Процеси парних зіткнень повільних електронів, іонів та збуджених атомів з атомами та молекулами

Встановлено значну роль температури поверхні у поведінці функціональних параметрів сонячних елементів при напиленні на них металічних покрить. За даними досліджень сформульовано ряд рекомендацій щодо врахування параметрів власної атмосфери космічного апарату (концентрації та температури) при оцінці його живучості та витривалості в умовах реального космічного простору. Вказано на доцільність створення умов, за яких можливим є утворення просвітлюючих покрить в реальних орбітальних експериментах зі штучними хмарами.

Висновки

1. У дисертаційній роботі виконано значний цикл досліджень процесів збудження метастабільних станів при електрон-атомних (молекулярних) та іон-атомних зіткненнях, пружного розсіяння метастабільних атомів нейтральними незбудженими атомами, однократної та дисоціативної іонізації широкого класу молекул - від атмосферних до складних вуглеводень (дейтерій)- і галоген-містких.

2. За допомогою методу спектроскопії метастабільних станів виконано цикл досліджень диференціальних (за кутами зносу метастабільних атомів) перерізів електронного збудження атомів He, Ne та Ar у метастабільні стани та їх енергетичних залежностей у області енергій електронів поза першим потенціалом іонізації.

3. На підставі теоретичного розрахунку енергій автоіонізаційних станів нейтральних атомів гелію, неону, аргону та автовідривних станів їх негативних іонів у локальному наближенні теорії функціоналу густини класифіковано структуру у енергетичних залежностях диференціальних перерізів збудження. Вперше встановлено, що виникнення особливостей диференціальних перерізів поблизу включення автоіонізаційних та автовідривних станів є пов'язаним як з розпадом відповідних збуджених станів нейтрального атома мішені та його негативного іону, так і інтерференцією динамічних та кінематичних каналів розсіювання повільних електронів атомами. Дано однозначну класифікацію належності спостережуваної структури енергетичних залежностей диференціальних перерізів відповідним автоіонізаційним та автовідривним станам.

4. Вперше виконано цикл досліджень диференціальних (за кутами зносу) перерізів збудження метастабільних станів атомів He(2^3,1S), Ne(3³P^о_2,0) та Ar(4³P^о_2,0) при взаємодії з повільними іонами Mg⁺ у області кутів зносу, близьких до нульового. З застосуванням методики аналізу кінематики іон-атомного розсіювання розраховано диференціальні перерізи збудження вказаних метастабільних станів іонним ударом у системі центра мас. Встановлено, що заселення метастабільних рівнів атомів мішені пов'язане з перетином термів квазімолекули при розльоті частинок та внеском ефекту фазової інтерференції квазімолекулярних станів. Інтерпретація результатів досліджень з залученням даних з перерізів збудження у системі центра мас дозволила встановити, що основним механізмом заселення довгоживучих метастабільних станів при розсіюванні у область малих кутів зносу є утворення та розпад проміжних станів квазімолекули.

5. Досліджено диференціальні (за кутами зносу) перерізи збудження метастабільних молекул O₂(А³_u⁺) електронним ударом в області енергій електронів до першого потенціалу іонізації та їх енергетичні залежності. Надійно ідентифіковано особливості резонансної структури в енергетичних залежностях диференціальних перерізів збудження, більшість з яких ототожнено з внесками короткоживучих станів молекулярного негативного іону. Використання кінематичного підходу дозволило однозначно встановити, що структура диференціальних перерізів збудження метастабільних молекул є пов'язаною з кінематикою розсіювання і внесками граничних кутів зносу молекул під дією імпульсу збуджуючого електрону.

6. Досліджено диференціальні перерізи пружного розсіювання метастабільних атомів гелію, аргону, криптону і ксенону атомами натрію та магнію в основному стані в області малих і проміжних лабораторних кутів розсіювання при енергіях зіткнення від 10 до 100 меВ (в системі центра мас). Вперше ідентифіковано структуру в диференціальних перерізах пружного розсіювання метастабільних атомів He(2^1,3S), Ar(4³P^о_2,0), Kr(5³P^о_2,0), Хе(6³P^о_2,0) атомами Na(²S) та Mg(¹S) в діапазоні малих (0-20^о) кутів розсіювання.

7. З залученням методу фазового аналізу процесу пружного розсіювання атомних частинок при теплових енергіях зіткнення у наближенні локального оптичного потенціалу ідентифіковано структуру в диференціальних перерізах пружного розсіювання метастабільних атомів He(2^1,3S) атомами Na(3²S). Встановлено, що низькочастотна структура диференціальних перерізів пружного розсіювання обумовлена інтерференцією амплітуд від різних частин потенціалу взаємодії, а також явищем орбітування. Показано, що ця структура диференціального перерізу пов'язана, в основному, з особливостями розсіювання метастабільних атомів гелію в синглетному стані.

8. Мас-спектрометричною методикою досліджено диференціальні перерізи утворення іонізованих фрагментів процесу дисоціативної іонізації молекул атмосферних газів та парціальні перерізи іонізації і дисоціативної іонізації молекул фреонів та складних водень- і дейтерій-містких молекул (H₂-D₂, H₂O-D₂O, C₆H₆-C₆HD₅ (С₆D₆), С₅H₅N-С₅D₅N, C₃H₇NO-C₃D₇NO) електронним ударом. Встановлено важливу роль процесів автоіонізації вихідної молекули в утворенні іонних продуктів. Аналіз спектрів кінетичних енергій іонних фрагментів дозволив підтвердити висновок, що, окрім механізму прямої дисоціації молекулярного іона, суттєвим є механізм предисоціації його відповідних електронних станів.

9. Встановлено абсолютні величини порогових енергій появи як родоначальних, так і дочірніх іонів-фрагментів внаслідок реакцій однократної та дисоціативної іонізації молекул води, бензолу, піридину та диметилформаміду і їх дейтерованих аналогів. Знайдено абсолютні величини зсуву енергій появи іонних фрагментів молекул, що різняться ізотопним складом (атомні константи). Для ряду іонів встановлено абсолютні величини перерізів їх утворення, які знаходяться у хорошому узгодженні з літературними даними. Виявлено, що ефективності виходу ряду іонів-фрагментів перевищують ефективність прямої іонізації вихідних молекул фреонів на декілька порядків, а наявність водневого зв'язку підвищує енергію дисоціації.

10. Дослідження взаємодії пучків ряду лужних та лужноземельних атомів з поверхнею сонячних елементів космічного базування дозволило встановити ряд закономірностей поведінки їх електрофізичних властивостей в різних умовах стану поверхні та власної атмосфери космічного апарату. Вперше сформульовано практичні рекомендації щодо необхідності врахування параметрів власної атмосфери космічного апарату при оцінці його живучості та витривалості в умовах реального космічного простору.

Список використаних джерел

Schulz G.J. Resonances in Electron Impact on Atoms and Diatomic Molecules// Rev.Mod.Phys. 1973. V.45, No3. P.378-486.

Buckmann S.I., Clark C.W. Atomic Negative-Ion Resonances // Rev. Mod. Phys. 1994. V.66, No 2. P. 539-655.

Lengyel V.I., Zatsarinny O.I., Remeta E.Yu. Electron Scattering on Complex Atoms (Ions). Huntington: Nova Science. 2000. 474 p.

Spence D. A Technique to Enhance and Separate Negative ions from Neutral Autoionizing Features in Scattered Electron Spectra in the Ionization Continuum: Application to Negative Ions in Neon // J.Phys.B. 1980. V.13, No 8. P. 1611-1624.

Hasted J.B., Mathur D. Electron-Molecule Resonances // Electr.-Mol. Interact.Appl. 1984. V. 1, No 1. P. 403-475.

Andersen N., Nielsen S.E., Olsen K.J. Phase Interference and Optical Polarization Effects in Radiation from Low-Energy Collisions Between N⁺, O⁺ and Na⁺ or Mg⁺ Ions and Ne Atoms // Adv. At. Mol. Phys. 1982. V. 18, No 2. P. 265-272.

Леонас В.Б. Межмолекулярные взаимодействия и столкновения атомов и молекул // Итоги науки и техники. Т.І. М: ВИНИТИ. 1980. 206 с.

Mдrk T.D. Ionization of Molecules by Electron Impact. I // El.-Mol. Inter. Apll. N-Y: Acad. Press Inc. 1984. P. 251-334.

Determination of Absolute Partial and Total Electron Impact Ionization Cross Sections for CF₂Cl₂ from Threshold up to 180 eV / Leiter K., Scheier P., Walder G., Mдrk T.D. // Int. Journ. Mass Spectr. Ion Proc. 1989. V. 87. P.209-224.

Isotope Effects in the Electron Impact Ionization of H₂,/D₂, H₂O/D₂O and C₆H₆/C₆D₆ Near Threshold / Hanel G., Gstir B., Fiegele T., Hagelberg F., Becker K., Scheier P., Snegursky A.V., Mдrk T.D. // J. Chem. Phys. 2002. V. 166, No 6. P. 2456-2463.

Mallard W.G., Linstrom P.J. NIST Standard Reference Database. E. 2000. V. 69 (Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology, USA); webpage: http://webbook.nist.gov.

Список основних робіт, опублікованих за темою дисертації

Метастабільні атоми і молекули / Завілопуло А.М., Ремета Є.Ю., Снігурський О.В., Шпеник О.Б. Львів: Євросвіт, 2001. 440 с.

Excitation of Metastable Levels of Noble-Gas Atoms in Crossed Electron and Gas Dynamical Atomic Beams / Shpenik O.B., Zavilopulo A.N., Snegursky A.V., Fabrikant I.I. // J. Phys.B. 1984. V.17. P. 887-904.

Особенности возбуждения метастабильных состояний атомов инертных газов электронным ударом / Фабрикант И.И., Шпеник О.Б., Снегурский А.В., Завилопуло А.Н. // Опт. спектр. 1984. Т. 56, № 4. С. 743-746.

Завилопуло А.Н., Снегурский А.В., Шпеник О.Б. Полные сечения возбуждения метастабильных уровней атомов инертных газов электронным ударом // ЖПС. 1985. Т. 42, № 2. С. 192-196.

Снегурский А.В., Завилопуло А.Н. Особенности электронного возбуждения метастабильных уровней молекулы азота // Опт. спектр. 1986. Т.60, №3. С. 478-484.

Влияние параметров столкновения на наблюдаемые сечения возбуждения метастабильных атомов гелия электронами / Фабрикант И.И., Шпеник О.Б., Завилопуло А.Н., Снегурский А.В. // Опт. спектр. 1986. Т.61, №6. С. 1356-1359.

Обнаружение долгоживущих комплексов при атом-молекулярных взаимодействиях / Завилопуло А.Н., Снегурский А.В., Жуков А.И., Шпеник О.Б., Романовский Ю.А. // Письма в ЖТФ. 1987. Т. 13, № 2. С. 86-90.

Electron-Impact Formation of Metastable Atoms / Fabrikant I.I., Shpenik O.B., Snegursky A.V., Zavilopulo A.N. // Physics Reports. 1988. V.159, No 1/2. P. 1-97.

Новые данные по диссоциативной ионизации СО₂ электронным ударом / Жуков А.И., Завилопуло А.Н., Снегурский А.В., Шпеник О.Б.// Письма в ЖТФ. 1989. Т.15, №2. С. 22-26.

Снегурский А.В., Завилопуло А.Н. Электронное возбуждение метастабильного с³_u-уровня молекулы водорода // ЖПС. 1989. Т. 50, № 5. С. 858-861.

Dissociative Ionisation of O₂ and CO₂ by Electron Impact: Energy and Angular Distributions of Fragments / Zhukov A.I., Zavilopulo A.N., Snegursky A.V., Shpenik O.B. // J. Phys. B. 1990. V. 23. P. 2373S-2381S.

Завилопуло А.Н., Жуков А.И., Снегурский А.В. Исследование электрофизических свойств солнечных элементов в присутствии атомов металлов // Письма в ЖТФ. 1991. Т. 17, № 12. С. 83-87.

Источник пучков метастабильных частиц с электронным возбуждением / Завилопуло А.Н., Шпеник О.Б., Жуков А.И., Снегурский А.В. // ЖТФ. 1993. Т. 63, № 1. С. 175-180.

Снігурський О.В., Жуков О.І., Завілопуло А.М. Диференціальні перерізи пружного розсіяння метастабільних атомів He(2^3,1S), Ar, Kr та Xe(n³P_2,0) атомами Mg(¹S₀) // УФЖ. 1994. Т. 39, № 3. С. 300-303.

On the Role of Autoionizing and Autodetaching States in the Excitation of Metastable Levels in the Autoionizing Energy Region: Helium / Snegursky A.V., Remeta E.Yu., Zavilopulo A.N., Shpenik O.B. // J. Phys. B. 1994. V. 27. P. 1589-1597.

Zavilopulo A.N., Snegursky A.V., Romanovsky Yu.A. Adsorbed Metal Film Influence on the Electro-Physical Properties of Solar Elements // Opt.-Electr. Review. 1995. No 3/4. P. 88-90.

Remeta E.Yu., Snegursky A.V., Zavilopulo A.N. On the Role of Autoionizing and Autodetaching States in the Excitation of Metastable Levels in the Autoionizing Energy Region: Neon // J. Phys. B. 1995. V. 28. P. 4659-4666.

Пороговые энергии появления ионов-фрагментов диссоциативной ионизации молекулы бензола электронным ударом / Завилопуло А.Н., Снегурский А.В., Контрош Е.Э., Цапфел И.О. // Письма в ЖТФ. 1996. Т. 22, № 1. С. 3-6.

Ремета Е.Ю., Снегурский А.В., Завилопуло А.Н. Спектроскопия метастабильных состояний атомов неона и аргона в автоионизационной области энергии // Опт. спектр. 1996. Т. 81, № 1. С. 17-24.

Snegursky A.V., Zavilopulo A.N. A Mass-Spectrometric Apparatus for Isotope Separation Purposes // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 1997. V. 126. P. 301-304.

Пружне розсіяння метастабільних атомів Не(2^3,1S) атомами Na(3²S) / Ремета Є.Ю., Келемен В.І., Завілопуло А.М., Снігурський О.В. // УФЖ. 1999.- Т. 44, № 9. С. 1077-1081.

Снегурский А.В. Электронное возбуждение метастабильных состояний молекулы кислорода // Опт. спектр. 1999. Т. 86, № 4. С. 594-597.

Snegursky A.V., Zavilopulo A.N. Electron-Impact Ionization of D₂O Molecule: Single-Ionization Partial Cross Section // Наук. вісник Ужгород. унів. Серія: Фізика. 2000. № 6. С. 207 - 210.

Упругое рассеяние метастабильных атомов Не(2^3,1S) атомами Na(3²S) при энергии 68 мэВ / Ремета Е.Ю., Келемен В.И., Завилопуло А.Н., Снегурский А.В. // ЖЭТФ. 2000. Т. 177, № 2. С. 286-293.

Snegursky A.V. Threshold Peculiarities of Electron-Impact Dissociative Ionization of Polyatomic Molecules: Pyridine // Наук. вісник Ужгород. унів. Серія: Фізика. 2000. № 8. P. 94-97.

Isotope Effects in the Electron Impact Ionization of H₂,/D₂, H₂O/D₂O and C₆H₆/C₆D₆ Near Threshold / Hanel G., Gstir B., Fiegele T., Hagelberg F., Becker K., Scheier P., Snegursky A.V., Mдrk T.D. // J. Chem.Phys. 2002. V. 166, No 6. P. 2456-2463.

Завилопуло А.Н., Снегурский А.В. Пороговая ионизация молекул электронным ударом // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28, № 21. С. 68-74.

А.с. №1491318 СССР, МКИ⁴ Н05Н 3/00. Способ получения пучка нейтральных частиц/ Завилопуло А.Н., Перминов В.Д., Снегурский А.В. (СССР). -№4171974; Заявлено 04.01.87. Зареєстровано в Державному Реєстрі винаходів СРСР 01.03.89.

А.с. № 1684830 СССР, МКИ⁵ Н 01 J 49/26. Способ определения содержания молекулярного компонента в атомном пучке /Жуков А.И., Завилопуло А.Н., Снегурский А.В., Шпеник О.Б. (СССР).- № 4486895; Заявлено 26.09.88. Зареєстровано в Державному Реєстрі винаходів СРСР 15.06.91. Опубліковано 15.10.91. Бюлетень № 38.

А.с. №1821817 СССР, МКИ⁵ G21K 1/00. Способ монокинетизации пучка нейтральных атомов или молекул /Завилопуло А.Н., Жуков А.И., Снегурский А.В. (СССР).- №4884601; Заявлено 11.10.90. Зареєстр. в Державному Реєстрі винаходів СРСР 12.10.92. Опубліковано 15.06.93. Бюлетень № 22.

Metastable TOF-Analysis of Rarefied Gas Flows / Perminov V.D., Shpenik O.B., Snegursky A.V., Zavilopulo // Proceedings of the 15^th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, Grado (Italy). 1986. P. 696-704.

Образование метастабильных атомов Не(2^3,1S) при медленных столкновениях ионов Mg⁺ с Не / Контрош Е.Э., Снегурский А.В., Завилопуло А.Н., Жуков А.И., Шпеник О.Б. // В сб.: Физика электронных и ионных столкновений. №11. Ленинград: ФТИ, 1989. С. 177-182.

Ремета Е.Ю., Снегурский А.В., Завилопуло А.Н. Роль автоионизационных и автоотрывных состояний в электронном возбуждении метастабильных уровней атома гелия в области энергий от 57 эВ до 65 эВ // Тезисы докладов Семинара по атомной спектроскопии, М. 1990. С. 108.

Pulsed Source of Neutral and Metastable Supersonic Beams / Zavilopulo A.N., Snegursky A.V., Zhukov A.I., Shpenik O.B. // In: "Rarefied Gas Dynamics" (ed. A.E. Beylich) VCH, New York-Basel-Cambridge, 1991. P. 1531-1537.

Особенности диссоциативной ионизации молекулы кислорода / Жуков А.И., Завилопуло А.Н., Снегурский А.В., Шпеник О.Б. // В сб.: Физика электронных и ионных столкновений. №12. С-Петербург: Изд. ФТИ, 1991. С. 132-140.

Изменение электрофизических свойств солнечных элементов при воздействии адсорбированных атомов / Лившиц А.И., Романовский Ю.А., Завилопуло А.Н., Жуков А.И., Снегурский А.В. / К: 1991.26 с. (Препр./ АН Украины, Институт ядерных исследований, 91-8).

Mass-Spectrometric Apparatus for Dissociative Ionization Experiments / Snegursky A.V., Zhukov A.I., Zavilopulo A.N., Shpenik O.B. // Book of Abstracts of the IV European Conference on Atomic and Molecular Physics, V.II. Riga. 1992. P. 424.

Studies of Electron-Impact Dissociative Ionization Reaction in СHF₂Cl and CF₂Cl₂ Molecular Beams / Zhukov A.I., Zavilopulo A.N., Snegursky A.V., Lipatkin V.M. // Book of Abstracts of the 15^th International Symposium on Molecular Beams, Berlin (Germany). 1993. P. D.24.1-3.

Dissociative Ionization of CO₂ by Electron Impact: Ionization Functions and Threshold Energies / Zhukov A.I., Zavilopulo A.N., Snegursky A.V., Lipatkin V.M. // Contributions of Symposium on Atomic, Cluster and Surface Physics, Hintermoos/ Maria Alm (Austria). 1994. P. 106-109.

Zhukov A.I., Snegursky A.V., Zavilopulo A.N. High Velocity Resolution Source of Metastable Nozzle Beams // Book of Abstracts of 19^th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, Oxford (England). 1994.

Snegursky A.V., Zavilopulo A.N., Zhukov A.I. Crossed-Beam Studies of Electron-Impact Dissociative Ionization of the H₂O and D₂O Molecules // Book of Abstracts of the 16^th International Symposium on Molecular Beams, Ma'ale Hachamisha (Israel). 1995. P. P25B-26B.

Snegursky A.V., Remeta E.Yu., Zavilopulo A.N. Metastable Spectroscopy Studies of Autoionizing and Autodetaching States in Argon // Book of Abstracts of the 5^th European Conference on Atomic and Molecular Physics, Part II, Edinburgh (UK). 1995. P. 529.

Snegursky A.V. The Dynamics of Fragmentation of Polyatomic Molecules in Crossed Electron and Molecular Beams // Book of Abstracts of the 17^th International Symposium on Molecular Beams, Paris. 1997. P. 405-408.

Snegursky A.V., Zavilopulo A.N., Zapfel I.O. Dynamics and Kinematics of Ionized Species Formation: An Effect of Deuterated Target // Book of Abstracts of the 20^th International Conference on Physics of Electronic and Atomic Collisions, Vienna (Austria). 1997. P. MO138.

Snegursky A.V. Ecological Mass-Spectrometry: A Versatile Tool for Environmental Monitoring // Abstracts of the 2^nd International Conference of Carpathian Euroregion (CERECO'97), Miskolc (Hungary). 1997. P. 14.

Snegursky A.V. Mass-Spectrometry of Dissociative Ionization Products: An Environmental Application // Book of Abstracts of the 21^st International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, Marseille (France). 1998. P. 168-169.

Phase Analysis of Elastic Scattering Mechanisms for Metastable He(2^1,3S) Atoms by Na(²S) Atoms at 80 and 92 meV Energies / Remeta E.Yu., Kelemen V.I., Snegursky A.V., Zavilopulo A.N. // Contributed Papers of the 19^th Summer School and International Symposium on Physics of Ionized Gases (SPIG), Zlatibor (Yugoslavia). 1998. P. 155-158.

Elastic Scattering of He(2¹S) Metastable Atoms by Na(3²S) Atoms at 68 meV Energies / Remeta E.Yu., Kelemen V.I., Zavilopulo A.N., Snegursky A.V. // Abstracts of Contributed Papers of XXI International Conference on the Physics of Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC). Vol. II, Sendai (Japan). 1999. P. 595.

Snegursky A.V., Zavilopulo A.N., Syhydenko N.M. Elastic Scattering of Supersonic Metastable Ar, Kr and Xe (n³P_2,0) Beams by the Ground-State Na(3²S) Atomic Beam at Low Collision Energies // Book of Abstracts of XVIII International Symposium on Molecular Beams. Ameland (The Netherlands). 1999. P. 185-186.

Snegursky A.V. Threshold Peculiarities of Electron Impact Dissociative Ionization in Polyatomic Molecules // Abstracts of the Europhysics Conference on Elementary Processes in Atomic Systems (CEPAS'2000), Uzhgorod (Ukraine). 2000. P. 60.

Ionization Energies of Singly Charged Ions of H₂, D₂, H₂O, D₂O and Multiply Charged Ions of Ne, Ar and Xe / Hanel G., Gstir B., Fiegele T., Rьmmele M., Stano M., Matejиik S., Gober M., Farizon B., Farizon M., Snegursky A., Becker K., Stamatoviи A., Scheier P., Mдrk T. // Abstracts of Invited and Contributed Papers of the 28^th European Physical Society Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics, Madeira Technopolo (Portugal). 2001. P. 356.

Snegursky A.V., Zavilopulo A.N. Metastable and Mass-Spectrometry of Electron-Molecule Interactions // Book of Abstracts of the 1^st International Symposium on Low Energy Electron-Molecule Interactions, Going / Kitzbьhel, Tirol (Austria). 2001. P. 14.

Завилопуло А.Н., Снегурский А.В. Ионизация молекул воды (Н₂О и D₂O) электронным ударом в околопороговой области энергий // 5 Международная конференция "Вакуумные технологии и оборудование" (ICVTE-5), Сборник докладов. Харьков, 2002. С. 16-19.

Gackowska J., Snegursky A.V., Zubek M. Dissociative Excitation of Carbon Disulfide by Electron Impact// Book of Abstracts of the 2^nd Conf. Elementary Processes in Atomic Systems (CEPAS'2002), Gdaсsk (Poland). 2002. P. 63.

Mass-Spectrometric Studies of C₃D₇NO Molecule Ionization by Electron Impact/ Snegursky A.V., Zavilopulo A.N., Chipev F.F., Shpenik O.B. // Book of Abstracts of the 2^nd Conf. Elementary Processes in Atomic Systems (CEPAS'2002), Gdaсsk (Poland). 2002. P. 120.

Experimental Apparatus for Studying the VI Group Atoms Ionization by Electron Impact / Zavilopulo A.N., Shpenik O.B., Chipev F.F., Snegursky A.V. // Book of Abstracts of the 2^nd Conf. Elementary Processes in Atomic Systems (CEPAS'2002), Gdaсsk (Poland). 2002. P. 132.

Анотація

Снігурський О.В. Процеси парних зіткнень повільних електронів, іонів та збуджених атомів з атомами та молекулами. - Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.04 - фізична електроніка.- Інститут фізики НАН України, Київ, 2003.

Захищається 56 робіт.

Дисертацію присвячено дослідженню процесів парних взаємодій повільних електронів, іонів та збуджених атомів у метастабільних станах з атомами та молекулами у газовій фазі. Основна ідея даної роботи - вивчення просторових та енергетичних закономірностей розсіювання шляхом вимірювання диференціальних характеристик вказаних процесів. У роботі реалізовано новий підхід до дослідження парних взаємодій атомних частинок, який дозволяє вивчати основні закономірності перебігу парних зіткнень шляхом аналізу безпосередніх продуктів взаємодії - атомів та молекул у збуджених оптично заборонених (метастабільних) станах та іонних станах. Одержано комплекс нових даних про ймовірності утворення метастабільних атомів при електронному та іонному ударі, метастабільних молекул при взаємодії з електронами контрольованої енергії. Вперше для широкого кола молекул експериментально підтверджено прояв ізотопного ефекту у енергіях появи продуктів їх іонізації та дисоціативної іонізації. Встановлено абсолютні величини зсуву порогових енергій виходу іонів, що відрізняються ізотопним складом. Одержано нові дані з пружного розсіювання метастабільних атомів атомами у основному стані, які дозволили зробити важливі висновки про механізми перебігу процесу розсіювання та оцінити вид потенціалу взаємодії вказаних частинок. Розроблено нові методи отримання пучків атомів та молекул з підвищеною (у порівнянні до теплової) монокінетичністю. Запропоновано новий метод визначення вмісту молекулярних компонент атомних пучків.

Ключові слова: атом, молекула, іон, метастабільний стан, кут зносу, диференціальний переріз, фазова інтерференція, збудження, іонізація, дисоціативна іонізація, ізотопний зсув, порогова енергія, оптичний потенціал.

Аннотация

Снегурский А.В. Процессы парных столкновений медленных электронов, ионов и возбужденных атомов с атомами и молекулами. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.04 - физическая электроника.- Институт физики НАН Украины, Киев, 2003.

Защищается 56 работ.

Диссертация посвящена изучению процессов парных взаимодействий медленных электронов, ионов и возбужденных атомов в метастабильных состояниях с атомами и молекулами в газовой фазе. Основная идея данной работы - исследование пространственных и энергетических закономерностей рассеяния путем измерения дифференциальных характеристик указанных процессов. В работе реализован новый подход к исследованию парных взаимодействий атомных частиц, который позволяет изучать основные закономерности протекания парных столкновений путем анализа непосредственных продуктов взаимодействия - атомов и молекул в возбужденных оптически запрещенных (метастабильных) состояниях и в ионных состояниях. Получен комплекс новых данных о вероятностях образования метастабильных атомов при электронном и ионном ударе, метастабильных молекул при взаимодействии с электронами контролируемой энергии. Впервые для широкого круга молекул экспериментально подтверждено проявление изотопического эффекта в энергиях появления продуктов их ионизации и диссоциативной ионизации. Найдены абсолютные величины сдвига пороговых энергий выхода ионов, разнящихся изотопным составом. Получены новые данные по упругому рассеянию метастабильных атомов атомами в основном состоянии, которые позволили сделать важные выводы о механизмах протекания процесса рассеяния и оценить вид потенциала взаимодействия указанных частиц. Разработаны новые методы получения пучков атомов (молекул) повышенной (по сравнению с тепловой) монокинетичности. Предложен новый метод определения содержания молекулярных компонент атомных пучков.

Ключевые слова: атом, молекула, ион, метастабильное состояние, угол сноса, дифференциальное сечение, фазовая интерференция, возбуждение, ионизация, диссоциативная ионизация, изотопический сдвиг, пороговая энергия, оптический потенциал.

Abstract

Snegursky A.V. Processes of Pair Collisions of Slow Electrons, Ions and Excited Atoms with Atoms and Molecules.- Manuscript.

Thesis submitted for the Doctor of Science Degree (Physics and Mathematics), specialized field 01.04.04 - Physical Electronics.- Institute of Physics, Ukrainian National Academy of Sciences, Kyiv, 2003.

56 scientific articles are presented.

The present doctoral thesis is dedicated to the experimental and theoretical studies of the processes of pair interactions of low-energy electrons, ions and excited atoms in the metastable states with atoms and molecules in gas phase.

The most of known experimental methods and techniques are based on the idea of obtaining the information about the principal mechanisms and regularities of collision processes under study via detection the incident (projectile) particle (electron, ion, atom etc.) or, in case of optical excitation - the resulted optical emission. Contrary to conventional methods of research, the basic idea of the experimental approach developed in this work lies in the direct detection of the product(s) of collision - atoms and molecules excited to a certain metastable state(s) or positively charged ions produced by ionization at electron impact. In addition, formation of above products is studied in a form of spatial and energy distributions of, respectively, metastable atoms (molecules) and atomic and molecular ions.

The above technique has allowed the new data on differential (with respect to a drift angle) cross sections of formation of the metastable He(2^3,1S), Ne(3³P^о_2,0) and Ar(4³P^о_2,0) atoms and O₂(А³_u⁺) molecules in collisions with low-energy monoenergetic (E_1/2=0.08 meV) electrons to be obtained. The observed resonance-like structure of differential cross sections was classified using the results of theoretical calculations of the energies of relevant autoionizing (AIS) states of neutral atomic states and corresponding autodetaching (ADS) negative-ion states obtained within the local approach of density functional theory. It has been found for the first time that the appearance of the structure in the region of excitation of doubly-excited neutral-atoms states is related not only to the simultaneous formation and decay of autoionizing and autodetaching states but also to the interference between the dynamical and kinematical channels of low-energy electron scattering by atoms and molecules. An explicit classification of observed structure was made giving clear assignment of singularities in the differential excitation cross sections to discrete neutral-atom AIS and negative-ion ADS.

The similar data were obtained for the production of the metastable He(2^3,1S), Ne(3³P_2,0) and Ar(4³P_2,0) atoms in collisions with slow (0-600 eV) monoenergetic (E_1/2~1.0 eV) Mg⁺ ions. The data on the differential excitation cross sections have shown that the principal mechanism resulting in the excitation of target atoms was formation and decay of intermediate quasimolecular terms. Phase interference of different terms of the above quasimolecule causes the complicated structure in the range of drift angles close to zero one.

The studies of differential cross sections of elastic scattering of the metastable He(2^1,3S), Ar(4³P^о_2,0), Kr(5³P^о_2,0) and Хе(6³P^о_2,0) atoms by ground-state Na(²S) and Mg(¹S₀) atoms in the small (0-20^о) scattering angle range have shown that the structure in scattering cross section is due to the interference of amplitude of different parts of interaction potential and, in case of He(2^1,3S) + Na(²S) scattering, is related mainly to the singlet metastable atom scattering.

The use of mass-spectrometric technique has allowed the differential cross sections of the production of ionized dissociation ionization fragments to be studied in the collisions of slow electrons with atmospheric molecules (H₂, O₂, CO₂). The basic mechanisms of dissociation of the parent molecules have been shown to be autoionization of the neutral molecule as well as preionization and direct dissociation of the molecular ion.

The appearance energies for both parent and daughter fragment ions due to electron-impact single and dissociative ionization of CНF₂Cl and CF₂Cl₂ molecules and complex hydrogen- and deuterium-containing molecules (H₂-D₂, H₂O-D₂O, C₆H₆-C₆HD₅ (С₆D₆), С₅H₅N-С₅D₅N and C₃H₇NO-C₃D₇NO) have been found. The absolute values of the isotope shift in the above energies have been measured experimentally and calculated theoretically.

The new methods of the production of neutral atomic and molecular beams with improved (as compared to thermal one) velocity distribution have been suggested and realized. A new method of determination of molecular component content in atomic beams has been developed.

Key words: atom, molecule, ion, metastable state, drift angle, differential cross section, phase interference, excitation, ionization, dissociative ionization, isotope shift, threshold energy, optical potential.

Размещено на Allbest.ru