Введение к работе
Работа посвящена исследованию многоэлектронных эффектов в процессах двойной и тройной фотоионизации атомов инертных газов в рамках теории возмущений (ТВ). Особое внимание уделено выбору потенциала, в котором вычисляются базисные волновые функции. Представлены результаты расчета сечений и энергетических спектров фотоэлектронов при двойной фотоионизации (ДФ) неона с использованием потенциалов VN~l и VN~2. Предложен новый потенциал вида VN~4, где 1 < о < 2, и разработан метод его использования. Предложен критерий выбора параметра q, позволяющий добиться совпадения сечений двойной фотоионизацин в формах длины и скорости. В рамках описанной модели проведены детальные расчеты дифференциальных и интегральных сечений всех каналов ДФ внешних оболочек неона с излучением фотоэлектронов с орбитальными моментами I вплоть до I = 5.
В рамках многочастичной теории возмущений вычислены парциальные ширины Зй-вакансии в атоме Кг относительно всех возможных канатов двойного Оже-распада этой вакансии, а также относительно Оже-распада, сопровождающегося возбуждением одного из электронов на дискретный уровень. Указанные процессы являются одними из возможных механизмов тройной и двойной фотоионизации.
Актуальность темы. Существует довольно широкий круг атомных процессов, в которых роль относительно малого остаточного, то есть неучтенного в рамках одноэлектронного приближения, взаимодействия велика или даже является определяющей. При этом вероятность таких процессов может быть весьма значительной. К таковым, в частности, относится множественная (фото)ионизация атома. Так, для тяжелых атомов отношение сечения двойной фотоионизации к сечению однократной фотоионизации может достигать десятков процентов [1]. Поэтому теоретическое исследование многоэлектронных эффектов важно для правильной интерпретации радиационных и атектронных спектров как излучения, так и поглощения. Практическое применение получаемых при этом результатов довольно широко: от лабораторного анализа химического состава веществ до астрофизических исследований плазмы.
Исследование двойной ионизации атомов одиночным фотоном проводится с середины 60-х годов. Несмотря на большое количество как экспериментальных, так и теоретических работ, остается ряд существенных вопросов даже для наиболее полно исследованных атомов. Так, для атома неона имеется довольно широкий разброс в экспериментальных данных. Полученные ранее теоретические сечения ДФ неона
также плохо согласуются как друг с другом, так и с экспериментом. Поэтому теоретическое исследование ДФ остается актуальной задачей.
С развитием техники и методов эксперимента расширяется количество параметров, которые можно измерить. Например, метод фотон-идуцированной флюоресцентной спектроскопии (ФИФС) позволил измерить не полные, а парциальные сечения двойной фотоионизации атомов в состояния, которые впоследствии могут флюоресцировать. Новые данные требуют теоретического подтверждения. Актуальны и предварительные теоретические вычисления, которые позволяют оценить целесообразность проведения экспериментов и параметры экспериментальных установок. Например, на основании полученных в данной работе ширин Зсі-вакансии в Кг относительно всех возможных каналов ее двойного Оже-распада можно оценить вероятность тройной ионизации Кг в различные конечные состояния и, следовательно, предсказать возможные электронные и радиационные спектры после образования такой вакансии.
Повышение разрешающей способности эксперимента выявило сложную структуру сечений фотононизации и атектронцых спектров, ранее считавшихся гладкими. Наличие этих структур, в основном, определяется различными сателлитными переходами. В настоящей работе получены вероятности безызлучательного распада 3d-вакансии в Кг в различные состояния, что дает возможность описать сателлитные Оже-спектры.
Наконец, прогресс вычислительной техники требует усовершенствования методов расчета для увеличения их точности и эффективности. Программный комплекс, разработанный для решения представленных в диссертации задач, может быть использован при исследовании других многоэлектронных процессов.
Основная научная цель работы заключается в систематическом изучении многоэлектронных эффектов, ответственных за множественную ионизацию атомов. Задачи научного исследования определены в соответствии с целью работы и заключаются в следующем: разработка методики расчета сечений ДФ и энергетического распределения фотоэлектронов; изучение влияния выбора потенциала, в котором движутся фотоэлектроны, на расчетные параметры ДФ; разработка метода построения и критериев выбора оптимального потенциала для исследования ДФ в рамках низшего иеисчезающего порядка ТВ; изучение двойного Оже-распада субвалеитных вакансий как второй ступени тройной фотоионизации и изучение двойной фотононизации с возбуждением третьего электрона в рамках многоступенчатой модели множественной ионизации.
Основные научные положения, выносимые на защиту.
-
Для удовлетворительного описания сечений и фотоэлектронных спектров в процессе прямой двойной фотоионизации п рамках низшего порядка теории возмущений необходим учет не только остовных корреляций, но и корреляций в движении двух фотоэлектронов. Частично такой учет достигается в новом методе расчета, основанном на применении хартри-фоковского потенциала V^N~^ с дробными значениями параметра ? для случаев q = const и q = q(w). Предложен неэмпирический критерий для определения параметра q, обеспечивающий совпадение сечений двойной фотоионизации в форме длины и в форме скорости.
-
Предложенный метод применен в исследовании двойной фотоионизации 2s- и 2р-оболочек неона: получены правила отбора; вычислены полные и парциальные сечения в формах длины и скорости для хартри-фоковских потенциалов 7'""1', V(w~21, у(л-?) и уС7"'^)). Результаты вычислений устанавливают предпочтительность использования потенциала У'"-*")', как наиболее полно описывающего среднее взаимодействие фотоэлектронов между собой и с остовом. Поведение дифференциальных сечений двойной фотоионизации неона в около-пороговой области энергии фотона подтверждает данные, полученные ранее на основании квазиклассического анализа движения фотоатектронов. Обнаружено смешивание двукратно возбужденных синглетных и триплетних состояний непрерывного спектра.
-
Вычисления показывают, что ширина 3d- вакансии в Кг относительно двойного и сателлитного Оже-распадов довольно велика, поэтому имеет место каскадный двухступенчатый механизм тройной фотоионнзацни и, соответственно, двойной фотоионизации с возбуждением третьего электрона; сечения тройной фотоионизации и двойной фотоионизации с возбуждением могут оцениваться в рамках каскадной модели.
-
Методика расчетов процессов возбуждения атомов, приводящих к одновременному излучению двух электронов и комплекс компьютерных программ, обеспечивающий автоматизацию этих расчетов.
Научная новизна основных результатов к выводов исследования заключается в том, что в работе впервые:
- разработан метод расчета сечений ДФ с использованием параметризованного потенциала V^N~q\ где параметр q может принимать дробные значения.
а рамках единого подхода рассчитаны сечения двойной фотоионизации с использованием потенциалов У'^-1), l/("_2), K(JV_,) и уС'-'М) и установлена зависимость сечений ДФ от параметра q в широком диапазоне энергий возбуждающих фотонов.
предложены неэмпирические критерии выбора значений параметра q, основанные либо (і) на минимизации интегрального квадрата разности сечений в форме длины и форме скорости, либо (іі) на минимизации квадрата разности сечений в форме длины и форме скорости отдельно для каждого значения энергии фотона. Критерий (іі) приводит к практически точному совпадению этих форм и устанавливает зависимость параметра q от энергии фотона и, q = q[u).
вычислены ширины Зо!-вакансии в Кг относительно всех возможных каналов ее двойного Оже-распада и получены энергетические спектры Оже-злектронов.
вычислены ширины Зй-вакансаи в Кг относительно всех возможных каналов Оже-распада, сопровождающегося возбуждением одного из электронов на различные дискретные уровни и получены ее сателлитные Оже-спектры.
Научная и практическая ценность данного исследования состоит в систематическом исследовании влияния выбора потенцила на результаты расчета сечений ДФ и выявлении других факторов, оказывющих значительное влияние на получаемые результаты, таких как способы коррекции энергетических знаменателей диаграмм ТВ, приближение, использованное для расчета волновых функций и пр. Результаты исследования углубляют понимание коллективных процессов, происходящих при взаимодействии электромагнитного иатучения с веществом и являются очередным шагом на пути изучения взаимодействия атектронов в многоэлектронной системе. Предложенная модель учета корраіяций с помощью потенциала уС~«) может быть использована для описания других процессов, в которых в непрерывный спектр излучаются два и более электронов.
Практическая ценность работы состоит также в том, что в процессе ее выполнения разработана эффективная методика расчетов и создана библиотека программ, которые могут быть использованы для решения многих задач теоретической атомной спектроскопии.
Личный вклад автора. Лично автором получены основные результаты, которые легли в основу положений, выносимых на защиту и выполнены все конкретные расчеты. Разработан программный комплекс, позволяющий проводить чрезвычайно
громоздкие вычисления в паїуавтоматическом режиме, что, в свою очередь, позволило накопить большой фактический материал. Автором освоен комплекс программ АТОМ [2] и программа расчета вероятностен двухэлектронных Оже-распадов [3]. Для расчета волновых функций дискретного спектра использовалась также программа MCHF [4|. Автором также разработана многоцелевая программа QAMT автоматизации аналитических вычислении с объектами квантовой теории углового момента [АЗ,А9].
Автор считает своим прятиым долгом выразить глубокую благодарность научным руководителям: доц. Килину В.А.(Томский политехнический университет) и проф. Зеличенко В.М. (Томский государственный педагогический университет). Автор также признателен проф. Шартнеру К.-Х.(университет г. Гиссеи, Германия), проф. Шмораицеру X.(университет г. Кайзерслаутерп, Германия) и их сотрудникам за предоставленную возможность выполнения части работы в кооперации с экспериментаторами. Работа поддержана грантом Л> 3533 фонда "Университеты России".
Апнробация работы. Результаты, положенные в основу дисссертации, обсуждались
на научных семинарах кафедры общей физики Томского государственного педагогического университета,
на научных семинарах физического факультета университета г. Кайзерслаутер-на под руководством проф. X. Шморанцера.
а также докладывались на следующих конференциях:
6th EPS Conference on Atomic and Molecular Physics, Siena, Italy, 14-18 of July 1998.
Российско-корейская научная конференция KOMUS, Томск, 15-17 мая 1998 г.
XVI Конференция "Фундаментальная атомная спектроскопия'' Москва, ФИАН, 8-11 декабря 1998 г.
31-th Conference of European Group for Atomic Spectroscopy (EGAS), Marseille, 6-9-th of July 1999.
Матернаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 4 статьях и 7 тезисах, список которых приводится а конце автореферата.
