1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 72
Текст из файла (страница 72)
В е1!се Н. А., Апп. 6 РЬугы 5, 325 (1930). 288. Н а о р е г Л, ссЧ., Н а г сп е г О. $., М а г 1 1 п О, сЧ., М с О а п [ е 1 Е. с[с., Р!суя. Кеч.. 125, 2000 (1962). 289. В а1с ь О. й., С г111с п 6 С., Ргос, РЬуь. $ос., Абб, 961 (1963). 290. М а р1с1о п К. А., РЬуь. Кеч., Юй, 1166 (!958). 29[. С г ух. с 5 ь1! М., В и г бе з ь А., Доклад на 3-й Международной конфереяцин по физике элскгрояпых н атомньсх столкновений, Лондон, !963. 292. С г у «[ й ай у М., Доклад па 6 й Межлуюаротою конференции па явлениям иояизацюи а газах, [[я[уссж, 1963.
гллвл т ФОТОПОГЛОЩВННВ В ГАЗАХ иотопоГлощение в ГлзАх нию и поглощению жесткого рентгеновского нзлучсния и у-лучей. Фотоотрыв электронов от отрицательных ионов рассматривается в гл. 8. Менее всего известно о фотопоглошенпн положительными ионами, и эта проблема здесь не рзссыат!И|вается'). З !. Механизм фотопоглошении Хорошо известно, что при прохождении электромагнитного излучения через газ может происходить поглощение фотонов.
При этом отдельные фотоны исчезают, а их энергия идет на возбуждение и ионизацию взаимодействовавших с ними атомов и молекул. Явление фотопоглощения представляет значительный интерес в связи с лабораторными исследованиями по фотохимии и по физике электрического разряда. Но еще болыпее значение оно имеет для геофизики и астрофизики [1 — 5]. Действительно, в верхних слоях атмосферы большинство заряженных частиц образуется под действием ультрафиолетового н рентгеновского излучений Солнца, а значительная часть протекающих там химических реакций имеет фотохимическую природу.
Следовательно, фотопоглощение представляет собой один из основных факторов, определяющих состав и свойства ионосферы. Помимо этого, фотопоглощение играет существенную роль в энергетическом балансе земной атмосферы и внешних оболочек звезд. От эффективных сечений ионизации зависит характер устанавливающегося ионизационного равновесия, а следовательно, и относительная распространенность химических соединений в космическом пространстве.
Сечениями высокоионизованпого железа и никеля в известной степени определяются физические свойства солнечной короны. Наконец, фотопоглощение на ионе Н дает существенный вклад в оптическую непрозрачность вещества звезд. В настоящей главе основное внимание будет уделено экспериментальным исследованиял» поглощения нейтральными атомами и молекулами фотонов малых энергий. Г!меется в виду интервал энергий от 4 до 60 эв, т. е. от ультрафиолстовой области спектра до мягкого рентгеновского излучения. Эти области спектра представляют наиболее общий интерес с точки зрения плазменных и астрофизических исследований.
Прекрасный обзор данного круга вопросов можно найти у Вайслера [6[, а такжс у Днтчберна и Эпика [У). Монография [8) и обзор [112) Эванса могут быть рекомендованы в качестве справочника по рассея- В поглощение фотонов атомами и молок узами может давать вклад целый ряд различных ыеханизл1ОГ,'6): а) возбуждение на вышележащие ур: иии нуГем резонансных переходов без преддиссоциации [1О) з); б) возбуждение с переходом молекузы в состояния, прилегающие к нспрерывному спектру, и преллиссоциацня; в) возбуждение с переходом атомов илн молекул в верхние состояния, прилегаюп[ие к ионизационному нспрерывному спектру, и предионизация; г) поглощение континуума, связаии е, во-первых, с прямым переходом в область ионизационного нен)ГО! ьи1иого спектра атома, во-вторых, с диссоциациеи молскулы на два осколка, каждый из которых может быть либо в основном, либо в возбу.
жденном состоянии, в-третьих, с прямым переходом в одну из областей ионизационного непрерыГи~аго спсглра молекулы без диссопиации или предионизации, в чезвсртых, с диссоциативной ионизацией молекулы на ион и атом, который может оказаться в возбужденном состоянии, или, в-пятых, с диссоциативной ионизацией, при которой образуются два иона противоположного знака и один из них оказывается в возбужденном состоянии. Такое многообразие возможных механизмов поглощения весьма затрудниет истолкование экспериментальных данных. Но если уровни энергии молекулы-мишени известны, то о механизме поглощения можно судить по виду кривых поглощения.
Совершенно очевидна огромная ценность прямых методов исследования фотопоглощення, в частности тех, где используется масс-спектрометрический анализ продуктов ионизации. К сожалению, такого рода исследований выполнена до сих пор сравнительно мало. 1) следует, однако, отметить проведенные иелззио измереиия фотолио. Ооиизиия БОЯОВ нз и 1чз 1Р).
з) Преллиосоиизиия и зависимости от характера энергетических уровней молекул рзссмзтриззется я гя. а, й !, и. «6». О ирелиоииззиии известной также иол нззззиием зитоиоииззияй, Говорится з Гя. 8, $ 2, и. »з». 382 ГЛАВА У еотопоглошгниь и глзлх с жил й 2. Экспериментальные методы исследования фотопоглощеиия При экспериментальных исследопаннях фотопоглощсция чаще всего измеряется ослабление пучка электромагнитного излучения при прохождении через заполпеш!ую газом камеру поглоп!ения.
Одна из экспериментальных установок для таких опытов показана на фиг. 7.2.1. Другие установки того жс назначения описываются в обзоре Вайслсра [61 В схеме фиг. 7.2.1 свет от источника с! падает на отражательную дифракционпую Фиг. 7.2.1. Установка ллп опрслслспил ссчсппп ФстспоглопГсыпп [121. решетку, разлагающую его в спектр. Решетку можно перемещать по окружности фокусировки Роуланда, изменяя тем самым длину волны светового пучка, направляемого в камгру поглощения.
В отсутствие газа в камере поглощения фотоумножитель Р регистрнрует интенсивность света 7п. При заполнении камеры газом измеряемая интенсивность спадает до некоторого меньшего значения !. Эти два значения инты!спвпости связаны соотношением 7=- !пв !' (7.2.1) Ш!е х-- продольный размер камеры поглощения, а р --!Гоэффициент Г!оглощенил для данной длины волны света. Вели шна р (выражаемая в см '), очевидно, соответстнуст определению макроскопического эффективного сечения и связана с микроГкоппческил! эффективным сечениел! фогопогло!Ленин Г7п соотно- шением [! = !7ЛЛГ, (7.2.2) где А! — плотность газа, раш!вя числу часыщ п сдпшще объема.
Публикуемые значения р обычно относятся к плотности газа, со- ответству!о!цсй температуре 0'С н давлению 760 мл! рг. Гт, Величину д, часто выражают в мегабарнах (1 7!!борн=-10 " ГАВ). Сооыюшепне (7.2.1) справедливо лишь при вьшолпеппн двух условий. Во-первых, излучение должно быть настолько монохроматичным, чтобы по мере его прохождения через газ не изменялся заметно эффективный коэффпцие!Гт поглощения. Тогда значение р не будет зависеть от выбора величины х и будет выполняться закан Ламберти. Во-вторых, р не должно зависеть от давления и температуры газа, мобь! выполнялся зпкон Бера. Фиг.
7.2.2. Установка лля пзмсрсаня ссчсвня фотонопнллцин [6Р Для выполнения второго условия необходимо, чтобы изменения р и Т не влияли существенно на состав газа, например, за счет образования и разрушения молекулярных комплексов. Установка, изображенная на взятой из обзора Вайслера [61 фиг. 7.2.2, !юзволяет непосредственно измерять сечения фотоионизации. Электромагнитное излучение известной длины волны и интенсивности пропускают через камеру с исследуемым газом, куда вмонтирована ионнзационная камера с плоскопараллельными электродами, собирающая образуемые при ионнзацни заряженные частицы обоих знаков.
Если размеры камеры и давление газа известны, то по величине собираемых токов можно определить сечение. В последнее время в опытах по изучени!о фотоионизации стали ссшместно использовать вакуумный монохроматор и массспектрогрпф, измеряя ток первичных ионов и нх осколков и зависимости от энергии первичных фотонов '). По порогу ионизации и виду кривых выхода ионов можно судить об уровнях ') Ил рапппх работ этою ~ппл можно указать работы [13 — !8[. гл дол э Фотопоглощеыие в гдзлх газ и макпмвтр ! камера угпуврегцвкции к напасу д (о) Яв («~, (Х) 20 тгь 3йоьг ' (7.2.3) Игптцпии света Злвдпап Лвваратнал дифракцивикал решетка шепь дг в (!0+ (гг) в! „ Л 3ОВ "' ЗОО * (7.2.4) 25 И, Ма«-Дьлльль энергии, сечениях фотопонизации и вкладе различных механизмов фотодиссоциации.
й[сханизмы фотопоглощения можно определять и другим способом: пропускать через газ монохроматичсскнй световой пучок и наблюдать возбуждаемое им свечение флуоресценции. К пасасу Ф и г. 7.2,3. Спел~в устзповкм дпп пзуцеппп флуореецепцпп газа под действпем вакуумного ультрафиолетового излучения [17[. Недавно Шеи, Джадж и Вайслер (17)') исследовали этим методом [чз, О, и СО.
Их установка показана на фиг. 7.2.3. Вакуумный моиохроматор Сея дает на выходе монохроматнческое излучение, данна волны которого может варьироваться в пределах от 500 до 10007«. Из выходной щели монохроматора излучение попадает в камеру-мишень, флуорссцепция которой регистрируется фотоумножителем. Входная щель камеры, настолько близко расположенная от выходной щели монохроматора, что ее нельзя отдельно показать на фиг. 7.2 3, прикрывается тонкой пленкой из этилцеллюлозы для предотвращения быстрого натекания газа в объем, где расположена днфракционная решетка.
') бм. также [131. Прозрачность пленки в используемом спектральном интервале составляет от 2 до 10%. Источником света служит периодически повторяемый конденсированный высоковольтный разряд в воздухе при давлении 0,2 эпл! рт. ст. внутри керамического капилляра. Источник дает импульсы излучения длительностью Около 2 лгксек с частотой повторения 60 раз в секунду. Поток излучения в пределах обеспечиваемой монохромктором ширины полосы около 8 А составляет от 1Оз до 10'е ((готов/сек для каждой излучаемой линии в отдельности. Для регистрация флуоресценцин используется фотоумножитель марки [)шпон(-6291.
В заключение отметим, что сечение фотоионизации можно определять на основе принципа детального равновесия по сечению д,(о) обратного процесса радиационного захвата положительными ионами электронов со скоростшо о. Эти два сечения связаны соотношением ') Здесь ь)! — статистический вес начального состояния, ь), — статистический вес конечного состояния образуюц(ейся системы; е и гп — заряд и масса электрона; [лр и [лл — выраженные в вольтах потенциалы, соответствуюц(ие энергии падающего фотона и испускаемого электрона.
Указанное соотношение непосредственно вытекает из квантовой механики. Величины ['р и [г, связаны формулой где ч и ),— частота и длина волны падающего излучения, а [г! — потенциал ионизации нейтральной атомарной частицы, Приближенные значения г)п(О) можно почучнть из анализа наблюдаемого рекомбинационного свечения плазмы при условии, что известны плотности и распределение скоростей электронов и ионов Ц. ) Это соотношеппе пззывзюэ формулои Милка О пем говорится дзпее в гл. !2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
