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 [3Ц7], 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) Ч многозарядный ион с зарядом z, остов которого находится в исходном электронном состоянии L; A{z -1}+(L, n1) Ч многозарядный ион, захвативший электрон в состояние с квантовыми числами n, 1, при этом его остов находится в квантовом состоянии L ;
B, B+ Ч атом мишени в исходном (основном) состоянии и ион, потерявший электрон; Q Ч 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 Ч 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.
енное 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 Дплоское зеркалоУ. 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 Чдля 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: | 1 | 2 | Книги по разным темам