Введение к работе
Изучение электронно-колебательно-вращательных (ЭКВ или ро-вибронных) спектров двухатомных молекул представляет самостоятельный интерес как с точки зрения получения новых данных о внутренней структуре и характеристиках молекул, так и вследствие широкого применения неравновесных газовых и плазменных сред на основе молекулярных смесей в различных областях науки и техники [1-3]. Распределения молекул по внутренним степеням свободы в газоразрядной плазме, как правило, являются неравновесными и для изучения кинетических процессов и диагностики молекулярной плазмы необходимо знать такие параметры молекул как значения ЭКВ термов, вероятности спонтанного излучения, радиационные времена жизни и
ДР-
В этом смысле особый интерес вызывает изучение спектра и строения простейшей из нейтральных молекул - молекулы водорода, так как водородосодержащая плазма часто используется при исследовании различных физичесісих процессов. Тем не менее, за очень небольшими исключениями [1], данные о вероятностях спонтанного излучения для переходов между электронно-возбужденными состояниями молекулы водорода в литературе отсутствуют. Одной из причин этого является то, что большинство возбужденных электронных состояний молекулы водорода сильно Еозмущены другими электронными состояниями. Описание как ЭКВ термов, так и вероятностей радиационных переходов с таких состояний в рамках простых адиабатических моделей (приближение Франка-Кондона для электронно-колебательных полос и формулы Хенля-Лондона для вращательных ветвей электронных переходов) приводит к значительному расхождению с экспериментальными данными. Причиной этого являются неадиабатические эффекты взаимодействия электронных и ядерных степеней свободы, которые вследствие легкости ядер молекулы водорода довольно значительны.
В настоящей работе были исследованы вероятности спонтанного излучения с ЭКВ уровней 11Па и ^ До состояний синглетного 3d комплекса термов в В 2"^ и С Л состояния 2р комплекса термов молекулы водорода.
Актуальность темы диссертации определялась интересом к нижним возбужденным синглетным состояниям молекулы водорода как с общефизической точки зрения, так и при решении большого ряда прикладных задач. В частности, полученные в настоящей работе но-
вые данные о вероятностях переходов с ЭКВ уровней синглетного 3d комплекса термов молекулы водорода и радиацинных временах лизни излучающих состояний позволяют проводить количественные исследования процессов возбуждения молекул в эти состояния и использовать изученные системы полос (являющиеся наиболее яркими в видимой области спектра молекулы Н ) для диагностики водородссодержа-щей плазмы.
Цель настоящей работы состояла в систематическом полуэмпирическом изучении возмущений в ЭКВ термах Т1П9 и / Д, состояний,
ВерОЯТНОСТЯХ I *~[\~а Cj1^ а -* Ь* dLf\' ЭКВ ПЄрЄХОДОВ И
радиационных временах жизни ровибронных уровней X 11 0 и ;j 1\ состояний молекулы Еодорода. Полуэмпирические данные о вероятностях переходов были использованы для исследования распределений молекул Н„ по вращательным уровням возбужденных Х'Па и С/Д,. состоянии в водородосодержащеи плазме пониженного давления.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:
1. Измерены колебательные и вращательные коэффициенты ветвления
TLtl~a, У^&'а -* &LiLiJ^'IRt радиационных переходов
молекулы водорода (Н-, и Ц,). Обнаружены существенные отличия вращательных коэффициентов ветвления (отношений сил пар спектральных линий, испускаемых с общего ЭКВ уровня, но принадлежащих различным вращательным ветвям в пределах одной и той же полосы) X /7<, ' / а -*- С Г)~ переходов от отношений соответствующих факторов Хенля-Лондона, что непосредственно указывает на значительную роль неадиабатического эффекта электронно-вращательного взаимодействия адиабатических ісі-тт ' (] ,, и bd-u Аси состояний. Наблюдаемые заметные расхождения колебательных коэффициентов ветвления (отношений сил линий Q ветвей в v" прогрессиях полос) X /7- & L перехода и отношений соответствующих факторов Франка-Кондона свидетельствуют о необходимости принимать во внимание зависимость дипольного момента ЪЫ На -* 2-Р
-
Полуэмпирически найдены коэффициенты разложения возмущенных волновых функций Xfflq >V>N И / Z\n ,V,N состояний Н и Dg по борн-оппенгеймеровскому базису волновых функций.
-
Показано, что предложенная ранее для аналогичных триплетных переходов неадиабатическая модель позволяет адекватно описать возмущения исследованных в настоящей работе синглетных состояний и переходов с них, если учесть зависимость дипольного момента
bd. / 'cj -* 2.p 2j4 электронного перехода от межъядерного расстояния.
4. Из анализа экспериментальных данных об ЭКВ термах, относи
тельных вероятностях спонтанного излучения и радиационных Бреме
нах жизни найдены абсолютные значения адиабатических дипольных
моментов
Up Пч электронных переходов молекулы водорода. Установлено, что
дипольные моменты doLflcj. -* .рПч и 2>cL &q -> 2-pflu
синглетных и триплетних переходов находятся в хорошем согласии
друг с другом. Следовательно, величина полного спина электронов
слабо влияет на абсолютные значения вероятностей в исследованных
нами системах полос переходов. С другой стороны обнаружено су
щественное (примерно четырехкратное) различие найденных полуэмпи
рически дипольных моментов 2>oL Па. -* 2-р 1 и Oct- ^Л^р"
&.р Ъ ^> электронных переходов Н0 . "
5. Найдены абсолютные значения вероятностей I "П ^ ^р jV',»i*->
С^Г/; ,v',N" и Г^7"9у^Д~ ,v*,N* — &lZt ,v"LU; ЭКВ
переходов и радиационные времена жизни излучающих Т*~Лд ,v*,N* и O/^ZL, ,v*,N' состояний молекулы Н для значений v'-0-3 , v"-0-9 тл" N'-2-6.
-
Сказалось возможным провести сравнение результатов имеющихся ab initio расчетов с данными, полученными из эксперимента. Установлено, что лучшие из неэмпирических вычислений в состоянии обеспечить точность описания до 1% для ЭКВ уровней, 2QX для дипольных моментов переходов и 10% для вероятностей спонтанного излучения.
-
Показано, что вопрос о точности определения газовой температуры неравновесной водородосодержащей плазмы по измерению распределений интенсивностей в ротационной структуре полос электронных переходов молекулы водорода требует проведения дополнительных исследований.
Эти основные положения и выносятся на защиту.
Научная и практическая ценность работы состоит в том, что: Проведено полузмпирическое исследование ЭКВ уровней J-L, состояний синглетного 3d комплекса термов молекулы водорода, вероятностей спонтанного излучения с ровибронных уровней І^По И С/Дд состояний и радиационных времен жизни. Показано, что предложенная ранее теоретическая модель описывает значения вероятностей переходов и имеющиеся в литературе экспериментальные данные о временах жизни на уровне точности измерений. Полученная информация о вероятное-
- 4 -тях переходов л радиационных временах жизни использована в практических приложениях.
Апробация работы и публикации. Материалы, вошедшие в диссертацию, доложены на конференциях "Атомные данные по астрофизике" (Санкт-Петербург 1995) и 'Физика низкотемпературной плазмы" (Петрозаводск 1995). По теме диссертации опубликованы 1 статья и 3 тезисов докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержит 170 страниц, из них 13 рисунков и 33 таблицы. Библиографии включает 94 наименования.
