ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Источники пучков возбужденных частиц из "Кинетика Катализ Том 18" Электронно-возбужденные атомы и молекулы играют существенную роль в химии атмосфер1з1 [144], высокотемператур ном горении, взрывах, электрических зарядах и дугах [145], а также в ряде других явлений и неравновесных средах, существующих в естественных условиях или создаваемых искусственно. [c.172] Развитие исследований динамики процессов с участием возбужденных атомов и молекул, в частности процессов передачи энергии типов Е—Т, V, / —Е, химических реакций и ионизации стало возможным благодаря развитию методов получения пучков таких частиц. [c.173] В работе [146] приведен обзор методов получения пучков метастабильных частиц с помощью газового разряда, бомбардировкой электронами определенной энергии, в низковольтной дуге, СВЧ-разряде, перезарядкой или в тлеющем разряде. Этими методами были получены эффузионные пучки метастабильных состояний Н(2251/2), Не(2351), Не(2 5о), Ь1(152, 2з2р) Ръ/2, кт, N(2 ), 0(Ф), Ме ,о), Аг ,о), Нд(зр2,о), Hg(з )з). Н2(сЗП ), N2(ЛЗE +), К2 ат,), 0(1/),). [c.173] Краткий обзор и литература, посвященная методам получения интенсивных пучков метастабильных атомов Не, даны в работе [147]. [c.173] Прогресс в получении пучков метастабильных частиц, достигнутый за последние годы, состоит в увеличении интенсивности пучков, а также в совершенствовании методов их диагностики. Первое достигнуто, главным образом, за счет использования техники газодинамических пучков, что позволяет наряду с увеличением интенсивности получать пучки с узким распределением по скоростям. При этом методы возбуждения атомов и молекул остались в принципе прежними, т. е. электронный удар и перезарядка ионов. [c.173] Одна из первых высокоэффективных конструкций источников пучков смеси метастабильных атомов гелия тепловых энергий была предложена в работе [148]. Источник состоит из пушки Пирса, дающей коаксиальный с пучком атомов пучок электронов, фокусирующийся при помощи одиночной линзы. Пучок электронов движется навстречу пучку атомов. Полученный пучок метастабильных атомов имеет интенсивность = 10 атом/ср-с. Эта величина может быть увеличена при помощи соленоида напряженностью поля на оси 0,01—0,02 Тл. Стабильность интенсивности пучка метастабилей составляет 2% при максимально достигаемой величине интенсивности 4 10 атом/ср-с. [c.174] Такой же принцип получения метастабильных атомов Не был использован для получения пучка поляризованных метастабильных атомов в состоянии 2 5 [149]. Источником возбужденных атомов Не (2 5, 2 5) является электронный удар, осуществляемый в электронно-оптической системе, состоящей из электронной пушки с комбинацией электростатической и магнитной фокусировок, формирующих пучок электронов колли-неарной с молекулярными пуч1ками. Очистка лучка от Не(2 5) и ионов производится при помощи гелиевой лампы и поперечного электрического поля. Полученный пучок по оценке, основанной на измерении вторичной эмиссии электронов с поверхности из нержавеющей стали, имеет интенсивность 2-10 атом/ср-с. Атомы Не(2 5) затем попадают в область слабого магнитного поля ( 10 Гс), которое определяет ось квантования. В этой же области они накачиваются излучением с Л =1,08 мкм, поляризованным по кругу и падающим в направлении магнитного поля. Это приводит к увеличению заселенности магнитных подуровней с т = 1 или —1 в зависимости от знака круговой поляризации. [c.174] Анализ полученного таким способом пучка показал, что степень поляризации составляет - 50%, а пучки-не содержат атомов Не(2 5), фотонов или быстрых нейтральных частиц. Интересная конструкция источника импульсного пучка метастабильных атомов гелия и аргона предложена в работе [150]. Сверхзвуковой импульсный пучок проходит в возбуждающее устройство через коллимирующую диафрагму и кольцевой катод. Три полусферические сетки— вытягивающая, управляющая и ускоряющая с центральными отверстиями для прохождения пучка — служат для управления электронным потоком. [c.174] Анод сделан из двух электрически изолированных цилиндров, изготовленных из сетки, помещен внутри катушки из нержавеющей стали, создающей магнитные поля такой величины, чтобы захватывать образующиеся положительные ионы. Это устройство может работать как в непрерывном режиме, так и в импульсном. В первом случае импульсный пучок проходит через постоянно действующий электронный пучок. При этом максимальная интенсивность метастабильного пучка атомов Аг составляет 5-10 5 и 1,3-10 5 атом/ср-с для Не, при интенсивностях исходных потоков атомов в основных состояниях 10 —10 и 1020—1021 атом/ср-с соответственно. Полученные потоки метастабильных атомов в 4—10 раз выше, чем получено в рассмотренных выше работах, и в 10 раз выше, чем в плазменных источниках, которые буДут рассмотрены ниже. В случае работы возбуждающего устройства в импульсном режиме импульсы длительностью 2,5 мкс подаются на вторую сетку, и в этом режиме устройство может быть использовано для получения времяпролетных спектров. Такая же конструкция источника пучка применима для работы с непрерывными пучками. [c.175] Следует отметить, что энергетический диапазон частиц, получаемых в таком пучке, также сильно ограничен. Использование примесных пучков позволяет существенно его расширить, поскольку возбуждение атомов происходит уже после формиро вания пучка. Однако при этом практически невозможно избежать появления метастабильных атомов или молекул газа-носителя, содержание которого на 1,5—2 порядка больше, чем тяжелого. [c.175] Разряд постоянного тока через изолированное сопло использован в работе [154] для получения метастабильных атомов. Устройство, предложенное в этой работе, представляет собой модификацию источника, описанного в работе 153], и состоит из контейнера, изготовленного из нитрида бора, в котором просверлено сопло диаметром 0,1 мм. Внутри источника помещена острая игла, являющаяся катодом, на которую подается напряжение зажигания 5000 В относительно скиммера, находящегося под нулевым потенциалом. В области давлений 35— 200 Торр рабочее напряжение в разряде составляет 300 В при токе 10 мА. Разряд, по мнению авторов, аналогичен дуге с полым катодом. Интенсивности потоков метастабильных частиц, полученные с этим источником, составляли 0,73-10 атом/ср-с для Не, 0,2-10 для Ne и 0,14-10 для Аг, что существенно ниже значений, полученных в работе [153], где авторы объясняют обнаруженную разницу возможными ошибками в детектировании и некоторыми различиями в условиях эксперимента. Характеристики источника хорошо описываются в рамках теории невозмущенного сверхзвукового потока. Показано также, что интенсивность пучка может быть увеличена в пять раз, если увеличить скорость откачки и оптимизировать геометрию скиммера. [c.177] Аналогичные методы могут быть использованы для получения пучков метастабильных молекул азота, в частности N2(4 2), время жизни которого составляет 1,3—2,5 с. В работе [1155] для получения пучка таких молекул использовалось разрядное устройство, состоящее из спирального вольфрамового катода, коаксиально которому внутри пропускался молекулярный пучок. Катод нагревался током 18— 21 А при напряжении 16— 20 В и располагался между скиммером и медным сопло1м, используемым как анод для разряда между спиралью и катодом, поддерживаемым напряжением 50—60 В. Ток разряда мог достигать 8 А. Расстояние между спиралью и анодом изменялось от 10 до 15 мм. Оптимальный подбор тока разряда, расстояние анод—катод и особенно радиального положения сопла позволяют получать сравнительно интенсивный пучок метастабильных молекул. [c.177] Авторы [156] обнаружили, что импульсный разряд, синхронизированный с импульсными источниками пучка, является эффективным методом получения вращательно холодных триплет-ных и метастабильных состояний. Для Аг выход триплетных состояний составляет 0,2% от общего потока газа. Молекулы СО(аЗП) получены в смесях Аг с СО. Разряд в смеси U с Аг приводит к образованию I (Х П) с температурой до 30 К. [c.177] В работе [158] описана экспериментальная установка и результаты исследования ассоциативной ионизации атомов Ne при взаимодействии их с Не(ЗФ) в скрещенных пучках. Для получения атомов Не З Р) был использован пучок атомов Не (2 5), возбуждаемый светом непрерыэного жидкостного лазера с длиной волны 501,7 нм с мощностью 7 мВт. Атомы Не(З Р) с временем жизни 1,7 10 с получены в зоне пересечения пучков, причем эффективность образования этого состояния из 2 5 составляет около 100%. [c.178] Атомы в ридберговских состояниях получены при помощи перестраиваемого лазера на родамине-6(3. [c.179] Возбуждение лазерным излучением для получения пучков возбужденных частиц не ограничивается атомами щелочных металлов. В пионерских работах [162, 163] показана возможность получения значительных концентраций молекул НС1 в пучке для исследования динамики взаимодействия возбужденных молекул НС1 с Na. Однако использование лазерного излучения для получения пучков селективно возбужденных молекул, ограничено отсутствием перестраиваемых лазеров с непрёрыв- ным излучением и мощностью, достаточной для исследования рассеяния. В некоторой мере этот недостаток восполняется химическими лазерами на НС1 и. НР, уровень мощности которых составляет = 100 мВт на одной линии. Следует учитывать, однако, что температура вращательных переходов, на которых происходит генерация, значительно выше, чем температура в пучке, а эффективность возбуждения молекул в перпендикулярной конфигурации Составляет несколько процентов. Увеличение эффективности лазерного возбуждения может быть достигнуто с помощью коаксиальной конфигурации молекулярный пучок — лазерный пучок [164], с фокусировкой лазерного излучения на сопло. Такая конфигурация позволяет наиболее полным образом использовать самые сильные лазерные линии. Наибольшая степень возбуждения ожидается в узкой области, близкой к соплу, где существует высокая плотность молекул. После осуществления полного расширения потока молекулы должны иметь вращательные температуры. Таким образом, основное преимущество метода, реализованного в работе [164], состоит в том, что после возбуждения поток переходит в молекулярный режим и энергия не диссипируется в столкновениях, как это имеет место при возбуждении в области перед соплом, несмотря на высокую эффективность накачки. [c.179] Степень возбуждения пучка НР излучением химического лазера на НР, оцененная по изменению концентрации димеров, составляет молекул пучка в одном вращательном состоянии. При высокой мощности лазерного излучения можно получить большую долю возбуждения молекул. С помощью аналогичной установки по изменению отношения ионов =Р /НР+ в ионном источнике квадрупольного масс-спектрометра авторы работы [165] показали, что эффективность колебательного возбуждения молекул НР (у=1) может достигать 10% и изменение относительного выхода ионов (/ —/ о)/ о (здесь / о== =/ /НР без лазерного возбуждения) пропорционально доле колебательного возбуждения. Это открывает возможность простой диагностики колебательно возбужденных молекул в пучке при помощи ионизации электронным ударом. [c.180] Вернуться к основной статье