WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

ет процессу захвата, осуществляющемуся как сложный Экспериментально были зарегистрированы ионы, увемногоэлектронный процесс (третья группа процессов личившие свою кинетическую энергию на величину E в таблице с нотацией d-2s+1L на рис. 2). В спектре, в диапазоне от 0 до 25 eV. Это значит, что при исво-первых, четко виден пик d-2P при E = 6.8eV, следованных энергиях столкновений захвата электрона соответствующий образованию ионов Ne2+([4S]3s3S) из ионом Ne3+(4S), находящимся в основном состоянии, состояния Ne3+(2P). Во-вторых, в эту область энергий в основное состояние иона Ne2+(3P) с точностью до попадает канал процесса захвата, связанный с обрачувствительности эксперимента не наблюдается (прозованием иона Ne2+([4S]3s3S) из состояния Ne3+(2D), цесс (4), который является аналогом процесса (2) для которому можно приписать экспериментально наблюданалетающего иона Ar3+(4S) на рис. 1) емый пик d-2D в спектре при E = 4.8eV. Эти процессы приводят к изменению мультиплетности остова Ne3+(2s22p3 4S) +He(1s2) Ne2+(2s22p4 3P) многозарядного иона и могут осуществляться только + He+(1s) +38.88 eV. (4) как захват электрона на 2p-подоболочку налетающего Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. Влияние электронов остова многозарядного иона на процесс одноэлектронного захвата Возможные каналы процесса одноэлектронного захвата, отвечающие экспериментально наблюдаемым изменениям кинетической энергии быстрых частиц Обозначение Партнеры реакции Продукты реакции Q, eV положения Q E, eV на рис. Ne3+(2P)+ He(1s2) Ne2+(2s2p5 3P)+ He+(1s) 21.25 a-2P 21.3 ± 0.Ne3+(2D)+ He(1s2) 18.63 a-2D 18.7 ± 0.Ne3+(4S)+ He(1s2) 13.55 a-4S Нет Ne3+(2P)+ He(1s2) Ne2+(2s2p5 1P)+ He+(1s) 10.69 b-2P 10.6 ± 0.Ne3+(2D)+ He(1s2) 8.07 b-2D 8.07 ± 0.Ne3+(2P)+ He(1s2) Ne2+([4S]3s3S)+ He+(1s) 6.97 d-2P 6.8 ± 0.Ne3+(2D)+ He(1s2) 4.35 d-2D 4.8 ± 0.Ne3+(4S)+ He(1s2) -0.73 d-4S Нет Ne3+(2P)+ He(1s2) Ne2+(2s22p4 3P)+ He+(n = 2) 5.78 c-2P Ne3+(2D)+ He(1s2) 3.07 c-2D Ne3+(4S)+ He(1s2) -1.92 c-4S Нет иона с одновременным возбуждением 2p-электрона в энергии электронного пучка в источнике ионов, почти состояние 3s и тушением метастабильного состояния. в 2 раза превышающей энергию связи 1s-электрона Простой захват с переходом электрона на уровень 3s (867 eV [14]), незначительна.

не вызывает тушения метастабильного состояния в силу Наличие в ионном пучке практически только мезакона сохранения спина, как это и будет эксперимен- тастабильных ионов Ne3+ качественно согласуется с тально подтверждено ниже при рассмотрении процес- данными работ [15,16]. Измеренные в этих работах сов взаимодействия ионов Ne3+(2s+1L) с атомами H и спектры ионов Ne2+, образовавшихся в столкновенимолекулами H2. Примерно в ту же область изменения ях ионов Ne3+ при энергии 600 eV [15] и при энеркинетической энергии попадают ионы, образовавшиегии 150 eV [16] с атомами He, показали, что основным ся при захвате электрона в основное состояние иона по величине является процесс захвата электрона метаNe3+(2s22p4 3P) с одновременным возбуждением иона стабильным ионом Ne3+(2P), сопровождающийся возмишени He+(n = 2) (третья группа процессов в таблице, буждением 2s-электрона остова многозарядного иона, нотации c-2P и c-2D на рис. 2).

обозначенный на рис. 2 как b-2P. Вклад процессов Отсутствие в спектре пика, соответствующего захвату с образованием триплетного состояния Ne2+(3P), обоэлектрона ионами в основном состоянии (a4-S на значенного a-2P и a-2D, при энергиях столкновения, рис. 2), как раз в центре спектра изменения кинетичеисследованных в этих работах, незначителен. Как видно ских энергий E образующихся ионов Ne2+ дает основаиз сравнения спектров, полученных нами при E = 2.ния предположить, что в ионном источнике при создании трехзарядных ионов неона электронным ударом в условиях однократных столкновений ионы Ne3+ в основном состоянии практически не образуются. Из этого также следует, что время жизни метастабильных ионов Ne3+ много больше времени пролета (t < 1.5 µs) до камеры столкновений, так как распад метастабильных ионов не привел к появлению ионов в основном состоянии в пучке, используемом в эксперименте.

Изменение энергии электронов в ионном источнике в диапазоне 150–1500 eV не привело к какому-либо заметному изменению измеряемого спектра E для процесса захвата ионами Ne3+, а значит и к изменению состава ионного пучка. Таким образом, очевидно, что механизм образования многозарядного иона Ne3+ в условиях однократных электрон-атомных столкновений связан в основном с электронами внешней оболочки атома неона 2s22p6. Вероятно, образование 2s-вакансии в атоме Рис. 2. Спектр изменения энергии E ионов при захвате однеона сопровождается возбуждением 2p-электронов с ного электрона ионами Ne3+ у атомов He. Начальные энергии последующим распадом возбужденных состояний. Роль ионов E, keV: — 2.7, • — 5.25. Обозначения аналогичны же образования K-вакансий в атоме неона даже при рис. 1 (нотация процессов — в таблице).

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 30 В.В. Афросимов, А.А. Басалаев, М.Н. Панов и 5.25 keV, относительная роль последних действительно возрастает с ростом энергии столкновения.

Таким образом, в простой с точки зрения изменения зарядовых состояний частиц процесс захвата одного электрона ионами Ne3+ из атомов He вовлечены электроны 2s- и 2p-подоболочек неона и 1s гелия, поэтому он оказывается сложным многоэлектронным процессом.

в) Взаимодействие ионов Ne3+ с а т о м а ми H и молекулами H2. Процесс захвата электрона метастабильным ионом может привести к перестройке электронной конфигурации остова многозарядного иона и к тушению метастабильного состояния во время взаимодействия. Это происходит при взаимодействии трехзарядных ионов Ne3+ с атомами гелия, когда электрон захватывается непосредственно в не полностью заполРис. 4. Спектр изменения энергии E ионов при захвате ненную оболочку остова многозарядного иона. Ответ на одного электрона ионами Ne3+ у атомов H. Обозначения те вопрос о тушении метастабильного состояния в момент же, что и на рис. 3.

взаимодействия при захвате электрона на более высокие уровни налетающего иона, не принадлежащие остову многозарядного иона, можно получить, либо уменьшая энергию столкновения, либо используя атомы мишени можно рассматривать как неделимую частицу с потенцис потенциалом ионизации, меньшим, чем потенциал алом ионизации, равным 15.43 eV. Возможность такого ионизации атома гелия.

рассмотрения молекулы основывается на том, что для Результаты измерений энергий ионов Ne3+ с начальисследуемой системы роль процессов, сопровождаемых ными энергиями 3, 6 и 9 keV при захвате электрона диссоциацией, относительно невелика. Это следует, воу молекул водорода представлены на рис. 3. Больший первых, из анализа полученных энергетических спекпик в спектре при E 9 eV соответствует захвату тров, а во-вторых, из прямых измерений методом совэлектрона на уровень 3s иона Ne2+. Наблюдается также падений сечений процессов захвата электрона: захвата захват на уровень 3p. Эти каналы процесса не связаны с диссоциацией и захвата с ионизацией, выполненных с обменом электронами между 2p- и 3s-подоболочками, нами для пар Arz +-He2 (z = 3, 6). Измерения показали, как в случае захвата электрона для пары Ne3+-He, и что в широком диапазоне скоростей столкновений сумма не вызывают перестройку остова метастабильных ионов.

сечений процессов, сопровождающихся диссоциацией В результате пики 3s и 3p могут быть приписаны молекулы, не превышает 10% для z = 3 и 20% для захвату электрона ионом Ne3+ в любом из трех соz = 6 от полного сечения процесса захвата одного стояний. В процессе захвата активным является лишь электрона. Незначительная роль процессов диссоциации один электрон, и процесс может описываться одноэлекдаже многоэлектронных молекул, таких как молекулы тронным приближением. При этом молекулу водорода N2 и O2, при захвате электронов медленными ионами Ne3+ (E = 75 eV) была продемонстрирована в работе [7].

Авторы работы [7] также наблюдали пики в спектрах потерь энергии, связанные с процессами захвата электрона метастабильными ионами Ne3+(2D) с образованием возбужденного иона Ne2+([2P]3s3P, P).

Таким образом, при столкновении с молекулой водорода, обладающей электроном с меньшей энергией связи, чем атом гелия, процесс захвата электрона в исследованной области энергий столкновений не вызывает перестройки электронной L-оболочки иона Ne3+.

На рис. 4 приведен спектр изменения кинетической энергии ионов Ne2+, образовавшихся при захвате одного электрона у атомов водорода ионами Ne3+ с энергией 3.0, 5.25 и 9.0 keV. В связи с меньшей энергией связи электрона в атоме водорода, чем в молекуле, основным каналом процесса является заселение более высоколежащего 3p-уровня иона Ne2+, чем уровень 3s.

Рис. 3. Спектр изменения энергии E ионов при захвате Такой переход в 3p-подоболочку осуществляется при одного электрона ионами Ne3+ у молекул H2. Начальные еще больших межъядерных расстояниях, соответству энергии ионов E, keV: —3, —6, • —9. Обозначения аналогичны рис. 1. ющих пересечению термов начального и конечного Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. Влияние электронов остова многозарядного иона на процесс одноэлектронного захвата состояний при межъядерных расстояниях около 8.5 а.и., Работа поддержана Российским фондом фундаменв то время как для заселения 3s-подоболочки они состав- тальных исследований (грант № 02-02-17590) и Проляют 5 a. u. Благодаря такому расположению областей граммой „Научные школы“ (грант НШ-2215.2003.2).

взаимодействия с ростом скорости столкновения, как видно из рис. 4, относительная вероятность захвата на Список литературы 3s-подоболочку возрастает. Все выводы о влиянии электронных состояний и участии электронов остова много[1] Salop A., Olson R.E. // Phys. Rev. A. 1976. Vol. 13. P. 1312– зарядных ионов на процесс одноэлектронного захвата, 1320.

сделанные для столкновений с молекулами водорода, [2] Sato Yu., Moore J.H. // Phys. Rev. A. 1979. Vol. 19. P. 495– находят свои подтверждения и в случае взаимодействия 503.

с атомами водорода. [3] Gaboriaud M.N., Barat M., Roncin P. et al. // J. Phys. B. 1994.

Vol. 27. P. 4595–4609.

[4] Bloemen E., Winter H., de Heer F.J. et. al. // J. Phys. B. 1978.

Выводы Vol. 11. P. 4207–4226.

[5] Афросимов В.В., Басалаев А.А., Самойлов А.В. и др. // Проведен анализ заселенностей электронных состояЖЭТФ. 1986. Т. 91. Вып. 2 (8). С. 465–476.

ний ионов, образующихся в результате процесса захвата [6] Schmeissner C., Cocke C.L., Mann R. et al. // Phys. Rev. A.

одного электрона при взаимодействии многозарядных 1984. Vol. 30. P. 1661–1671.

ионов, имеющих электронный остов, с атомами. Пока- [7] Kamber E.Y., Ferguson S.M. // Phys. Rev. A. 2001. Vol. 63.

P. 022701.

зано, что захват электрона может с высокой вероят[8] Афросимов В.В., Басалаев А.А., Лейко Г.А. и др. // ЖЭТФ.

ностью осуществляться как двухэлектронный процесс 1978. Т. 74. Вып. 5. С. 1605–1615.

и сопровождаться возбуждением остова многозарядного [9] Nikulin V.K., Dijkkam D., Gordeev Yu.S. et al. // J. Phys. B.

иона. Сечения экзотермических каналов этого процесса 1984. Vol. 17. P. L721–L725.

захвата эффективно осуществляются в диапазоне изме[10] Afrosimov V.V., Leiko G.A., Panov M.N. // IX ICPEAC.

нения потенциальной энергии системы сталкивающихся Abstracts of Papers. Seattle, 1975. P. 183–184.

частиц Q +5 + 25 eV с передачей соответствующей = [11] Moore C.E. // Atomic Energy Levels. NBS Circular NSRDS– кинетической энергии частицам — партнерам столкNBS 35. Washinngton DC. 1971.

новения. Величины сечений таких процессов могут [12] NIST Atomic Spectra Database. http:/physics.nist.gov/cgi-bin/ многократно превышать сечения конкурирующих одноAtData/main_asd электронных процессов: либо эндотермических, либо с [13] Motohashi K., Tsurubuchi S. // J. Phys. B. 2003. Vol. 36.

Q > 30 eV. При наличии в пучке многозарядных ионов P. 1811–1833.

[14] Зигбан К., Норлинг К., Фальман А. и др. // Электронв метастабильных состояниях эффективно происходит ная спектроскопия. М.: Мир, 1971. 493 с. Sierbahn K., тушение метастабильного состояния при захвате элекNordling C., Fahlman A. et al. // ESXA Atomic, Molecular трона в возбужденную оболочку остова иона. Применявand Solid State Structure Studies by Means of Electron шийся в работе метод столкновительной спектроскопии Spectroscopy. Uppsala, 1967.

может быть использован для диагностики электронных [15] Lebius H., Koslowski H.R., Huber B.A. // Z. Phys. D. 1989.

состояний частиц в пучке многозарядных ионов. При Vol. 11. P. 53–61.

этом путем выбора в качестве частиц-мишеней, у кото[16] Said R., Kamber E.Y., Yaltkaya S. et al. // J. Phys. B. 1994.

рых происходит захват электрона, атомов с различными Vol. 27. P. 3993–4008.

потенциалами ионизации и изменения энергии столкновения можно вызвать эффективное тушение метастабильных состояний ионов различной зарядности.

Образование в процессе ионизации электронным ударом многозарядных ионов в метастабильном состоянии указывает на то, что процесс многократной ионизации атома электронным ударом связан с возбуждением внешней оболочки атома и последующей ее релаксацией, причем образующийся многозарядный ион может оставаться в возбужденном состоянии, очевидно не обязательно метастабильном. Показана возможность высокой вероятности заселения долгоживущих возбужденных состояний при многократной ионизации атомов электронным ударом. Этот эффект необходимо учитывать при интерпретации измерений потенциалов кратной ионизации тяжелых атомов, молекул и особенно кластеров методом энергии появления, если измерения проводятся в условиях однократных столкновений тяжелых частиц с электронами.

Pages:     | 1 ||



© 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.