Диссертация (1150532)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиАлексеева Ольга СергеевнаРАДИАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ АТОМОВС ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ТИПОМ СВЯЗИ УГЛОВЫХ МОМЕНТОВСпециальность 01.04.05 – оптикаДиссертацияна соискание ученой степени кандидатафизико-математических наукНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессорА.З.
ДевдарианиСанкт-Петербург2014ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………..4ГЛАВА1.ПОЛУЭМПИРИЧЕСКИЕМЕТОДЫРАСЧЕТАКВАЗИМОЛЕКУЛЯРНЫХ ТЕРМОВ………………………………………………...91.1.Введение…………………………………………………………………………91.2.Взаимодействие атомов второй группы M (nsnp) с атомами инертных газовRG в основном состоянии…………………………………………………………….111.3.Взаимодействие атомов кадмия с атомами инертных газов (Ar, Kr)………141.3.1. Анализ экспериментальных данных………………………………………...141.3.2.
Расчет полуэмпирических адиабатических термов систем Cd ( 5s5p ) + Kr ,Cd ( 5s5p ) + Ar и сравнение их с результатами ab initio расчетов…………171.4.Взаимодействие атомов ртути с атомами инертных газов (Ar, Kr,Xe)………………………………………………………………………………26ГЛАВА 2. РАДИАЦИОННЫЙ РАСПАД МЕТАСТАБИЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ(ПРИ СТОЛКНОВЕНИЯХ АТОМОВ КАДМИЯ Cd 5 ( 3 P2 ))С АТОМАМИИНЕРТНЫХ ГАЗОВ (Ar, Kr) В ОСНОВНОМ СОСТОЯНИИ ……………………282.1.Введение………………………………………………………………………..282.2.Вычисление вероятности Γ Ω ( 3 PJ ) , R()квазимолекулярных переходовΩ ( 3PJ ) → 0+ ( 1S0 ) ……………………………………………………………...302.3.Вероятности квазимолекулярных переходов и приведенные радиационныеширины для систем CdAr, CdKr, HgAr, HgKr, HgXe……………………………….332.4.Процессыквазимолекулярногопоглощенияиизлучениявблизизапрещенной атомной линии Cd ( 51S0 − 5 3P2 ) , индуцированные столкновениями сатомами инертных газов (Ar, Kr) в основном состоянии…………………………..39ГЛАВА 3.
РАДИАЦИОННЫЕ ВРЕМЕНА ЖИЗНИ СОСТОЯНИЙ ν′ 1( 3 P2 ) ИВЕРОЯТНОСТИ A ( ν′, ν′′) ПЕРЕХОДОВ ν′ 1( 3 P2 ) → ν′′ 0+ ( 1S0 ) ………………...4623.1.Введение………………………………………………………………………...463.2.Метод вычисления……………………………………………………………..473.3.Радиационные времена жизни состояний ν′ 1( 3 P2 ) и вероятности переходовν′ 1( 3 P2 ) → ν′′ 0+ ( 1S0 ) для систем CdAr, CdKr………………….…………...483.4.Радиационные времена жизни состояний ν′ 1( 3 P2 ) и вероятности переходовν′ 1( 3 P2 ) → ν′′ 0+ ( 1S0 ) для систем HgAr, HgKr, HgXe……...……………….493.5.Анализ полученных результатов……………………………………………...51ГЛАВА 4.
КВАЗИМОЛЕКУЛЯРНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ВБЛИЗИ РЕЗОНАНСНЫХЛИНИЙАТОМОВКРИПТОНАИКСЕНОНА,ИНДУЦИРОВАННОЕСТОЛКНОВЕНИЯМИ С АТОМАМИ ГЕЛИЯ В ОСНОВНОМ СОСТОЯНИИ……………………...…………………………………………………………………..574.1.Введение……………………………………………………………………..…574.2.Потенциалы взаимодействия возбужденных атомов криптона Kr ( 4 p 5 5s ) иксенонаXe ( 5 p 5 6 s )сатомамигелияHe ( 1S0 )восновномсостоянии……………………………………………………………………….594.3.Квазимолекулярное поглощение в смесях Xe + He, Kr + He….………….…66ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………….71ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………………...73ПРИЛОЖЕНИЕ 1……………………………………………………………………. 83ПРИЛОЖЕНИЕ 2……………………………………………………………………. 843ВВЕДЕНИЕВ настоящее время наблюдается рост теоретического и экспериментальногоинтереса к исследованию так называемых ван-дер-ваальсовых молекул [1].
Вандер-ваальсовымолекулыхарактеризуютсямалымизначениямиэнергийдиссоциации (порядка 10 – 1000 см-1), что затрудняло их экспериментальноеисследование традиционными оптическими методами. Развитие методов лазернойспектроскопии (в частности, метода лазерно-индуцированной флюоресценции), атакже техники охлаждения молекулярных пучков за счет адиабатическогорасширения при сверхзвуковом течении сделало возможным изучение слабосвязанных молекулярных состояний таких систем и получение надежных данныхпо потенциалам взаимодействия в излучающих состояниях.Практический интерес к этим системам обусловлен возможностью созданияна их основе эффективных источников монохроматического излучения в ВУФобласти. Спектроскопия тяжелых металлов (кадмий, ртуть) в атмосферепредставляет собой актуальную задачу экологии.С теоретической точки зрения ван-дер-ваальсовы молекулы являютсяудобным объектом для изучения взаимодействия атомов в различных областяхмежъядерного расстояния.
В настоящее время достаточно хорошо исследованодальнодействующее (дисперсионное) взаимодействие между атомами. В то жевремя взаимодействие в области расстояний, сравнимых с радиусом орбитывозбужденного электрона, остается актуальной задачей. Надежные данные попотенциалам взаимодействия в области малых и средних межатомных расстояний((порядка R = ( 6 ÷ 8 ) a0 )) необходимы для рассмотрения различных элементарныхпроцессов в низкотемпературной плазме (таких как, например, тушениевозбужденных метастабильных состояний, уширение спектральных линий,столкновительно-индуцированное излучение и поглощение и т.д.). Пониманиемеханизмов взаимодействия в простейших ван-дер-ваальсовых молекулахпозволяет перейти к количественному изучению более сложных комплексов(кластеров).4Целью данной работы является развитие полуэмпирических методоврасчета взаимодействия возбужденных атомов металлов второй группы с атомамиинертных газов в основном состоянии, а также рассмотрение процессовнесимметричных столкновений атомов инертных газов друг с другом.
Развитиеполуэмпирических методов на сегодняшний день представляется перспективным,т.к. общепринятые методы квантовой химии не позволяют в настоящее времяполучить для многоэлектронных систем с промежуточным типом связи угловыхмоментов надежную информацию об энергетических термах и дипольныхмоментах переходов.Вычисленные в работе термы и вероятности переходов могут служитьосновой для рассмотрения различных элементарных процессов, играющихважную роль в газовых средах и низкотемпературной плазме. Достоверностьполученных результатов подтверждается, в частности, хорошим согласиемрассчитанных спектров поглощения смесей Kr* + He, Xe* + He с даннымиэксперимента, полученными с помощью синхротронного излучения.
Хорошеесогласиевдоступнойдлясравненияобластимежатомныхрасстоянийнаблюдается и при сопоставлении полученных полуэмпирических потенциаловвзаимодействия с результатами ab initio расчетов.Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и спискаиспользуемой литературы.В первой главе, посвященной определению полуэмпирических потенциаловвзаимодействия систем CdAr, CdKr, приводится обоснование выбранныхполуэмпирических методов расчета.
Болееранние расчеты потенциаловвзаимодействия Cd (53 PJ ) + RG (1 S 0 ) [2, 3], где RG = Ar, Kr, выполненные спривлечением асимптотических представлений о характере квазимолекулярныхтермов систем, не достаточно точны. Появление в последние годы надежныхэкспериментальных данных по потенциалам взаимодействия Cd (53 PJ ) + Ar (1 S 0 ) ,Kr (1 S 0 )визлучающихсостоянияхпозволиловосстановитьпотенциалывзаимодействия этих систем в метастабильных состояниях в рамках методаэффективногогамильтонианаиполуэмпирическогометодаанализа5квазимолекулярных термов [4].
Полученные результаты сравниваются срезультатами ab initio расчетов [5, 6].Во второй главе на основе полученных полуэмпирических потенциаловвзаимодействия вычисляются вероятностиквазимолекулярных радиационныхпереходов, рассматриваются процессы квазимолекулярного поглощения иизлучения смеси паров кадмия и атомов инертных газов (Kr, Ar) вблизизапрещенной атомной линииCd ( 5 1S0 − 5 3 P2 ) , вычисляются спектральноераспределение коэффициента поглощения, спектр излучения и константаскоростипроцессарадиационноготушенияметастабильногосостояния.Радиационное тушение метастабильного состояния 3 P2 связано со снятием запретанаизлучательныйвзаимодействия,переходприводящего1( 3 P2 ) → 0+ ( 1S0 )квследствиевключениювмежатомногоадиабатическуюквазимолекулярную функцию состояния 1(3 P2 ) волновых функций резонансныхсостояний1,3P1 1 [7]. Проведенный анализ показывает, что наибольший вклад визлучение смеси паров кадмия с атомами криптона и аргона вблизи запрещеннойатомной линии дают радиационные квазимолекулярные переходы в областинаибольшегосближенияатомоввпроцессестолкновения,т.е.спектрформируется в основном за счет столкновительно-индуцированного тушенияатомного метастабильного состояния.
И спектр поглощения, и спектр излученияпредставляютсобойсплошнуюполосу.Процесспоглощениянаиболееэффективно протекает в коротковолновой (по отношению к запрещенной атомнойлинии) области, приводя к селективному заселению метастабильного состоянияCd ( 3 P2 ) .В третьей главе вычисляются радиационные времена жизни τ связанныхсостояний ν′ 1( 3 P2 ) и вероятности A ( ν′, ν′′ ) переходов ν′ 1( 3 P2 ) − ν′′ 0+ ( 1S0 ) какфункции колебательного квантового числа для систем CdAr, CdKr, HgAr, HgKr,HgXe.
Проводится обсуждение характера полученных зависимостей τ(ν′) исравнение с временами жизни метастабильных состояний Cd ( 5 3 P2 ) и Hg ( 6 3 P2 ) .6В четвертой главе на основе потенциалов взаимодействия возбужденныхатомов криптона и ксенона с атомами гелия в основном состоянии, полученных врамках метода псевдопотенциала [8, 9, 10] в работах [11, 12, 13], рассматриваютсяпроцессы квазимолекулярного поглощения в смесях Kr*+He и Xe*+He.Результатывычисленийспектральныхраспределенийкоэффициентовпоглощения при температуре Т = 300 К сравниваются с данными эксперимента.Экспериментальное измерение спектра поглощения смесей Kr*+He, Xe*+He былопроведеноАлексеевымВ.А.[14]сиспользованиемперестраиваемогосинхротронного излучения на оборудовании BESSY [15] в условиях газовойячейки.
Сравнение показывает хорошее согласие результатов вычислений сэкспериментальными данными.Положения, выносимые на защиту:1. Полуэмпирический расчет квазимолекулярных термов систем Cd (5s5p) +Kr и Cd (5s5p) + Ar.2. Расчет процессов квазимолекулярного поглощения и излучения вблизизапрещенной атомной линиирадиационноготушенияCd ( 5 1S0 − 5 3 P2 )метастабильногои констант скоростисостоянияCd (53 P2 ) ,индуцированных столкновениями с атомами инертных газов (Kr, Ar) восновном состоянии.( )3. Расчет радиационных времен жизни состояний ν ′ 1 P23и вероятностейA ( ν′, ν′′ ) переходов ν′ 1( 3 P2 ) − ν′′ 0+ ( 1S0 ) в зависимости от значенийколебательного квантового числа ν′ для систем CdAr, CgKr, HgAr, HgKr,HgXe.4.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
