6.5. Состояния, образующиеся при рекомбинации

Рассмотрим теперь, в каких состояниях образуются продукты различных процессов рекомбинации. Дело в том, что эти возбужденные состояния могут быть либо предшественниками возбужденных частиц, находящихся на верхнем лазерном уровне, либо непосредственно этими возбужденными частицами. Мы покажем, что экспериментальная информация относительно продуктов рекомбинации носит фрагментарный характер; поэтому, чтобы ответить на вопрос, каковы же конечные состояния этих реакций, нам приходится полагаться в основном на теоретическое описание рассматриваемых процессов.

6.5.1. Продукты диссоциативной рекомбинации

Несмотря на то что полные константы диссоциативной рекомбинации экспериментально определены для довольно большого числа молекулярных ионов, идентификация продуктов, образующихся в результате протекания этих процессов, выполнена лишь для ограниченного числа случаев. К тому же теоретические расчеты кривых потенциальной энергии, участвующих в диссоциативном процессе, в результате которого образуется конечное состояние, имеются только для относительно небольшого числа ионов, например

На диаграмме энергетических уровней (рис. 4) представлены в качестве примера результаты исследования конечных состояний, образующихся при диссоциативной рекомбинации электронов с ионами инертных газов в послесвечении при СВЧ возбуждении [22, 24]. На диаграмме показана энергия основного электронного и колебательного состояний молекулярного иона. Наблюдаемые интенсивности характерных переходов, появляющихся в результате диссоциативной рекомбинации, соответствуют толщине стрелок. Более подробные экспериментальные данные по рекомбинационным переходам для аргона, криптона и ксенона имеются в литературе [23, 24].

Сплошные линии на рис. 4 обозначают переходы, наблюдаемые при в то время как штриховые линии обозначают дополнительные переходы, наблюдаемые при нагреве электронов в СВЧ поле, благодаря которому температура электронов возрастает до 6500—7500 К. При по-видимому, образуются все энергетически разрешенные возбужденные состояния. Например, и нижний -уровни криптона и и -уровни ксенона находятся почти при той же энергии, что и начальное состояние

системы (медленный электрон плюс молекулярный ион в основном колебательном состоянии).

Высоколежащие конечные состояния (такие, как в криптоне, а также в ксеноне) наблюдаются только при значительном увеличении электронной температуры, когда появляются электроны с кинетической энергией, достаточной, чтобы достичь высоколежащих отталкивательных состояний.

Рис. 4 Типичные переходы, наблюдаемые в спектрах испускания и обусловленные процессами диссоциативной рекомбинации Сплошные кривые соответствуют а штриховые — (Из работ [24, 25])

Однако в данном случае наблюдаемые интенсивности рекомбинационного излучения не передают точную картину образования рассматриваемых возбужденных состояний, поскольку безызлучательный процесс ассоциативной ионизации (обратный диссоциативной рекомбинации):

является для этих высоколежащих возбужденных состояний

экзотермическим и, следовательно, может очень эффективно конкурировать с радиационными переходами на нижние состояния.

Теоретические расчеты, выполненные для простых двухатомных молекул, указывают на то, что в процессе рекомбинации принимает участие лишь небольшое число отталкивательных потенциальных кривых. Например, для захвата медленного электрона ионом возможными каналами экзотермического распада являются как так и Однако можно ожидать, что реакция будет идти только по первому из них, соответствующему более высоколежащему состоянию, поскольку между кривой и кривой коррелирующей с не обнаружено подходящих пересечений [1]. Вследствие того что для количественного расчета необходимо иметь точно определенные молекулярные волновые функции, в настоящее время такие расчеты можно выполнить лишь для относительно простых двухатомных ионов, соответствующих атомам с небольшим число электронов.

6.5.2. Продукты, образующиеся при трехчастичной рекомбинации

При обсуждении рис. 2 в разд. 6.2 мы показали, что начальная стадия как для ударно-радиационной рекомбинации, так и для рекомбинации, стабилизируемой нейтральной частицей, нередко включает захват электрона на высоколежащее возбужденное состояние (т.е. лежащее в интервале энергий, меньших чем если отсчитывать от границы ионизации). За этой стадией следует процесс снижения энергии возбуждения, обусловленный как столкновениями с электронами или нейтралами, так и радиационными переходами. Этот процесс продолжается до тех пор, пока после перехода через некоторый уровень, являющийся узким горлом процесса и лежаший на несколько ниже континуума, он не застабилизируется.

Из теоретического описания процессов (см., например, работу [6]) следует, что в этом интервале энергий наиболее вероятными являются столкновения, приводящие к снятию возбуждения Таким образом, можно ожидать, что все возбужденные состояния, возникающие в результате рассмотренных рекомбинационных процессов, могут образовываться за счет каскадных переходов с уровней, лежащих вблизи границы ионизации. Имеющаяся экспериментальная информация по возбужденным состояниям, образующимся при ударно-радиационной рекомбинации (см., например, подтверждают эту точку зрения. В этих экспериментах наблюдалось излучение с высоколежащих состояний при рекомбинации