным ударом [1]. Одновременно было обна- понимания данного процесса потребовалось отказатьружено, что такие резонансы, или автоионизационные ся от существующих представлений об адиабатических состояния, возбуждаются не только при электронном состояниях и ввести в рассмотрение ”диабатические” ударе, но и при фотопоглощении и ударе заряженных одноэлектронные орбитали, такие как в системе H+ [5].

атомных частиц. Исследование этих состояний стало Это открыло возможность проведения неэмпирических широко известным достижением, в которое ученые ФТИ расчетов неупругих процессов. Наличие количественной внесли значительный вклад [2]. Некоторые из обна- теоретической базы и непрерывно совершенствующейся руженных эффектов будут рассмотрены более подроб- экспериментальной техники позволило следующие два но. Второе открытие, следанное в ФТИ в 1964 году, десятилетия посвятить проверке модели молекулярных на первый взгляд не связанное с резонансами, было орбиталей при ионно-атомных и атомно-атомных столкеще более удивительным. Чтобы это уяснить, следует новениях.

напомнить, что мы понимаем под ”адиабатическим” Обнаружение оже-электронов, испускаемых при засостоянием двухатомной молекулы. В таком состоя- полнении вакансий во внутренних оболочках атомов [6], нии электроны находятся на связанных уровнях в поле было убедительным доказательством справедливости фиксированных кулоновских центров. Ожидалось, что этой модели. В дальнейшем с достаточно высоким разпереходы между ”адиабатическими” состояниями при решением были измерены характеристические спектры ”медленных” столкновениях (когда скорость ударяющей электронов, испускаемых из ударяющей частицы и чачастицы много меньше средней орбитальной скорости стицы мишени. В течение нескольких лет были изучесвязанного электрона) маловероятны. При этом столкно- ны многие характеристики неупругих процессов, были вения в данной области энергий должны быть в основном надежно рассчитаны величины сечений для целого ряда упругими. В серии замечательных работ, выполненных в переходов, оказалось возможным связать энергии ожеФТИ [3], было показано, что в действительности име- переходов с состоянием ионизации и даже идентифиет место противоположная ситуация: были обнаружены цировать очень слабые процессы. Возможно, окончаинтенсивные линии в спектре потерь энергии порядка тельным триумфом молекулярной модели явилось обсотен eV. Это отрытие стало возможным благодаря наружение рентгеновского излучения и оже-электронов, использованию техники совпадений [4]. Анализ спек- испускаемых в момент столкновения, в результате петров совпадений показал, что характеристические линии реходов между короткоживущими квазимолекулярными Физика атомных столкновений в ретроспективе состояниями [7]. Благодаря этому наблюдению ис- пропорциональной времени столкновения, можно опречезли все сомнения в том, что молекулярные орбита- делить фазу и разность энергий E1(t) - E2(t) квазили H+ являются ключом к пониманию механизма ме- молекулярных состояний, участвовавших в переходе.

Возможность связать осцилляции сечений с уровнями дленных ионно-атомных столкновений. Удивительно, но квазимолекулы дает нам в руки ценный инструмент ранние открытия Афросимова и сотрудников, которые, как казалось, не имели отношения к резонансам, на- для анализа процессов атомных столкновений в рамках принятой модели молекулярных орбиталей.

блюдаемым при фотопоглощении и электронном ударе, Дальнейшее равитие концепции ”адиабатического” сов конце концов оказались однозначно связанными с стояния было связано с обнаружением того факта, что оже-процессами, поэтому значение исследований ионномедленные электроны, не участвующие в оже-процессах атомных и атомно-атомных столкновений возрастает.

(испускаемые в результате прямой ионизации), имеют При медленных столкновениях многоэлектронных атоследующее энергетическое распределение [13]:

мов образуются необычные состояния, которые могут быть исследованы путем анализа продуктов их распада.

(Ee) C exp -(Ee - )/v.

Надежность стандартных методов расчета, таких как методы Хартри–Фока [8] и R-матрицы [9], повышается по Это соотношение выполняется в широком интервале энергий, соответствующем изменению сечения (Ee) на мере роста мощности компьютеров. Предложены новые 5 порядков величины. Обоснование приведенной формуметоды учета электронных корреляций в многократно лы дано в работе [14]. Следуя замечанию [15] о том, возбужденных состояниях [10]. За недостатком времени что адиабатические уровни энергии En(R) необходимо я не имею возможности перечислить все достижения, рассматривать как отдельные ветви единой функции последовавшие в результате интенсивной работы по исE(R) комплексного переменного R, авторы [14] выполследованию этих состояний, выполненной сообществом нили расчет этой функции для системы H+. Различные ученых — специалистов в области физики атомных ветви функции E(R) соединяются в точках ветвления.

столкновений. Упомяну только одно открытие, свидеВероятности неадиабатических переходов между состоятельствующее о разнообразии новых явлений, связанных ниями, уровни которых соединяются в точках ветвления, с необычными, многократно возбужденными резонансвычисляются путем оценки фазовых интегралов вдоль ными состояниями, образующимися при ионно-атомных контуров, которые начинаются и оканчиваются на вещестолкновениях.

ственной оси R и совершают обход вокруг точек ветвлеСостояния атомов с двумя вакансиями во внутренних ния. Соловьев [16] обнаружил серии точек ветвления, оболочках могут образовываться с высокой вероятнополучившие название ”супервыдвижения” или S-серий, стью при ионно-атомных столкновениях. При этом даже двигаясь вдоль которых, электрон 2p объединенного в данном случае атом обычно релаксирует посредством атома может выдвигаться в состояние непрерывного оже-переходов, существенно идентичных оже-переходам спектра с энергией Ee. Одна из замечательных особеннов атомах с одной внутренней вакансией. Для таких стей этой теории состоит в том, что экспериментальные переходов характерно коррелированное движение двух данные о сечениях могут быть описаны свойствами электронов: один из них теряет энергию и заполняет функции адиабатической энергии E(R) при комплексных вакансию во внутренней оболочке, а второй удаляется, значениях R.

унося фиксированную энергию. В случае, когда образуИспользование адиабатических состояний в рамках ются две вакансии во внутренней оболочке, они обычно приближенной теории скрытых пересечений привело к заполняются путем двух независимых двухэлектронных определенному успеху, однако оно столкнулось с рядом переходов. В принципе имеется вероятность того, что других трудностей. Точное численное решение нестацидва электрона, заполняющие вакансии, передадут свою онарного уравнения Шредингера — это цель, которая энергию одному электрону в результате трехэлектронпрактически достигнута благодаря непрерывному усоного перехода, обусловленного вкладом корреляций в вершенствованию вычислительной техники. Непосредначальном или конечном состояниях. Такие переходы ственное применение стандартного метода связанных были обнаружены сотрудниками ФТИ [11]. Их удалось молекулярных собственных значений, известного такобнаружить благодаря разработке приборов с высокой же как метод возмущенных стационарных состояний, чувствительностью, а также тому, что атомы с двумя оказывается невозможным, несмотря на то, что, как вакансиями во внутренней оболочке образуются при следует из экспериментальных данных, электроны в атомных столкновениях с сечениями, близкими к геомепервом приближении движутся по молекулярным орбитрическим.

там. Можно предположить, что требование галилеевой Наряду с процессами во внутренних оболочках исинвариантности исключает возможность использования следовались и переходы с участием электронов валенттаких состояний в качестве базиса для неэмпирических ных оболочек. Осцилляции сечений возбуждения [12] расчетов. Оказалось, что эту трудность можно преодовыявили эффекты, связанные с интерференцией между леть многими способами, лучшим из которых, по моему различными ”траекториями”, ведущими к одному и тому мнению, является использование масштабного преображе конечному состоянию. Строя зависимость сечения зования, предложенного в работе [17]. Я не буду обвозбуждения от обратной скорости 1/v — величины, суждать детали этого преобразования, ограничусь лишь Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. 24 Дж. Мэйсек утверждением, что оно приводит к удовлетворительной теории.

Действительно, удовлетворительная формулировка задачи в терминах адиабатических состояний обнаруживает основную причину того, что они оказываются неудобными для выполнения полных неэмпирических расчетов ионизации, — необходимость использования бесконечного количества состояний. Это иллюстрируется моделью Демкова-Ошерова [18]. Чтобы перейти из связанного состояния в континуум, необходимо пересечь бесконечное число промежуточных состояний. Если какое-либо из них опущено, то результат становится в принципе ошибочным. По этой причине использование адиабатических состояний оказывается менее пригодным для решения уравнения Шредингера по сравнению с другими приближениями, например с прямым интегрированием дифференциального уравнения в частных производных или применением многоцентровых атомных состояний.

Наличие мощных современных компьютеров обусловливает очень высокую эффективность последних методов, однако при их использовании теряется общая физическая картина, в которой поведение орбиталей системы H+ является источником информации об ионно-атомных столкновениях.

Решение указанной дилеммы предполагает перестройку диаграмм адиабатических уровней энергии. В данном случае вместо переменной энергии вводится величина E(R)R2. Рис. 1, a представляет собой график функции Рис. 1. Зависимости параметра = E(R)R2 от R для частицы = E(R)R2 для модельной системы электрона в поле в поле двух ПНР (a) и обратной функции R() от (b). Все двух потенциалов нулевого радиуса (ПНР) [19,20]. Повеличины в атомных единицах.

вернем эту диаграмму на 90 и рассмотрим функцию R() (рис. 1, b). Этой функции отвечает лишь одна собственная функция R(), q — модифицированная эти собственные значения являются коэффициентами собственная функция S(, q). Точное решение модельпри потенциале V(q) в масштабированном уравнении ной задачи выражается через приведенную выше одноШредингера; при положительных они приобретают значную функцию. Оказалось, что благодаря масштабкомплексные или даже отрицательные значения. В поным свойствам кулоновского потенциала такая конструкследнем случае потенциал эффективно обращается и ция может быть применима и для двухатомных систем.

волновая функция концентрируется в области посредине В этом случае имеется бесконечное число функций между двумя протонами, в которой локальный потенциSn(, q), где теперь q = r/R — приведенная координата ал хорошо описывается гармоническим осциллятором.

электрона, а приведенная энергия определена выше. В Электроны имеют вероятность выдвинуться в область противоположность адиабатическому базису в нашем гармонического осциллятора посредством механизма песлучае амплитуда перехода между любым начальным ремещения на вершине потенциального барьера, что и любым конечным состояниями, включая континуум, приводит к появлению так называемой T -серии точек определяется только одной функцией. Развитие данной ветвления. Существуют две возможности для электронов теории явилось результатом сотрудничества между учедостичь континуума. Одна из них приводит к распреными ФТИ и Ок-Риджской Национальной Лаборатории.

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.