WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 8 02;12 Влияние электронов остова многозарядного иона на процесс одноэлектронного захвата © В.В. Афросимов, А.А. Басалаев, М.Н. Панов Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, 194021 Санкт-Петербург, Россия e-mail: a.basalaev@mail.ioffe.ru (Поступило в Редакцию 7 декабря 2004 г.) Методом столкновительной спектроскопии — прецизионного анализа изменения кинетической энергии ионов при взаимодействии ионов с атомами изучалось заселение различных электронных состояний частиц, образовавшихся в процессе захвата одного электрона у атомов водорода, гелия и молекул водорода ионами keV-энергий Ar3+ и Ne3+. Показано, что захват одного электрона во многих случаях является многоэлектронным процессом, сопровождающимся перестройкой остова многозарядного иона. Обнаружено, что при ионизации атомов Ne электронным ударом трехзарядные ионы Ne3+ образуются преимущественно в метастабильных состояниях. Заселение возбужденных состояний частиц при их многократной ионизации необходимо учитывать при определении характеристик различных частиц методом потенциалов появления.

Метод столкновительной спектроскопии может быть использован для анализа примеси метастабильных ионов в ионных пучках.

Введение электронов атома-мишени [9]. В большинстве случаев предполагалось, что электроны остова многозарядноИсследования взаимодействия медленных многозарядго иона не участвуют в процессе, а только вместе ных ионов с атомами интенсивно ведутся с начала с электронами мишени определяют структуру термов 70-х годов. Эти работы были стимулированы в первую квазимолекулярной системы, образующейся в медленочередь потребностью в данных о сечениях процесса ных ион-атомных столкновениях. Однако эксперимент захвата электрона ионами примесей в плазме установок показывает, что процесс одноэлектронного захвата моуправляемого термоядерного синтеза для анализа их жет осуществляться как многоэлектронный процесс, влияния на энергетический баланс и зарядовый состав сопровождающийся возбуждением электронов остова плазмы. Наибольший практический интерес представмногозарядного иона, и вклад этого канала захвата ляли случаи взаимодействия многозарядных ионов с с возбуждением в сечение захвата одного электрона атомарным водородом. Исследования одноэлектронных может быть достаточно большим даже при высокой систем показали, что процесс одноэлектронного захвазарядности налетающего иона. В работе [3] значительная та при медленных ион-атомных столкновениях хорошо роль процесса захвата с возбуждением была обнаружена, описывается двухуровневой квазимолекулярной моденапример, при взаимодействии литиеподобных ионов лью, в рамках которой процесс захвата определяется Ne7+(1s22s) и F6+(1s22s) с атомами He и Ne.

взаимодействием частиц в области межъядерных расДанная работа посвящена выяснению роли многоэлекстояний, соответствующих псевдопересечению термов тронных каналов в процессе захвата одного электрона начального и конечного состояний квазимолекулы. Было ионами Ar3+ и Ne3+ у различных мишеней на основе также показано, что вероятности переходов из-за экзорегистрации электронных состояний партнеров столктермичности процесса с участием многозарядных ионов, новения. Полученные данные использовались также для происходящего при больших межъядерных расстояниях, анализа начальных электронных состояний налетающих с достаточной точностью могут быть вычислены по ионов Az +.

модели Ландау-Зинера [1,2]. Захват одного электрона ионом, имеющим несколько электронов, у атома, сохраняя общие закономерности процесса, присущие 1. Методика эксперимента одноэлектронной системе, может осуществляться как двухэлектронный процесс, получивший название захвата Для исследования электронных состояний ионов, обс возбуждением [3]. Очевидно, что возможны два типа разующихся в процессе одноэлектронного захвата, был таких двухэлектронных процессов. Захват электрона мо- использован метод столкновительной спектроскопии, жет сопровождаться либо возбуждением остова много- основанный на прецизионном анализе кинетической зарядного иона [3–7], либо электронным возбуждением энергии многозарядного иона после столкновения. Мечастицы мишени [5,8]. тодика эксперимента описана в работах [8,10] и основана Теоретические исследования электронных корреляций на том, что изменение кинетических энергий ( E) взаив процессе взаимодействия многозарядных ионов с ато- модействующих частиц в результате неупругого процесмами обычно связаны с анализом взаимного влияния са захвата одного электрона (1) определяется разницей Влияние электронов остова многозарядного иона на процесс одноэлектронного захвата их потенциальной энергии Q до и после столкновения Az +(L) +B A(z -1)+(L, n1) +B+ + Q, (1) где Az +(L) — многозарядный ион с зарядом z, остов которого находится в исходном электронном состоянии L; A{z -1}+(L, n1) — многозарядный ион, захвативший электрон в состояние с квантовыми числами n, 1, при этом его остов находится в квантовом состоянии L ;

B, B+ — атом мишени в исходном (основном) состоянии и ион, потерявший электрон; Q — изменение потенциальной энергии системы сталкивающихся частиц, вычисляемое из данных по энергии атомных уровней [11,12].

При малых углах рассеяния кинетическая энергия, переданная частице мишени, пренебрежимо мала, поРис. 1. Спектр изменения кинетической энергии E ионов при этому измеряемое изменение кинетической энергии E захвате одного электрона ионами Ar3+ у атомов He. Горизон4 2 налетающей частицы после неупругого столкновения тальные линии, помеченные S, D, P, обозначают шкалы Q практически совпадает по величине с изменением по- для трех возможных начальных состояний налетающего иона тенциальной энергии системы Q. Это дает возмож- Ar3+(3s23p3). Расчетные положения пиков для различных конечных электронных состояний партнеров столкновения — ность использовать величину E для идентификации вертикальные линии.

возбужденных состояний частиц после столкновения по данным об энергиях их уровней. При существенных углах рассеяния кинетическая энергия иона отдачи также может быть вычислена и учтена.

E = 16 eV. Ионы Ar2+ с такой кинетической энерВ настоящей работе был использован источник многией соответствуют процессу (2), в котором осущегозарядных ионов с электронным ударом, причем отноствляется захват электрона ионами в основном сосительно низкая интенсивность электронного пучка и стоянии Ar3+(3s23p3 4S) в основное состояние иона малая плотность газа в источнике обеспечивали обраAr2+(3s23p4 3P). Расчетное положение пика, обусловзование ионов в условиях однократных столкновений.

ленное изменением потенциальной энергии партнеров Анализ энергии ионов, прошедших камеру столкновестолкновения, Q = 16.16 eV обозначено на рис. 1 черний, осуществлялся электростатическим анализатором той a1 на шкале основного состояния S типа „плоское зеркало“. Возможность разделения пиков в экспериментально измеряемом спектре кинетической Ar3+(3s23p3 4S) +He(1s2) Ar2+(3s23p4 3P) энергии ионов определяется аппаратной функцией анализатора энергии и монохроматичностью первичного + He+(1s) +16.16 eV. (2) пучка. В настоящей работе полная ширина на полувысоте аппаратной функции экспериментальной устаИоны первичного пучка Ar3+(3s23p3) могут также новки при энергии столкновения 1 z keV составляла находиться в двух метастабильных электронных состоя2 0.4 z eV. Точность определения положения пиков в ниях D и P с энергиями возбуждения EMS = 2.62 eV и энергетических спектрах ионов A(z -1)+, как показали EMS = 4.3 eV соответственно. При захвате метастабильмногократные измерения, была лучше 1 eV.

ным ионом электрона в подоболочку 3p происходит ее Газовая мишень создавалась с помощью камеры с перестройка и выделившаяся при этом потенциальная дифференциальной откачкой. Для получения мишени из энергия метастабильного состояния приводит к дополатомарного водорода камера столкновений, сделанная из нительному по сравнению с процессом (2) увеличению вольфрама, нагревалась электронным пучком до темпекинетической энергии иона, захватившего электрон. При ратуры 2500 K. При этой температуре степень диссозахвате одного электрона в подоболочку 3p-ионом, нациации молекулярного водорода в камере столкновений ходящимся в основном квартетном состоянии S, обсоставляла 78%.

разующийся ион Ar2+ может находиться только в триплетном основном состоянии P, а ионы, образующиеся из метастабильных ионов Ar3+(2D) и Ar3+(2P), могут 2. Экспериментальные результаты 3 находиться в трех электронных состояниях: P, P и S. Расчетные положения пиков, соответствующих этим а) Взаимодействие ионов Ar3+ с атомами He.

конечным состояниям, обозначены на рис. 1 как a1, a2, На рис. 1 приведен спектр кинетических энергий ионов Ar2+, образовавшихся при захвате одного электро- a3 на шкалах, соответствующих двум метастабильным на ионами Ar3+ с начальной кинетической энергией начальным состояниям ионов Ar3+. Как видно из рис. 1, 5.25 keV у атомов гелия. Наибольший по величине небольшой пик с энергией ( E 18.5eV) может быть пик в спектре соответствует ионам, увеличившим по- объяснен только наличием в первичном пучке примеси 2 сле захвата электрона свою кинетическую энергию на метастабильных ионов в состояниях D и (или) P.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 28 В.В. Афросимов, А.А. Басалаев, М.Н. Панов Область спектра с E -4 - eV обусловлена Также не наблюдаются и процессы образования ионов --одноэлектронными эндотермическими процессами, при Ne2+ в состояниях с конфигурацией 2s22p4 2s+1L из накоторых электрон захватывается в возбужденное со- летающих ионов, находящихся в метастабильных состостояние иона Ar2+(3s23p3n1). (n1 = 3d, 4s, 4p) без из- яниях Ne3+(2D) и Ne3+(2P), так как соответствующие менения начального состояния остова многозаряднопики должны были бы занимать область E = 37-47 eV.

го иона. Вклад таких процессов составляет примерМалая вероятность перечисленных выше процессов объно 15% от полного сечения захвата. Область спектра ясняется их большими дефектами резонанса [11,12], с E 1-7 eV соответствует ионам, образованным в вследствие чего квазипересечения термов начального и двухэлектронном процессе (3), который осуществляетконечного состояний системы сталкивающихся частиц ся с возбуждением остова многозарядного иона, в {NeHe}3+, соответствующих этим электронным перерезультате которого происходит переход 3s-электрона ходам, должны быть расположены при малых межъна уровень 3p. Расчетные положения пиков для этого ядерных расстояниях. Это в свою очередь приводит к процесса обозначены на рис. 1 буквами b1 для конечного значительному расщеплению между термами, что делает состояния Ar2+(3s3p5 3P) и b2 —для Ar2+(3s3p5 1P) электронные переходы маловероятными в исследуемом диапазоне низких скоростей столкновений.

Ar3+(3s23p3 2s+1L) +He(1s2) При захвате электрона ионами Ne3+ на возбужденные уровни с n > 3 все каналы процесса являются Ar2+(3s3p5 3P, P) +He+(1s). (3) эндотермическими E < 0 и, как показывают экспериНа основании спектра, приведенного на рис. 1, можно ментальные результаты, маловероятны, так как никаких сказать, что большая часть ионов Ar3+ первичного статически значимых пиков в этой области спектра не пучка находятся в основном состоянии. Часть каналов обнаружено. Таким образом, наблюдаемый захват элекпроцесса одноэлектронного захвата (около 10% полного трона с изменением кинетической энергии налетающих сечения) является на самом деле двухэлектронными ионов для системы (NeHe)3+ в диапазоне E = 0-25 eV процессами и сопровождается возбуждением одного из должен соответствовать каналам процессса захвата элек3s-электронов остова на более высокий 3p-уровень обтрона на уровень 2p, при которых конечное электронное разующегося двухзарядного иона. Процесс возбуждения состояние либо иона-снаряда, либо мишени оказывается 3s-электрона остова иона Ar3+ при захвате электровозбужденным. Список этих каналов приведен в таблице.

на у молекулы CF4 наблюдался также в работе [13].

Для ионов в основном состоянии (2s22p34S) в области Процесс захвата электрона ионами Ar3+, сопровождаизменения кинетических энергий E, где наблюдаются ющийся возбуждением образующихся ионов мишени процессы захвата одного электрона, может существовать He+(n = 2) имеет гораздо меньшее сечение, поскольку статистически значимые пики в спектрах E ионов Ar2+ единственный канал захвата с одновременным переходом электрона с уровня 2s на уровень 2p и выделением с соответствующими E -25 eV не были обнаружены.

энергии Q = 13.55 eV (канал a-4S в таблице). Однако б) Взаимодействие ионов Ne3+ с атомами пика в спектре, соответствующего осуществлению этого He. Спектры энергий быстрых ионов Ne2+, образованных в процессе захвата одного электрона ионами Ne3+ канала, не наблюдается. Имеющийся же на рис. 2 ярко выраженный дублет, обозначенный как a-2P и a-2D, с начальными энергиями E = 2.7 и 5.25 keV у атомов соответствует захвату электрона метастабильными ионагелия, представлены на рис. 2. Здесь и далее на рисунках 2 ми P и D с образованием ионов Ne2+ в триплетспектры для разных энергий столкновений нормированы ном электронном состоянии 2s2p5 3P. Следующим по на максимум основного пика. Ввиду того что внешняя величине вклада в сечение одноэлектронного захваэлектронная подоболочка налетающих ионов Ne3+, как и в случае Ar3+, состоит из трех p-электронов, ионы та является канал захвата электрона метастабильными Ne3+ в первичном пучке могут также находиться в трех ионами Ne3+(2P) с образованием иона Ne2+(2s2p5 1P) в 4 2 электронных состояниях: S, D (EMS = 5.08 eV) и P синглетном состоянии (b-2P).

(EMS = 7.7eV), и все конечные электронные состояния Область спектра энергий 1 < E < 8 eV соответствупродуктов реакции аналогичны состояниям Ar2+.

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.