Диссертация (1145365), страница 26
Текст из файла (страница 26)
В работе [178] были рассчитаны квадрупольные поправки в матричные элементы переходов и показано, что это приводит кдвукратному их уменьшению по сравнению с чисто дипольным приближением. При этом изменение скорости образования ddµ молекул составлялоне более ∼5%, что связано с наличием матричных элементов в числителеи знаменателе выражения для эффективной скорости катализа, что в итоге приводит к взаимной компенсации их влияния. В случае же обратного2распада зависимость λbd21 (T) от |Vif | прямая, что и определяет его высокую чувствительность к изменению параметров матричных элементов.159Ешё одной работой, где был проведен детальный анализ параметров ddµкатализа, была работа [179], в которой использовался потенциал (КолосаВольневича), включавший в себя все поправки высших порядков.
Полученное в этой работе значение скорости обратного распада также оказалось вдва раза меньше, чем при использовании дипольного приближения.Сложившаяся ситуация требовала экспериментальной проверки. В упоминавшейся уже работе [138] была предпринята попытка разделить вкладыдвух процессов, используя их разную температурную зависимость: равномерно растущую с температурой скорость λsc21 (D2 ) и спадающую с температурой после достижения некоторого максимума скорость λ̃bd21 , отражающуюрезонансный характер образования мезомолекулярных комплексов. Выражение для скорости переворота спина λ̃21 приобрело при этом видscλ̃21 = λ̃bd21 (ε11 , λf , α) + β · λ21 ,(5.14)где β - нормировочный параметр для скорости рассеяния в среде в предположении, что в диапазоне температур до ∼400 K её зависимость от температуры не меняется.
Невысокая точность экспериментальных данныхпозволила определить только нормировочный параметр β ≈0,6 для скорости рассеяния в среде λsc21 (D2 ). Что касается скорости обратного распадаи связанной с ней скорости dd-синтеза λf , то она коррелирует с величиной нормировочного параметра α у матричных элементов |Vif |2 . С учетомточности эксперимента нельзя было разделить значения λf при α=1 и приα=0,5, согласно предложениям работы [177]. В результате авторы указалитолько область значений пар (λf ,α), совместимых с экспериментальнымиданными по скорости образования ddµ молекул. Отметим, что дополнительная неопределенность в анализе экспериментальных данных [138] возникала из-за систематической погрешности на уровне 8,4%, связанной скалибровкой эффективности нейтронных детекторов.В рамках проводимой на пучке PSI программы прецизионных измерений параметров ddµ катализа мы измерили [146] скорость переворота спинаλ̃21 (T) в чистом газе D2 в диапазоне температур 28,3÷300 K, который былвдвое шире, чем в работе [138].
При этом абсолютная точность измере-160Рис. 5.12 : Скорость переворота спина dµ атомов, измеренная в газах D2 и HD.Сплошная кривая - результат фита данных D2 суперпозицией двух теоретических функbdций: λsc21 (T)th (умноженной на свободный подгоночный фактор C21 ) и λ21 (T)th . Нижняякривая – расчётная зависимость скорости обратного распада и на ней – наши экспериментальные точки.ний достигала величины ∼0,5%, что было на порядок лучше, чем в цитируемой работе.
На Рис. 5.12 приведены наши экспериментальные точкивместе с данными работы [138]. Сплошная кривая есть результат фитирования полученных данных двумя теоретическими функциями, описываюbdщими нерезонансную λsc21 (T)th и резонансную λ21 (T)th части общей скорости переворота спина. Наилучшее согласие достигается при подгоночномкоэффициенте для нерезонансной скорости равным С21 =0,59(1), что совпадает с результатами вышеприведенного анализа Vienna-PSI [138].
Однакоздесь надо отметить, что к моменту опубликования наших данных теоретически были рассчитаны и включены в анализ квадрупольные поправкив матричные элементы [178], что привело к существенному уменьшению(практически вдвое) скорости обратного распада по сравнению с дипольным приближением. Кроме того, в расчеты скорости упругого рассеяния и161переворота спина на ”голых” ядрах были включены эффекты электронного экранирования и молекулярной структуры [170, 171], что дополнительно увеличивало теоретическое значение нерезонансной скорости рассеяния.Поэтому совпадение нормировочного коэффициента С21 в работе [138] и внашей работе можно считать случайным. Общим оставался факт существенного превышения теоретического значения скорости нерезонансногопереворота спина λsc21 (T)th над экспериментальным.Дальнейшие попытки определения скорости обратного распада былисвязаны с экспериментами в смесях газов.Мы исследовали неравновесные (50%H2 + 50%D2 ) и равновесные(25%H2 + 25%D2 + 50%HD) газовые смеси, а также чистый газ HD.
Припостановке этих экспериментов преследовалось несколько целей. Во первых, измерив скорость переворота спина в чистом дейтерии D2 и в неравновесной смеси (50%H2 + 50%D2 ), мы определили вклад в эту величинупроцесса неупругого рассеяния dµ атомов на водороде, который оказалсяпренебрежимо малым:λ21 (H2 ) = λ̃21 (H2 + D2 ) − λ̃21 (D2 ) < 0, 3 · 106 c−1 .Поэтому, при работе с HD газом мы могли быть уверены, что наблюдаемаяскорость переворота спина будет связана только с процессом рассеяния dµатомов на ядрах дейтерия в составе HD молекул.Основной целью наших исследований со смесями газов была попыткаразделить каналы переворота спина, используя разную зависимость двухпроцессов от атомарной и молекулярной концентрации дейтерия [182].
Так,скорость резонансного образования молекул [(ddµ)d2e] и их последующийобратный распад зависят от концентрации молекул дейтерия cD2 , а скорость неупругих столкновений в среде зависит от атомарной концентрации дейтерия cd . Поэтому, если приготовить неравновесную смесь H2 + D2c cd =cD2 =0,5, а затем перевести смесь в равновесное состояние H2 + D2 +2HD, где cD2 =0,25, то можно получить информацию об указанных процессах. В реальности, при постановке подобного эксперимента надо учитыватьещё и разную скорость рассеяния мезоатомов на D2 и HD молекулах, вы-162званную их разной структурой. Тогда скорость переворота спина для двухтипов смесей будет иметь следующий вид:scλn−eq= λbd21 (D2 ) + λ21 (D2 ),21scscbdλeq21 = 0, 5 · (λ21 (D2 ) + λ21 (D2 ) + λ21 (HD)),что в итоге даёт возможность определить значение скорости переворотаспина только на молекуле HD, λsc21 (HD).
Была проведена серия экспериментов с равновесными и неравновесными смесями в диапазоне температур 50÷300 К, что позволило заметить разницу в наклонах временных распределениях частиц 3 He и впервые определить нерезонансную компонентускорости переворота спина на молекулах HD6 −1λsc(T = 50K).21 (HD) = (31, 7 ± 0, 7) · 10 cДругой способ определения λsc21 (HD) был реализован нами при исследовании процесса ddµ катализа в газе HD, содержащем ∼97% HD молекул,около ∼2% водорода H2 и ∼1% дейтерия D2 (см. Таблицу 4.4 ).
Посколькускорость ddµ катализа на молекулах D2 в ∼20 раз больше, чем на молекулах HD, то даже малая примесь D2 проявлялась в наклоне экспонентывременного распределении продуктов синтеза, позволяя определить скорость переворота спина и на молекулах HD. Указанным способом былополучено следующее значение:6 −1λsc21 (HD) = (32, 2 ± 1, 7) · 10 c ,которое находится в хорошем согласии с предыдущим результатом.Таким образом, работа со смесями газов позволила измерить важноезвено кинетики ddµ катализа. Осталось определить степень отличия скоростей переворота спина на молекулах HD и D2 , что позволило бы найтии само значение λsc21 (D2 ).scВ расчетах [171] было показано, что λsc21 (HD) превышает λ21 (D2 ) на ∼8%при T=50 K.
Усредняя данное отношение в диапазоне энергий мезоатомов163Таблица 5.5 : Скорость обратного распада молекулярных комплексов (106 с−1 ), вычисленная при двух значениях коэффициента пересчета.T λbdλbd21 (D2 )21 (D2 )(K) k=1,072 k=1,05628,37,437,032,27,537,136,27,036,640,37,036,650,26,335,951,06,235,860,36,476,071,05,815,496,05,234,80,003÷0,01 эВ, получим его значение на уровне 1,072. Воспользовавшисьим и полученной ранее скоростью λsc21 (HD), мы можем теперь определитьзначение нерезонансной скорости переворота спина в дейтерии, которая6 −1оказалась равной λsc21 (D2 ) = 29,6·10 c .
Поскольку теория предсказываетдостаточно плавную зависимость указанной скорости от температуры, то впервом приближении мы будем считать ее постоянной в диапазоне 30÷90 K.Это дает возможность определить из опытных данных значение скоростиebd (D2 ) = λe21 (D2 ) - λsc (D2 ) и сравнить её с теорией (см.обратного распада λ2121Таблицу 5.5).В нижней части Рис. 5.12 полученные экспериментальные точки сравebd (D2 )th , демонстрируя выниваются с ходом теоретической кривой для λ21сокий уровень согласия. Там же приведены значения скорости обратногораспада, полученные из анализа кинетики в равновесных и неравновесныхсмесях при температурах 100,2 K (4,2·106 c−1 ) и 150,2 K (3,1·106 c−1 ).
Каквидно, и при более высоких температурах эксперимент хорошо совпадаетс теорией.Таким образом, впервые проведенное в нашей работе измерение нерезонансной скорости переворота спина на молекуле HD, позволило определитьаналогичную скорость на молекуле D2 и извлечь из экспериментальныхданных скорость обратного распада молекулярных комплексов. Полученebd (D2 ) соответствует расчетам матричных элеменное значение скорости λ21164тов, учитывающим кроме дипольных также и квадрупольные поправки[178].
Надо отметить также результаты работы [179], использующей другой потенциал, включающий все поправки высших порядков и приводящийebd (D2 ).к близким значениям для λ21Проведённая выше оценка скорости обратного распада позволяет более внимательно рассмотреть величину скорости переворота спина в средеD2 , полученную нами при переходе от молекул HD. Данное ”эксперимен6 −1(при к=1,072) можно сравнить стальное” значение λsc21 (D2 ) = 29,6·10 cтеоретическими расчетами этого процесса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
