авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
-- [ Страница 1 ] --

ЮБИЛЕЙНЫЙ СБОРНИК

КАФЕДРЕ ОПТИКИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО

ГОСУДАРСТВЕННОГО

УНИВЕРСИТЕТА

70 ЛЕТ

MCMXXXIV — MMIV

УДК

535+537+539+621

Кафедре оптики 70 лет

СПб, Физический учебно-научный центр СПбГУ, 2004

ISBN

Данный сборник публикаций преподавателей кафедры оптики и научных

сотрудников отдела оптики и спектроскопии СПбГУ, составляющих единый

научно-преподавательский коллектив, посвящен семидесятилетнему юбилею

этого коллектива и содержит многоплановую информацию как об его научной истории, так и о работах последних лет, неизменно находящихся на переднем крае исследований по оптике и спектроскопии, физике газоразрядной плазмы, лазерной физике и спектральному анализу.

Сборник предназначен для научных сотрудников и преподавателей вузов, специализирующихся в вышеперечисленных отраслях науки.

ФУНЦ СПбГУ, ISBN Кафедре оптики Санкт-Петербургского университета в 2004 году юриди чески исполняется семьдесят лет.

Однако систематические работы по оптике и спектроскопии были начаты в нашем университете значительно раньше. Достаточно вспомнить, что первая работа по исследованию вероятностей оптических переходов в атомных спек трах была опубликована Д.С. Рождественским, в будущем академиком и осно вателем кафедры оптики СП6ГУ и Государственного оптического института, в 1904 году и, таким образом, мы с полным основанием можем одновременно отмечать и столетний юбилей с начала фундаментальных исследований по оптике и спектроскопии в нашем университете.

Кафедра оптики физического факультета может гордиться своей славной научной и педагогической историей. В ее составе, помимо Д.С. Рождествен ского, работали и другие выдающие ученые, сформировавшие не только ряд оригинальных научных направлений на самой кафедре оптики (С.Э. Фриш, Н.П. Пенкин, А.М. Шухтин, Ю.М. Каган, А.Н. Зайдель и др.), но и возглавив шие другие кафедры (А.Н. Теренин, В.М. Чулановский, Н.И. Калитеевский и др.) с самостоятельной, но родственной тематикой.

Общее число фундаментальных научных публикаций сотрудников ка федры оптики (монографий, оригинальных статей и докладов на отечественных и зарубежных конференциях) приближается к тысяче. Число защищенных на кафедре докторских и кандидатских диссертаций составляет, соответственно, более семидесяти и более двухсот. Число выпускников кафедры приближается к полутора тысячам. Некоторые из них возглавляют сейчас научные подразделе ния в академических и отраслевых институтах и кафедры в высших учебных заведениях России и стран СНГ. Высок авторитет кафедры оптики и в мировой науке – многие ее выпускники успешно работают сейчас в десятках учебных и научных организаций Европы, Азии и Америки.

Заканчивая этот перечень основных заслуг кафедры оптики перед миро вой и отечественной наукой, сердечно поздравляю сотрудников кафедры с юбилеем и желаю им дальнейших успехов в научной и педагогической деятельности на благо России.

Ректор университета Л.А. Вербицкая СОДЕРЖАНИЕ Н.А. Тимофеев 70 лет кафедре оптики ………………………………………………………….… Ю.А. Толмачев Атомная спектроскопия на кафедре оптики ……………………………………. О.П. Бочкова Спектроскопия на кафедре оптики физического факультета ЛГУ в период 40х – 60х годов ХХ века ……………………………………………… Лазерные исследования на кафедре оптики Санкт-Петербургского государственного университета. ……………………………………………….. Предисловие …………………………………………………………………... О.П. Бочкова, Ю.А. Толмачев. Процессы селективной передачи возбуждения в активных средах газоразрядных атомарных лазеров …….. В.А. Иванов, Ю.Э. Скобло. Процессы диссоциативной рекомбинации в активных средах плазменных лазеров..……………………………………... Г.М. Григорьян, Ю.З. Ионих, Н.В. Чернышева. Процессы в активных средах газоразрядных молекулярных лазеров..…………………………….. А.И. Эйхвальд. Лазерные исследования нестационарной газоразрядной плазмы ………………………………………………………... А.З. Девдариани. Исследование атомных столкновений в лазерном поле ……………………………………………………………….. А.А. Пастор, П.Ю. Сердобинцев. Исследование многофотонных процессов взаимодействия ультрафиолетового лазерного излучения с веществом в газообразной и конденсированной фазах …………………… А.Н. Ключарев, Н.Н. Безуглов. Фотонно и электронно стимулированные процессы в плазме …………………………………….………………………. Н.Н. Безуглов, А.Н. Ключарев. Процессы переноса излучения в оптически плотных средах ………………………………………………… В.С. Егоров, И.А. Чехонин. Когерентная лазерная спектроскопия и источники когерентного излучения с сильной связью электромагнитное поле – вещество …………………………………………. С.А. Пулькин. Исследование атомных констант – сил осцилляторов, вероятностей оптических переходов и времен жизни возбужденных состояний атомов …………………………………………………………….. Ю.А. Толмачев, М.К. Лебедев. Дифракция и интерференция ультракоротких импульсов ………………………………………………….. И.А. Жувикина. Лазерные системы с программируемым спектром генерируемого излучения ……………………………………………………. Ю.А. Пиотровский, Ю.А. Толмачев. Коаксиальная электронная пушка …. В.М. Немец, С.В. Ошемков, А.А. Петров, А.А. Соловьев. Лазерная спектроаналитика …………………………….……………………………….. В.С. Егоров От нестационарной плазмы и импульсных газоразрядных лазеров к источникам когерентного излучения на основе кооперативных эффектов в оптически плотных средах без инверсии заселенностей …………………………………………………….. А.Н. Ключарев Фоторезонансная плазма: история, состояние и перспективы развития. ………………………………………………………… В.И. Яковлева Столкновения атомов с электронами.

Опыты по возбуждению атомов пучками электронов ………………………… А.З. Девдариани Работы по теории атомных столкновений …………………………………...… Я.Ф. Веролайнен Исследование радиационных времен жизни возбужденных состояний атомов и ионов …………………………………… А.А. Митюрева Метастабильные атомы и электроны …………………………………………. Ю.З. Ионих Исследования в области химии плазмы ……………………………………… на кафедре оптики В.С. Сухомлинов Лаборатория голографии и оптики лазеров ………………………………….. Г.В. Жувикин Метод крюков Рождественского и его развитие в работах по атомной спектроскопии на кафедре оптики Петербургского университета …………………………… Ю.Б. Голубовский Физика плазмы на кафедре оптики ……………………………………………. Б.П. Лавров Исследования элементарных и кинетических процессов в газоразрядной плазме с участием атомов и молекул водорода ……………………………………….. Л.Г. Большакова Лаборатория фотометрии ………………………………………………………. В.М. Немец, С.В. Ошемков, А.А. Петров, А.А. Соловьев Спектральный анализ на кафедре оптики …………………………………….. А.Н. Зайдель Работы С.Э. Фриша по спектральному анализу (публикация 1979г.) …………………………………………………………….. Г.Н. Герасимов Мои воспоминания о физфаке …………………………………………………. Г.В. Островская Кафедра оптики – начало моего пути в науку ………………………………… Монографические публикации сотрудников кафедры оптики ……………… Краткие биографии ведущих сотрудников кафедры …….……………………. Н.А. Тимофеев 70 ЛЕТ КАФЕДРЕ ОПТИКИ Дорогие друзья и коллеги!

Вашему вниманию представляется сборник статей, посвященных 70 летию со дня основания на физическом факультете Санкт-Петербургского (Ле нинградского) государственного университета кафедры оптики. Мы старались поместить в этот сборник статьи, которые, с нашей точки зрения, были бы инте ресны широкому кругу людей – от специалистов в области оптики и спектро скопии, лазерной физики, спектрального анализа, физики плазмы до студентов и просто людей, интересующихся историей развития науки и физики в частно сти. По этой причине здесь представлены как статьи, посвященные отдельным научным направлениям и проблемам, так и статьи, которые являются скорее воспоминаниями о годах учебы и работы в нашем университете. Мы думаем, что информация о ведущих сотрудника кафедры оптики и отдела оптики и спектроскопии, работавших и работающих на кафедре и в отделе оптики и спек троскопии, также будет интересна для читателей.

Следует сразу отметить, что, говоря о знаменательной дате для кафедры оптики, мы имеем в виду и кафедру, и отдел оптики и спектроскопии, создан ный в Физическом институте университета. Внутри коллектива мы никогда не разделяли друг друга на сотрудников кафедры или сотрудников института, учебно-научная работа всегда велась и ведется теми и другими совместно, успе хи и достижения кафедры были бы, безусловно, невозможны без сотрудников отдела, которые по численности всегда существенно превосходили число пре подавателей кафедры. Поэтому юбилей кафедры оптики – это, безусловно, и юбилей отдела оптики и спектроскопии.

Говоря о знаменательной дате для кафедры оптики нельзя не вспомнить об учебно-вспомогательном персонале кафедры и отдела (С.А. Анохина, Т.Д. Бондарь, С.А. Голубева, Н.Н. Колыжев, М.Б. Курочкина, А.С. Павлов, Н.С. Савицкая, Э.И. Спирин, А.Е. Шильдер и др.). Многие из них большую часть своей жизни связали с университетом, пережили вместе с ним и годы рас цвета, и “времена перемен”. Несмотря ни на что они остались верны универси тету. Всем им хочется выразить благодарность и отметить их вклад в то, что ка федра и отдел существуют, работают, идут вперед.

За время своего существования кафедра оптики завоевала всемирную из вестность не только научными достижениями, многие из которых составили ос нову современной физики. Не меньшая заслуга, если не большая, принадлежит кафедре и отделу в деле подготовки высококвалифицированных физиков. Я не решаюсь назвать точное число студентов-оптиков, закончивших кафедру за эти годы;

по-видимому, можно сделать лишь “оценку” их числа – 1200-1300 спе циалистов в области оптики и спектроскопии, лазерной физики, спектрального анализа, физики плазмы. Более точно можно назвать число кандидатов и докто ров наук, выполнивших свои работы на кафедре и в отделе оптики и спектро скопии: 244 кандидата наук и 72 доктора наук. Вполне вероятно, что и эти циф ры занижены, человеческая память несовершенна. Мы с благодарностью вспо минаем всех наших выпускников. Уже того, что они учились на кафедре оптики Санкт-Петербургского (Ленинградского) государственного университета, дос таточно, как нам кажется, для того, чтобы они, так или иначе, пропагандировали нашу кафедру, факультет, университет. Не говоря о России, география мест, от куда они приехали к нам и куда вернулись после окончания обучения, охваты вает практически весь мир. Это – Украина, Белоруссия, республики Прибалти ки, Кавказа и Средней Азии, Болгария, Венгрия, Германия, Китай, Вьетнам, Ку ба, Эквадор, Сирия. Наши выпускники в силу жизненных обстоятельств рабо тают в Европе, Азии, США, Канаде, Израиле. Кафедра и отдел имеют тесные научные и учебные контакты с Германией, Францией, США, Словакией, Болга рией, Швецией, Италией, Польшей. Мы уверены, что в будущем география на ших научных и учебных контактов будет только расширяться. Приятно отме тить, что в последнее время возобновляются и укрепляются контакты с Россий скими научными центрами, в частности с Федеральным научным центром в г. Сарове.

Я окончил школу в 1969 году и в этом же году поступил на физический факультет. Это было удивительное время, проникнутое романтизмом и уверен ностью во всесилии науки, уверенностью во всесилии человеческого разума.

“Конфликт” между “физиками и лириками”, как мне представлялось, решился раз и навсегда в пользу точных наук. Сейчас я стал намного терпимее (может быть, умнее?) по отношению к этой “проблеме”. Любая область человеческой деятельности, если она дает пример высочайшей квалификации, достойна ува жения. И, тем не менее, я благодарен судьбе за то, что она дала мне возмож ность работать в области физики. На третьем курсе обучения на физическом фа культете передо мной, как и перед всеми моими сокурсниками, встал вопрос:

какую кафедру выбрать. Учился я неплохо, и при желании мог попасть на лю бую теоретическую кафедру, что в “мое” время считалось пределом мечтаний.

Но я выбрал кафедру оптики. Решающим было то, кто работал на этой кафедре.

Имена Д.С. Рождественского – основателя кафедры, В.А.Фока – величайшего российского физика, без которого современная физика немыслима, С.Э Фриша, по учебникам которого я учился первых три курса обучения на физфаке (может быть, я не прав, но до сих пор я считаю этот курс – С.Э. Фриша и А.В. Тиморевой, – лучшим учебником по общей физике), Н.П. Пенкина, Ю.М. Кагана, А.Л. Ошеровича, А.М. Шухтина – все это было определяющим в моем выборе.

Оптика и сейчас привлекает студентов – она находится на самом перед нем крае современной физики, она дает примеры ее применения (и связанных с ней областей лазерная физика, голография, плазма, спектральный анализ) в самых различных областях науки и техники физике, медицине, биологии, гео логии, технике. Достаточно упомянуть, что максимально достижимая в настоя щее время точность измерения физических величин связана именно с оптикой.

Мы уверены, что оптика и в будущем будет на переднем фронте современной науки и что она будет привлекательна для молодых людей, стремящихся сказать свое слово в науке. Поэтому мы с оптимизмом смотрим вперед. Основанием этому есть ОПТИКА как наука, дающая объективное знание об окружающем нас мире, научный потенциал кафедры и отдела, фундамент которого был зало жен нашими великими предшественниками, и обусловленный этим интерес мо лодого поколения ученых к самой точной науке современности.

Ю.А. Толмачев АТОМНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ НА КАФЕДРЕ ОПТИКИ Созданная первым заведующим кафедрой членом-корреспондентом АН СССР Сергеем Эдуардовичем Фришем, кафедра оптики родилась вместе с физическим факультетом в 30-х годах, 70 лет тому назад. Причиной оформления ее как самостоятельного подразделения факультета послужило ясное понимание ведущими учеными страны, что без прецизионного инструмента измерений, которое дает оптика технике, без возможностей утонченного воздействия на вещество, без развития базы фундаментальных научных знаний, которую дает физика вообще и которая обеспечивает создание и развитие самых передовых технологий, невозможно обеспечить высокий уровень жизни в стране, а тем более говорить о независимости России от внешних поставок высокотехнологичного оборудования и материалов.

Наша кафедра – старейшая и самая большая из кафедр оптики России.

Научные задачи кафедры всегда соответствовали самому передовому фронту знаний. Современные актуальные направления исследований возникли, во многом, как естественное продолжение и развитие работ, начатых на кафедре еще под руководством С.Э. Фриша и, несмотря на проблемы нашего времени, мы и сейчас занимаем передовые позиции в стране и в мире.

Развитие квантовой механики в начале ХХ века потребовало знания констант, характеризующих внутреннюю структуру атома и его взаимодействие с другими частицами. В такой приблизительно форме и была сформулирована одна из задач фундаментальных исследований на кафедре академиком Д.С. Рождественским. Начатые еще в Государственном оптическом институте работы по измерению длин волн эмиссионных линий и систематике состояний атомов продолжались вплоть до начала 90-х годов. Под руководством проф.

Н.П. Пенкина, одного из учеников академика Д.С. Рождественского, сменив шего позже С.Э. Фриша на посту заведующего кафедрой, был выполнен огромный объем исследований, связанных с измерением одного из важнейших параметров атомов – времен жизни возбужденных состояний и сил осцил ляторов переходов. Результаты этой работы, проведенной с применением разнообразных прецизионных методов, дали огромный материал, составивший надежную базу данных, на которой во всем мире проверялись разнообразные теоретические методы. Сотрудниками кафедры Я.Ф. Веролайненом и Н.Н. Безугловым было осуществлено обобщение этих материалов, позволившее предсказать с высокой надежностью свойства тех состояний, до которых по техническим причинам не могли добраться экспериментаторы.

Спектральный анализ, во многом определивший первоначальные направления исследований на кафедре, с самого начала базировался на фундаментальных знаниях, в существенной мере полученных в лабораториях самой кафедры. Были решены многие принципиальные вопросы, связанные с измерением количества газов, растворенных в металлах, используемых в космической и радиоэлектронной промышленности, разработаны методы анализа сверхчистых инертных газов, определения содержания изотопов в растениях. Во всех случаях научные исследования заканчивались новыми инженерными разработками и внедрением приборов в производство.

Вместе с тем, наблюденные в процессе разработки методов анализа явления стимулировали развитие соответствующих фундаментальных исследований. Задачи спектроскопии плазмы потребовали ответа на вопросы как о свойствах электронной ее компоненты, так и об особенностях взаимодействия возбужденных атомов между собой, их столкновений с электронами, распространения излучения внутри самой плазмы, специфики процессов образования плазмы при освещении газа внешним источником света со спектром, соответствующим резонансному переходу, и многих других.

Правильно сформулированный вопрос всегда приводил к крупным научным достижениям. Открытие "Явление образования фоторезонансной плазмы", сделанное профессором А.Н. Ключаревым и зарегистрированное в 1998 г., констатировало факт одного из замечательных достижений ученых кафедры. Образование плазмы при отсутствии внешних источников тока в этих исследованиях было обусловлено взаимодействием между собой двух возбужденных атомов, а каждый из таких атомов, со своей стороны, возникал вследствие взаимодействия атомных паров со светом. Суммарная энергия двух возбужденных атомов часто превосходит энергию ионизации одного из них – значит, достаточно облучить газ квантами с энергией ниже порога ионизации, чтобы в результате столкновений двух возбужденных атомов образовалась плазма. В исследованиях А.Н. Ключарева с сотрудниками это были два резонансно-возбужденных атома щелочных металлов. При аналогичных столкновениях метастабильных и резонансно-возбужденных атомов может возникать плазма, содержащая ионы не только в основном, но даже в возбужденных состояниях. Столкновения этого типа изучались О.П. Бочковой Н.Б. Колоколовым и Ю.А. Толмачевым для атомов инертных газов и металлов второй группы.

Подобная плазма, созданная нетривиальными методами возбуждения, может обладать неожиданными свойствами, например, иметь отрицательное динамическое сопротивление. Рассчитать свойства бестоковой плазмы, уметь ее получать и использовать как для технических, так и для научных целей – всему этому научились на кафедре Оптики.

Одна из важнейших проблем физики плазмы – это необходимость знать огромную совокупность количественных характеристик атомов и ионов: с какой вероятностью атомы (в том числе и возбужденные) сталкиваются между собой, с электронами, с фотонами – на все эти вопросы первый ответ дает пока не столько теория, сколько эксперимент. Достаточно полистать справочники данных, необходимых для систем термоядерного синтеза и обзорные статьи, чтоб увидеть, что везде в качестве опорных, наиболее надежных, фигурируют величины, полученные сотрудниками кафедры. При этом многие из них были впервые измерены самим С.Э. Фришем и его ближайшими коллегами. В дальнейшем многие из этих данных стали классическими. Исследование узких пиков в функциях возбуждения атомов, впервые проведенное С.Э. Фришем вместе с аспирантом И.П. Запесочным и продолженное затем И.П. Богдановой, заложило основы изучения энергетических резонансов при электрон-атомных взаимодействиях. Всесторонним изучением резонансных явлений затем занялась группа ученых в Ужгороде, сформированная И.П. Запесочным и приобретшая мировую известность.

Исследования физики атом-атомных столкновений дали такой богатый материал, что на кафедре потребовалось создание теоретической группы, ее возглавил А.З. Девдариани. Ученым этой группы удалось развить обобщенное описание взаимодействия частиц в процессе столкновения и образования квазимолекулы, рассчитать изменения спектра и показать, как исследуя особен ности его структуры или характера зависимости сечения столкновения от энергии частиц, найти основные физические параметры квазимолекулы.

Подобно тому, как Д.И. Менделеев сумел "упорядочить" атомы, в году Г.В. Жувикин совместно с Р. Хефферлином (США) сумели построить "периодическую систему" двухатомных молекул, которая затем была распространена и на более сложные молекулы. Сегодня – это одно из активно развиваемых на кафедре направлений.

Исследования по физике электрон-атомных столкновений дали один совершенно неожиданный результат: В.В. Смирнов высказал подкрепленную квантовомеханическим расчетом гипотезу, что одиночный многоэлектронный атом может послужить линзой для пучка электронов. Такой «объектив»

электронного микроскопа должен обладать уникальными параметрами и можно будет достигнуть разрешающей способности порядка пикометров. Реализация метода с участием ученых США дала предварительные обнадеживающие результаты.

Создание лазеров принесло с собой массу новых вопросов – и как возникает инверсная заселенность состояний, и как ведет себя вещество при взаимодействии с мощным когерентным лазерным излучением, особенно импульсным, и как распространяется в оптически плотной среде это излучение.

Если первая группа вопросов имела и уже готовые ответы, и опыт, достаточный для того, чтобы максимально быстро найти ответ, то следующие требовали совершенно нового подхода к физике явлений. Именно сотрудники кафедры Оптики впервые установили, что взаимодействие поглощающего вещества с резонансным коротким импульсом может иметь особый, когерентный характер (В.С. Егоров, Н.М. Реутова, И.А. Чехонин). Ими было открыто явление индуцированной светом сверхпрозрачности поглощающего вещества. Более того, экспериментально и теоретически было показано, что при достаточно высокой плотности излучения возникает новое когерентное состояния ансамбля "свет + вещество", которое может приводить к усилению света даже в отсутствие инверсии заселенностей. А ответ на вопрос, как диффундирует мощное излучение в поглощающей среде, знает сегодня во всем мире только Н.Н. Безуглов.

Мощные лазеры ИК, видимого и УФ диапазонов потребовали исследования нелинейно-оптических, фотохимических и плазмохимических процессов. Возникновение и гибель молекулярных ионов инертных газов (В.А. Иванов и Ю.Э. Скобло), сложная совокупность физико-химических процессов в плазме инфракрасных газоразрядных лазеров (Ю.З. Ионих, Н.В. Чернышева, Г.М. Григорьян), динамика квазимолекул, состоящих из атома инертного газа и атома металла или галогена (Н.А. Крюков и А.А. Пастор), поведение вещества в сфокусированном лазерном излучении и полная совокупность нелинейных оптических и химических эффектов (А.А. Пастор и П.Ю. Сердобинцев) – все это в поле зрения и предмет обсуждений и анализа наших сотрудников.

А сколько новых проблем поставили генераторы ультракоротких световых импульсов! До сих пор нет ясного ответа даже на простой вопрос: как происходит дифракция и интерференция таких импульсов? Получены лишь первые намеки на особенности этих процессов в простейшем линейном приближении. Впереди масса совершенно новой оптики нестационарных сигналов. Сегодня – это основная проблема для Ю.А. Толмачева и М.К. Ле бедева.

Углубленное изучение интерференции поляризованного лазерного излучения, проведенное под руководством проф. А.Г. Жиглинского и доцента Н.С. Рязанова имело своим результатом не только обнаружение и исследование неизвестных ранее эффектов, но и создание новых типов широкополосных лазеров на красителях со светоинжекционным управлением параметрами. Были развиты три новых направления во внутрирезонаторной лазерной спектроскопии: фазовая, поляризационная и интерференционная.

Физика низкотемпературной плазмы, сравнительно быстро решившая усилиями наших ученых задачу о причинах расхождения в сотни и тысячи раз результатов расчета концентрации возбужденных атомов и данных измерений, сегодня двинулась сразу по нескольким направлениям: процессы самоорганизации как в тлеющем разряде и его приэлектродных областях в инертных газах (проф. Ю.Б. Голубовский), так и плазма, содержащая быстрые частицы (Н.Б. Колоколов, А.А. Кудрявцев, Ю.А. Пиотровский, Ю.А. Толма чев). Во всех этих областях физики плазмы наши ученые нашли новое, интересное и оригинальное направление исследований.

Попытка автора бросить взгляд назад и описать сколько-нибудь полно результаты работы большого коллектива сотрудников кафедры оптики и отдела оптики и спектроскопии НИФИ/НИИФ ЛГУ/СПбГУ в разнообразных разделах атомной спектроскопии заранее обречена была на неудачу. Подвести логичную схему под извилистый и многомерный путь развития исследований почти невозможно. Поэтому пришлось остановиться на собственном его восприятии, и пусть коллеги простят мне, если неполно и неточно будет воссоздана последовательность событий и не все имена будут названы. Хочу поблагодарить Ольгу Павловну Бочкову за предоставленные материалы, которые частично использовались мною при написании статьи, а более всего – за обстоятельные, добрые разговоры о том, что было.

Сам термин «атомная спектроскопия» по-своему понимается в разных коллективах ученых и инженеров. Своеобразие школы профессора С.Э. Фриша – в том, что уже начиная с 30-х годов ХХ века атомные спектры использовались в ней для исследования не только энергетической структуры атомов и ионов, но и для изучения проявлений взаимодействия атомов между собой и с другими частицами.

Задачи, которые ставила перед сотрудниками кафедры фундаментальная физика и практика, всегда были очень естественно связаны между собой. Общей особенностью работ было то, что в них, как правило, применялись различные оптические, в частности – спектроскопические методы. Постоянной «техноло гической особенностью» исследований, если можно так выразиться, была неторопливая тщательность анализа результатов эксперимента и изучения одного и того же элементарного процесса разными методами и с разных сторон.

Это обеспечивало высокую надежность и точность конечных результатов, так что до сих пор константы, характеризующие атомные взаимодействия, полученные сотрудниками остаются в ряду «опорных» для последующих уточнений. Объектом исследования были атомарные газы (включая пары металлов) и их смеси, а также низкотемпературная плазма, полученная при обычном разряде и при ионизации газов электронным пучком. Реже применялись атомные пучки и оптическое возбуждение. Во всех случая температура не превышала приблизительно 1000 К, что соответствует энергии столкновения частиц порядка 0.1 эВ. Эта величина существенно меньше энергии возбуждения любой из исследованных частиц, соответственно, основную роль играли резонансные или квазирезонансные процессы, особенно процессы передачи возбуждения (более или менее удачно названные на первых этапах ударами второго рода).

Значительное место в работах сотрудников кафедры занимают исследования упругих и неупругих соударений атомов. Говоря об упругих столкновениях логично, вероятно, начать с проблемы, возникшей по ходу развития исследований, связанных с измерением сил осцилляторов. Увеличение точности измерения абсолютных их значений атомов методом крюков Д.С. Рождественского ограничивалось погрешностью, с которой было известно равновесное давление паров металлов над нагретой поверхностью.

Н.П. Пенкиным, Ю.И. Островским и Л.Н. Шабановой был разработан метод, позволивший исключить при обработке результатов измерений эту величину.

Необходимо было одновременно с дисперсией показателя преломления измерять так называемую эквивалентную ширину линии поглощения. Возникла новая проблема: увеличение давления паров приводило к тому, что начинало сказываться увеличение ширины линии поглощения, вызванное упругими столкновениями исследуемых атомов. Аналогичное явление наблюдалось и при больших давлениях буферного инертного газа, затрудняющего выход горячих атомов металла из исследуемой зоны и их конденсацию в холодных частях системы. Нужно было измерить величину этого уширения и его зависимость от концентрации атомов. Так возникла задача измерения сечений упругих столкновений.

Эксперименты Ю.И. Островского, Л.Н. Шабановой, Г.В. Жувикина, Т.П. Редько, Н.А. Крюкова и многих других ученых, прошедших школу обучение на кафедре в качестве студенетов и аспирантов, под руководством Н.П. Пенкина дали научной общественности не только прецизионные значения сил осцилляторов, составившие надежную базу для совершенствования теоретических расчетов, но и необходимые для решения многих практических задач величины сечений упругих столкновений.

Метод крюков был применен на кафедре Оптики к измерению сил осцилляторов переходов в атомах не только из основного, но также и из первых, наиболее заселенных, возбужденных состояний в условиях газоразрядной плазмы. Соединенный с методами кинетической спектроскопии, когда оптическими методами изучается процесс распада плазмы, он позволил исследовать процессы диффузии метастабильных атомов к стенкам длинной цилиндрической стеклянной трубки, удерживающей плазму. В результате измерений, проведенных Т.П. Редько и Н.А. Крюковым, были получены точные значения коэффициентов диффузии метастабильных атомов и изучена их зависимость от температуры. На основе этих измерений появилась возможность глубже понять физику взаимодействия атомов при больших (по сравнению с размерами невозбужденного атома) расстояниях и определить форму потенциала взаимодействия частиц в процессе столкновения.

Расширение поля фундаментальных исследований и углубление физического истолкования полученных в результате экспериментов результатов поддерживалось и приветствовалось и С.Э. Фришем, и Н.П. Пенкиным. Данные широко обсуждались на совместных с теоретиками факультета семинарах и, в конце концов, на кафедру был приглашен талантливый молодой теоретик, А.З. Девдариани, создавший свою научную группу, занявшуюся развитием теории атомных столкновений. Одной из ее задач была помощь экспериментаторам в теоретическом анализе полученных данных. Эта группа не только способствовала общему росту научной квалификации сотрудников кафедры, но и внесла свой немалый вклад в развитие мировой науки. Особенно надо подчеркнуть ее достижения в понимании структуры и свойств квазимолекул – молекул, образующихся и существующих только во время столкновения при условии достаточно сильного взаимодействия частиц. В качестве примера приведу только изученную теоретически и экспериментально квазимолекулу (XeHg):

Xe* + Hg0 (XeHg)* Xe + Hg0 + h (Звездочкой здесь обозначена возбужденная частица, нолик внизу справа означает, что атом находится в основном состоянии.) Проведенная запись указывает, что изменение свойств симметрии системы при наличии взаимодействия приводит к появлению молекулярного излучения в спектре вблизи резонансной линии ксенона. Опыты по исследованию этого свечения успешно продолжаются Н.А. Крюковым.

Одним из неожиданных (и незаслуженно редко вспоминаемых) результатов исследования диффузии метастабильных атомов явилось обнаружение и объяснение сложного характера уменьшения их концентрации после выключения источника возбуждения. Часто применявшаяся на практике упрощенная теория предсказывала моноэкспоненциальный распад:

N*(t) = N*(0) e-t, где величина непосредственно определяется коэффициентом диффузии.

Наблюденный Т.П. Редько и Н.А. Крюковым многоэкспоненциальный распад обычно связывался с влиянием дополнительный процессов тушения возбужденного состояния, или его заселения вследствие каких-то неучтенных процессов. Оказалось, что в изученных случаях все объяснялось значительно проще: вместо предполагавшегося теорией пространственного распределения концентраций метастабильных атомов в реальности наблюдается совершенно иное. Более того, форма распределения в начальный момент времени может сказываться иногда как дополнительное возбуждение, а иногда – как тушение.

Не менее интригующими были и результаты опытов Л.Н. Шабановой и Г.В. Жувикина с резонансными линиями щелочных металлов. Изучение специфики взаимодействия резонансно-возбужденных (то есть находящихся в первом возбужденном состоянии, связанном с основным разрешенным оптическим переходом) атомов с невозбужденными является одной из важных задач теории упругих столкновений. Эффективность таких соударений необычайно велика, так как процесс идет через обмен атомами виртуальным фотоном:

A* + A0 A0 + (h) + A0 A0 + A* Соответственно, расстояние, при котором начинается сказываться взаимодействие атомов, имеет величину порядка длины волны перехода и может в сотни раз превосходить размеры электронной оболочки атома.

Эксперименты показали, что на больших расстояниях от центра линии, на ее крыле, где величина показателя поглощения уже уменьшилась в сотни и тысячи раз, наблюдаются немонотонности, названные спектральными сателлитами линии. Происхождение их также было истолковано теоретически и объяснялось особенностями зависимости от межъядерного расстояния уже не самих квазмолекулярных термов, а разности термов возбужденного и невозбужденного состояний системы. Насколько помнит автор, это было первое на кафедре прямое проявление спектроскопических свойств квазимолекул.

Исследования неупругих столкновений инициировались как вопросами, возникавшими в ходе фундаментальных исследований, так и потребностями практики (включая в это число и измерение количественных характеристик процессов, необходимых для фундаментальных исследований в других областях физики, химии и астрофизики). Примером первых является изучение в низкотемпературной плазме процессов, приводящих к сенсибилизированной флюоресценции. Так назывался эффект появления свечения линий натрия при облучении смеси паров натрия и ртути светом ртутной лампы. Он объяснялся передачей энергии возбуждения от атома ртути к атому натрия:

Hg* + Na0 Hg0 + Na* Hg0 + Na0 + h При электрическом разряде в парах ртути возбужденные атомы образуются значительно более эффективно, чем при облучении (этот эффект используется в люминесцентных лампах), следовательно, можно ожидать, что при небольшом добавлении паров ртути в пары натрия подобные столкновения приведут к резкому усилению свечения линий. Ожидаемый эффект был зарегистрирован еще в 1936 году, а тщательные измерения концентрации возбужденных атомов О.П. Бочковой и С.Э. Фришем, проведенные в 1961 1963 гг., позволили определить величины сечений столкновения и найти их зависимость от разности энергии начального и конечного состояний. Был экспериментально показан резонансный характер зависимости сечений столкновения от величины дефекта энергии реакции и отмечена ее асимметрия:

при одинаковой по модулю разности энергий, столкновения с заимствованием энергии реакции из относительного движения значительно менее вероятны, чем с ее выделением. Следует отметить, что теоретически эффективные сечения подобных процессов до сих пор не могут быть рассчитаны ввиду сложности структуры термов квазимолекулы. Образование резонансно-возбужденных атомов натрия целиком объяснялось заселением резонансных уровней в результате радиационных переходов из более высоких состояний, имеющих энергию возбуждения, близкую к энергии соответствующих уровней атома ртути.

Создание первых газоразрядных и плазменных лазеров потребовало измерения огромного количества констант, характеризующих процессы неупругой передачи энергии при взаимодействии атомных частиц в плазме.

Количество лазеров, созданных экспериментаторами на основе интуитивных соображений, быстро росло, расширялось и технические применения лазеров, как в гражданских областях промышленности, так и в оборонных. Техника требовала быстрого ответа на сложные вопросы энергетики лазерных систем.

Вместе с тем, громадные – в несколько порядков величины – расхождения в абсолютных значениях величин эффективных сечений, которые получались в результате квантовомеханических расчетов для процессов взаимодействия сложных атомов, вряд ли могли устраивать ученых, решающих комплексные научно-технические проблемы, возникшие при разработке лазеров.

Потребовалось измерение огромного количества констант, характеризующих и электрон-атомные, и атом-атомные столкновения. Кафедра Оптики здесь оказалась полностью подготовленной к решению подобных задач и стала одним из ведущих мировых центров, обеспечивающих ученых всех стран надежными величинами сечений и вероятностей переходов.

Одной из первых подобных задач, которую можно рассматривать и как прикладную, и как фундаментальную, явилось измерение эффективных сечений неупругих столкновений метастабильных атомов гелия и неона – процесса, определяющего работу самого популярного до сих пор газоразрядного лазера:

He* + Ne0 He0 + Ne* В результате этой реакции происходит заселение большой группы состояний неона. Эффекты резонансного возбуждения уровней неона при столкновениях с возбужденными атомами гелия изучал аспирант С.Э. Фриша Чен-Ги-Тхек уже в 1956 г. Теперь же задача состояла в том, чтобы дать количественные характеристики для каждого из состояний, а также определить, заселение каких из них происходит в первичном акте столкновения, а каких – уже вследствие вторичного перераспределения энергии возбуждения.

Кажущаяся простота постановки задачи на самом деле вылилась в многолетнее исследование с применением О.П. Бочковой, Ю.А. Толмачевым и С.Э. Фришем как традиционных для кафедры методов изучения свечения смеси газов при стационарном возбуждении, так и самых современных методов кинетической спектроскопии. С этими же целями впервые был применен Ю.З. Ионихом метод оптического возмущения заселенности уровней, для чего использовалось облучение плазмы светом гелиевой газоразрядной лампы. На заключительном этапе этих исследований В.А. Костенко и Ю.А. Толмачев, применив методы анализа многоэкспоненциальных кривых распада заселенностей и проведя измерения в диапазоне температур газов от комнатной до 1300 К, изучили форму изменения констант с температурой. В свою очередь, к этому времени А.З. Девдариани был разработан метод определения на основе подобных данных основных характеристик взаимодействия частиц при небольших межатомных расстояниях. Итогом этой совместной работы явилась степень понимания физики процессов взаимодействия возбужденных атомов гелия и неона, которая «и не снилась» зарубежным ученым.

Развитие техники исследований и, особенно, расширение использования метода счета фотонов и многоканальных анализаторов, в том числе специально разработанного В.А. Ивановым анализатора, учитывающего специфику спектральных исследований на кафедре, резко повысило точность измерений и их оперативность. Появилась возможность изучения сложных по структуре процессов изменения яркости линий и поглощения излучения, были разработаны новые методы возбуждения плазмы, в частности, использование сильноточных монокинетических пучков электронов позволило исследовать процессы, характеризующиеся временами порядка 1 мкс и менее, а перестраиваемые лазеры обеспечили высокую селективность воздействия на атомные системы. Семидесятые-девяностые годы – это время наиболее высокой интенсивности работы кафедры в области исследования атомных столкновений.

Одна из проблем повышения чувствительности анализа инертных газов на азот, а также задача повышения мощности лазеров на электронных переходах в молекуле азота дали толчок к развитию исследований спектроскопическими методами физико-химических процессов, сязанных с передачей возбуждения от метастабильных атомов и ионов инертных газов к молекуле азота. Более подробно эта проблема рассмотрена в статье Ю.З. Иониха, поэтому останавливаться более я на ней не буду.

Следующей группой процессов, не потому, что она важнее, а потому, что она ближе автору, являются столкновения, приводящие к ионизации Пеннинга (и сходные с ними). Под реакцией Пеннинга понимают процесс столкновения возбужденного атома с другим, имеющим энергию ионизации ниже энергии возбуждения первого, когда происходит ионизация второго:

A* + B0 A0 + B+ + e, Образующаяся при этом частица В+ может находиться в возбужденном состоянии, что было особенно интересно с точки зрения физики процессов в лазерах.

Во всем мире пеннинговским столкновениям в 70-е – 90-е годы уделялось огромное внимание. Реакция исследовалась в плазме и в атомных пучках, изучалось распределение образовавшихся электронов по углам и по энергиям, к анализу результатов экспериментов были привлечены сильные теоретические группы.

Работы кафедры были сосредоточены на определении точных значений вероятностей заселения различных состояний иона B+ и определении суммарных (по всем состояниям иона B+) сечений столкновения. Разработанная теоретиками кафедры модель показывала, что средние суммарные сечения в условиях плазмы должны определяться дальнодействующими силами притяжения частиц и позволяла рассчитать величины сечений. Анализ полученных в эксперименте значений показал правоту этих представлений и дал надежные величины вероятностей возбуждения разных уровней иона B+.

Более того, были исследованы очень редкие в обычных системах столкновения двух возбужденных атомов инертных газов между собой и с атомами металлов первой и второй группы таблицы Менделеева. Н.Б. Колоколовым был разработан метод, позволивший в условиях плазмы измерять спектр образовавшихся при реакции Пеннинга электронов в абсолютной мере, что дало еще один способ проверки полученных величин.

В тех случаях, когда суммарная энергия двух возбужденных атомов превосходит порог ионизации хотя бы одной из них, мы говорим о процессе типа реакции Пеннинга, но, возможно, что, как и в случае двух резонансно возбужденных атомов щелочных металлов, она будет лежать ниже границы ионизации атома, но выше границы ионизации двухатомной молекулы, образованной из этих атомов. Происходит ассоциативная ионизация:

A* + A* A2+ + e Процесс этого же типа происходит и при столкновении двух метастабильных атомов инертных газов. Исследования таких столкновений проведены на кафедре Оптики с применением всех спектроскопических и электронных средств в плазме и атомных пучках. Результаты последних с пучками щелочных атомов описаны в статье А.Н. Ключарева.

О.П. Бочкову и меня в большей степени привлекли процессы образования возбужденных ионов атомов металлов второй группы (Zn, Cd и Hg) при неупругих столкновениях с возбужденными атомами и ионами инертных газов, преимущественно гелия. Были изучены самые разнообразные каналы реакции, в том числе возникновение возбужденных ионов металла при столкновениях метастабильного атома гелия с метастабильным атомом металла, а также был исследован процесс перезарядки с образованием возбужденных ионов металла (как для атомов второй группы, так и для щелочных).

Наличие надежных экспериментальных данных стимулировало развитие теоретических исследований. В.Н. Островский и его ученики всесторонне изучили процесс перезарядки с одновременным возбуждением. Вряд ли кто либо в мире лучше них смог описать переход одного из электронов атома металла в основное состояние атома гелия и одновременное возбуждение второго электрона в атоме металла.

Однако эксперимент, как правило, богаче теории. И в этом случае опыты преподнесли сюрприз. При исследовании спектра системы гелий-ртуть была обнаружена яркая линия иона ртути, описанная во всех таблицах спектральных линий как чрезвычайно слабая. Она соответствовала комбинации терма, соответствующего состоянию возбужденного из внутренней оболочки атома ртути электрона, и обычной системы термов. Правилами отбора этот переход был жестко запрещен. Расчет соответствующей вероятности излучения показал, что она должна быть на 6-7 порядков величины меньше, чем для остальных линий. Опытным путем было установлено, что возбуждается эта линия в исследованных условиях вследствие перезарядки иона гелия на атоме ртути.

Каков конкретно механизм переходов электрона, неясно до сих пор.

Особо надо остановиться на столкновениях высоковозбужденных атомов, находящихся в так называемых ридберговских состояниях, с невозбужденными атомами. Столкновениями этого типа занимались две группы – А.Н. Ключарева и Ю.А. Толмачева. Первая сосредоточилась на атомах щелочных металлов, в частности на процессах ионизации с образованием иона двухатомной щелочной молекулы. Эксперименты проводились методом оптического возбуждения атомных пучков. Для этих целей использовалось и излучение обычных дуговых ламп, из спектра которых с помощью монохроматора выделялся необходимый участок, и перестраиваемые лазеры.

Н.Н. Безуглов показал, что столкновения в атомном пучке соответствуют столкновениям в кюветах, находящихся при очень низкой температуре. Так была открыта новая страница исследований, которая оказалась очень актуальной в связи с задачами столкновений при сверхнизких энергиях относительного движения частиц.

Группа Ю.А. Толмачева в качестве объекта исследований использовала гелий низкого давления, возбуждаемый электронным пучком, а на первых порах – обычный тлеющий разряд в гелии. Огромную помощь в анализе результатов экспериментов оказал опыт работы в содружестве с группой В.Б. Смирнова по измерению распада заселенности высоковозбужденных уровней гелия, заселенных кратковременным импульсом электронного пучка. Достигнутая в этих экспериментах фантастическая точность измерений позволила изучить индивидуальные каналы передачи возбуждения между состояниями, расстояние между которыми было в сотни раз меньше энергии теплового движения атомов.

Эти работы впервые в мире показали как сложен такой, казалось бы простой, объект и как осторожно надо подходить к интерпретации непосредственных результатов измерений.

Одним из следствий этих исследований, полученных Ю.А. Пиотровским и Ю.А. Толмачевым, была более или менее реалистическая модель процессов, происходящих в фотосфере Солнца. Она включала в себя схему процессов, позволяющую без особых натяжек показать возможные каналы образования инверсной заселенности возбужденных уровней иона гелия. Эта модель дает новую поддержку гипотезе сотрудников кафедры Физики атмосферы о возможности существования эффектов вынужденного излучения в свечении нашего Солнца.

Размышления об исследованиях атомных столкновений на кафедре Оптики вновь заставляют задуматься о том, как тесно переплетены задачи фундаментальной и прикладной физики и как спокойная творческая атмосфера научной работы, постоянный обмен информацией между сотрудниками кафедры (включая и всех сотрудников, формально состоящих в штате НИИ Физики), с учеными других кафедр, позволяли поддерживать уровень исследований, не уступающий самым передовым лабораториям мира, а во многих случаях превосходивший их. Пишущему эти строки выпало счастье не думать о куске хлеба для себя и своей семьи, а сосредоточиться на самом главном – изучении Природы. Будем надеяться, что скоро придет время таких возможностей и для нового поколения.

О.П. Бочкова СПЕКТРОСКОПИЯ НА КАФЕДРЕ ОПТИКИ ФИЗИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА ЛГУ В ПЕРИОД 40х – 60х ГОДОВ ХХ ВЕКА На рубеже XIX и XX веков в спектроскопии происходил быстрый и решительный переход от чисто эмпирического знания к теоретическому обобщению и развитию физических моделей, объясняющих происхождение линейчатых спектров атомов. В конце XIX века спектроскопия была посвящена, в основном, регистрации и измерению спектров различных веществ в различных условиях возбуждения. Накопленный большой и зачастую хаотический материал был обобщен в шеститомном издании “Handbuch der Spektroskopie” Кайзером, два последних тома которого содержали описание спектров элементов.

Несмотря на то, что уже в 1860 г. Бунзен и Кирхгоф отчетливо сформу лировали существование тесной связи между спектром и химическими свойст вами атомов (основа спектрального анализа), не было надежды на интерпрета цию всей системы даже самого простого линейчатого спектра. Существенным шагом в развитии теоретического описания сложных спектров явился так называемый “комбинационный принцип”, предложенный в 1908 г. Ритцем. Он позволял свести все многообразие частот наблюденных линий одного атома к разности пар существенно меньшего набора чисел, названного “термами”.

Физический смысл этой процедуры был объяснен лишь только в 1913 г. Бором.

Он установил, что система термов атома есть система дискретных состояний энергии Е принимаемых атомом, а изменение энергии терма на величину Е соответствует величине испущенного кванта света h. Одновременно была развита и интерпретация установленных ранее Бальмером (1885 г.) простых эмпирических закономерностей в длинах волн линий спектра водорода.

Однако, как известно, теория Бора не могла достаточно полно объяснить внутреннего устройства атомов более сложных, чем водород. Только новая квантовая механика (1925 г.) позволила разработать адекватный метод расчета атомных систем и спектров испускаемого ими света.

Разложение сложного излучения атома на простые периодические составляющие, хотя и является первоначальной задачей спектроскопии, не определяет полностью ее содержания. Помимо частоты испускаемой линии важна ее интенсивность. Последняя определяется как число элементарных процессов испускания в единицу времени в данном объеме в данных условиях возбуждения. Таким образом, интенсивность связана с вероятностью данного процесса.

Следующее свойство излучения – состояние его поляризации (ориента ция колебаний в испускаемом свете), которая в чистом виде может быть обнаружена только при наличии внешнего поля и отсутствии возмущений. И, наконец, еще одна характеристика излучения – вид волны испускаемой атомом, т.е. данные о когерентности волны (невозмущенной последовательности колебаний), которая связана с шириной излучаемой линии и длительностью испускания.

Таким образом, объектом спектроскопических измерений являются частота, интенсивность, поляризация и когерентность излучения. В этом заключается оптический метод изучения атомов и молекул. По прецизионности и многообразию получения данных он намного превышает возможности других методов.


Основоположником спектроскопических исследований в ЛГУ был Д.С. Рождественский. Уже в начале 20х годов, когда организованный им оптический институт располагался в здании Научно-исследовательского физического института (НИФИ), была сформирована группа лаборантов из чис ла студентов. В нее входили С.Э. Фриш, А.Н. Теренин, Е.Ф. Гросс, В.М. Чула новский, Ф. М. Герасимов и др.

В 1931 г. при реорганизации университета была создана учебная специальность – оптика, а в 1934 г. возникла самостоятельная кафедра оптики, заведующим которой был назначен С.Э. Фриш. Первоначально научная работа кафедры велась по следующим направлениям:

1) атомная спектроскопия и источники света (С.Э. Фриш, В.И.Черняев).

2) оптика адсорбированных слоев и люминесценция твердых тел (А.Н. Теренин, Ф.Д. Клемент и др.).

3) люминесценции растворов и спектральный анализ (А.Н. Филиппов, А.Н. Зайдель и др.).

4) молекулярная спектроскопия (В.М. Чулановский).

С 1939 г. Д.С. Рождественский полностью перенес свою работу в Уни верситет, в НИФИ была создана специальная лаборатория, научная работа которой была тесно связана с кафедрой оптики.

За время своего существования кафедра оптики подвергалась неоднократной реорганизации. В 1944 г. из нее выделилась самостоятельная кафедра теоретической и прикладной спектроскопии (заведующий кафедрой В.М. Чулановский), затем выделилась группа академика А.И. Теренина. Менял ся состав кафедры, менялись объем и содержание проводимой научной работы.

Однако направление, являющееся продолжением и развитием работ, начатых в Университете Д.С. Рождественским, оставалось неизменным.

После реорганизации кафедры научная работа на ней была сосредоточена преимущественно на трех направлениях.

1. Определение оптическими методами атомных констант.

2. Спектроскопия газоразрядной плазмы.

3. Эмиссионный спектральный анализ.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО АТОМНОЙ ФИЗИКЕ К числу атомных констант, определяемых спектроскопическими методами, относятся, прежде всего, вероятности внутриатомных переходов и эффективные сечения возбуждения и разрушения энергетических уровней атомов. Знание этих констант необходимо для понимания многих физических процессов, происходящих в природе. Вероятности переходов и эффективные сечения определяют интенсивность спектральных линий. Без их измерения нельзя изучать процессы, протекающие в газовых туманностях, в высоких слоях атмосферы, в газовых лазерах, в “холодной” и “горячей” плазме и др.

На кафедре оптики в течение 40х – 50х гг. были продолжены работы по определению сил осцилляторов, через которые непосредственно вычисляются вероятности переходов. Основной метод их определения – это метод ано мальной дисперсии в том виде, в каком его предложил Д.С. Рождественский [1].

Как известно, метод аномальной дисперсии основан на зависимости показателя преломления вещества n от частоты (или длины волны ) падающего света. Эта зависимость, впервые сформулированная Зельмейером, получила обоснование в теории квазиупругих электронов, имеющих собственную частоту колебаний i. Основная константа, фигурирующая в формуле Зельмейера – ai – однозначно связана с зарядом e, массой m и числом электронов Ni, обладающих собственной частотой колебаний i.

e ai n 1= 2, ai = Ni.

i i 2m Вблизи линии поглощения показатель преломления по мере приближения к линии со стороны меньших частот резко возрастает, а при приближении со стороны больших частот – резко уменьшается и, что существенно отметить, показатель преломления становится меньше единицы, что приводит к формированию специфической интерференционной картины.

Экспериментальное изучение аномальной дисперсии было интересно в двух отношениях: 1) для проверки гипотезы о квазиупругом характере внутриатомных сил, 2) для определения числа электронов Ni, обладающих собственной частотой колебаний i. Эти электроны определяют одновременно и форму зависимости показателя преломления от длины волны света, и интенсивность линий поглощения.

Метод двух скрещенных призм, предложенный Вудом, не позволял проводить количественные измерения. Другой вариант метода, спектрограф скрещенный с интерферометром, одновременно и независимо был предложен Пуччианти и Рождественским.

В методе скрещенного интерферометра и спектрографа при освещении источником света со сплошным спектром в фокальной плоскости спектрографа образуются горизонтальные интерференционные полосы. При введении в одно из плеч интерферометра кюветы с поглощающими парами вблизи линии поглощения интерференционные полосы изгибаются, отображая ход дисперсии.

Однако, получение количественных данных по такой картине весьма затруднительно.

Качественно новые результаты были достигнуты Д.С. Рождественским, который ввел во второе плечо интерферометра плоскопараллельную проз рачную пластинку, обладающую дисперсией. В результате полосы накло няются, а вблизи линии поглощения изгибаются и дают своеобразные мак симумы и минимумы, названные Д.С. Рождественским “крюками”. По поло жению крюков можно непосредственно измерить показатель преломления n паров. Подбором соответствующей толщины стекла “крюки” всегда можно отодвинуть от линии поглощения и добиться такого их положения, при котором измерения будут легко выполнимы и точными на столь малых расстояниях от линии поглощения, где все другие методы перестают быть пригодными Физические основы метода “крюков” были позже обобщены в работах А.М. Шухтина [27], им же предложено два варианта метода наблюдения дисперсии в парах и газах, значительно повысивших чувствительность и точность метода.

Первый вариант – “метод компенсации”. В этом методе в обе ветви интерферометра вводятся одинаковые трубки, содержащие пары исследуемого элемента. В одной из трубок сохраняются неизменные условия, в другой условия изменяются в соответствии с задачами эксперимента. Если условия в трубках одинаковы – интерференционные полосы имеют вид прямых линий.

При изменении концентрации поглощающих атомов в одной из трубок полосы изгибаются. По величине изгиба можно оценить изменение концентрации атомов. Метод обладает очень высокой чувствительностью и позволяет оценить изменение концентрации порядка 0.1%.

Второй вариант – метод наложения. Интерференционные картины, получаемые при несколько различных условиях поглощения, фотографируются друг на друга. Это наложение полос приводит к их периодическому размытию.

Изменение концентрации атомов или других частиц можно с большой точностью определить по положению в спектре этих размытий.

Кроме того, А.М. Шухтин и В.С. Егоров [28] создали установку, позволя ющую исследовать методом аномальной дисперсии кинетику быстро проте кающих процессов. Достаточно было одной мощной вспышки источника сплошного спектра длительностью несколько микросекунд, чтобы получить интерференционную картину для просвечиваемой трубки. Данная установка использовалась для изучения процессов в импульсных источниках в стадии послесвечения. Линия задержки позволяла смещать момент вспышки и фиксировать процесс в заданной стадии развития по времени.

Научные исследования, начало которым положил Д.С. Рождественский, продолжались и развивались на кафедре оптики в течение нескольких десятилетий. Прежде всего, это были работы, связанные с определением сил осцилляторов f, через которые непосредственно вычисляются вероятности переходов А.

С этой целью была создана установка для измерения методом “крюков” сил осцилляторов тугоплавких элементов. В одно из плеч интерферометра вводилась вакуумная графитовая печь, позволявшая достигать температур до 3000К [2]. Были измерены силы осцилляторов в спектре хрома, наблюдалась аномальная дисперсия в парах железа. После смерти Д.С. Рождественского (1940г.) работы по аномальной дисперсии продолжили Г.С. Кватер и Н.П. Пенкин. Исследуя аномальную дисперсию в парах таллия, Г.С. Кватер (1941) [3] помимо определения вероятностей переходов для этого элемента смог впервые экспериментально подтвердить закон Больцмана.

Для экспериментальной проверки этого закона таллий оказался очень удобным объектом. Атом таллия характеризуется тем, что у него на небольшом расстоянии от основного уровня находится метастабильный уровень. При высокой температуре часть атомов переводится в это метастабильное состояние и тогда в спектре таллия возникает две серии поглощения. Это обстоятельство позволяет легко измерить относительное число атомов методом аномальной дисперсии. Г.С. Кватер выполнил такие измерения для разных температур и получил результаты, которые находятся в прекрасном согласии с расчетами по формуле Больцмана.

Позднее Н.П. Пенкин измерил концентрацию ионов в парах бария и показал выполнимость закона Саха. Таким образом, оба закона статистической физики были подтверждены экспериментально прямыми измерениями [4].

В 50х–60х гг. методом аномальной дисперсии были определены силы осцилляторов элементов трех первых столбцов таблицы Менделеева и элементов с достраивающейся 3d оболочкой (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) [5].

Для атомов, стоящих в одном столбце или одной строке таблицы Менделеева был найден ряд закономерностей, которые облегчили систематизацию экспериментальных данных. В лаборатории Н.П. Пенкина работали Г.Ф. Парчевский, Ю. Гольдберг, Л.Н. Шабанова, Ю.И. Островский, В.А. Кома ровский и др.

Измерения вероятностей переходов большого числа членов главных серий кальция, стронция, бария, выполненные Н.П. Пенкиным и Л.Н. Шабановой, показали, что с возрастанием главного квантового числа n наблюдается немонотонный ход вероятностей. Согласно теории, вероятности переходов должны меняться, как 1 3. У стронция эта зависимость начинает n выполняться лишь с n13. В случае Ba I кривая зависимости вероятности перехода от п обнаруживает два максимума. Аналогичные аномалии наблюдались ранее Филипповым у атомов лития и калия, и Криминевским у атомов кальция. Причем было замечено, что возникновение максимумов связано с наличием у верхнего уровня данного электронного перехода другого, очень близкого уровня. Взаимодействие между этими уровнями ведет к возмущениям в положении сериальных термов.


Метод аномальной дисперсии с высокой точностью позволяет измерить величины Nf, но величина концентрации поглощающих атомов N обычно определяется по упругости пара с низкой точностью. Поэтому для измерения абсолютных значений сил осцилляторов f Ю.И. Островским, Н.П. Пенкиным и Л.Н. Шабановой (1958) был разработан комбинированный метод одновре менного измерения (Nf) аномальной дисперсии и полного поглощения. Метод позволил исключить концентрацию атомов N и непосредственно измерить абсолютное значение силы осциллятора f.

Применение экспериментальной установки с фотоэлектрической регистрацией линий поглощения позволило определить абсолютные значения f для большого числа элементов. В частности, особый интерес представляют абсолютные значения сил осцилляторов для обеих составляющих резонансного дублета Na I. Согласно правилу Томаса-Куна сумма всех вероятностей переходов с данного уровня жестко связана с числом степеней свободы. Тогда сумма сил осцилляторов обеих составляющих дублета натрия должна быть точно равна 1. В.А. Фок показал, что, если учитывать более детально взаимо действия внутри электронной оболочки атома, эта сумма может быть несколько больше 1. По измерениям Н.П. Пенкина и Ю.И. Островского эта сумма для Na оказалась равной f=1.15±0.03. Таким образом, очевидной стала необходимость внесения поправки в правило сумм Томаса-Куна. Нарушение правила сумм отмечалось ранее в работах Г.С. Кватера для таллия и В.К. Прокофьева для натрия.

Следующим видом констант, являвшихся предметом изучения на кафедре оптики, были сечения возбуждения энергетических уровней атомов.

Сечения возбуждения определяют скорость заселения возбужденных состояний и, следовательно, в неравновесных системах от их величины решающим образом зависит интенсивность линий. Наблюдаемые ранее (в 20х – 30х гг.) зависимости интенсивности линий от энергии возбуждающего электронного пучка были немонотонными, но не имели тонкой структуры. Поэтому предполагалось, что при возбуждении электронным пучком вторичные процессы полностью отсутствуют, а наблюдаемая оптическая функция возбуждения воспроизводит зависимость эффективного возбуждения уровней в атоме от энергии электронов и позволяет оценить абсолютное значение эффективного сечения.

Однако измерение функций возбуждения линий серии 61Р1 – n1S0 атомов цинка и кадмия, выполненные Schaffernicht’ом и Larche в 30хгг. показали наличие двух максимумов. По форме один из них напоминал функцию возбуждения триплетных уровней, а второй – максимумы функции возбуждения одиночных уровней. Для объяснения этих максимумов были выдвинуты два предположения:

1. Подуровни сверхтонкой структуры уровней 1S0 имеют различные функции возбуждения.

2. Один из двух максимумов соответствует каскадным переходам из более высоких уровней.

Детальное обсуждение и экспериментальная проверка обоих предположений были сделаны на кафедре оптики ЛГУ В.М. Захаровой и Ю.М. Каганом в 1948 году [6]. Исследуя интенсивность компонент сверхтонкой структуры (СТС) линий с длиной волны 407.7 нм 63P1–71S0 и 404.6 нм 63P0 – 71S1 в положительном столбе разряда в парах ртути они показали, что четные и нечетные изотопы ртути имеют одинаковые функции возбуждения. Эти данные однозначно свидетельствовали о несостоятельности первого предположения.

Для проверки второго предположения необходимо было объяснить, почему у ртути аномалии в ходе функции возбуждения наблюдаются только для одиночных S-уровней. Путем сравнения абсолютных интенсивностей линий для соответствующих переходов 63P1,2,0–73S1, 63P1 – 71S0, 61P1 – 81S0, 61P1–91S полученных в различных условиях возбуждения, с расчетом заселенностей уровней по измеренным значениям концентрации и температуры и известным функциям возбуждения было обнаружено влияние каскадных переходов на интенсивность линий именно с одиночных S-уровней.

Исследования функций возбуждения атомов ртути были продолжены в 1954 году С.Э. Фришем и И.П. Запесочным [7]. Используя для возбуждения атомов электронный пучок высокой монохроматичности, они впервые обнаружили на максимумах функции возбуждения структуру, которая четко соответствовала каскадным переходам. В 1958 году аналогичная структура была обнаружена С.Э. Фришем и В.Е. Яхонтовой на функциях возбуждения некоторых линий атома гелия [8].

Развитию и уточнению этих исследований посвящены работы И.П. Богдановой, И.И. Гейци и В.Д. Марусина [9]. Ими была осуществлена квазимонокинетизация электронов путем модуляции электронного пучка. Затем ими был разработан метод, позволяющий производить временную развертку процесса нарастания свечения после включения электронного пучка и его спада после выключения. Измерения были проведены с разрешением по времени, составлявшим ~ 0.1 мкс. Анализ полученных результатов для 546.1 нм Hg показал, что, помимо каскадных переходов, имеются максимумы, которые нарастают и затухают за времена ~10-6–10-5 с и не могут быть отождествлены с электронным возбуждением уровней в атоме.

Таким образом, дальнейшие исследования И.П. Богдановой и В.И. Яковлевой [10] показали, что даже в простейшем случае возбуждения паров и газов низкого давления (10-2–10-3 мм рт. ст.) электронным пучком процесс возбуждения происходит более сложно, чем это предполагалось ранее.

Было высказано предположение, что помимо каскадных переходов заселение уровней может происходить в результате сложных ионно-молекулярных реакций.

Вероятности радиационных переходов, связанные с ними силы осцилляторов и времена жизни возбужденных состояний атомов могут измеряться различными методами. Развитие техники исследования быстропротекающих процессов, появление фотоумножителей, позволяющих регистрировать отдельные фотоны, было использовано на кафедре оптики и для измерения атомных констант, и для исследования процессов в неравновесной плазме. В начале 50х годов в лаборатории С.Ф. Родионова А.Л. Ошерович начал свои работы по определению абсолютных значений времен жизни возбужденных атомов методом запаздывающих совпадений. В 1958г. такие измерения были проведены для гелия [11].

К числу атомных констант, определяемых спектроскопическими методами, относятся ядерные моменты. Как известно, сверхтонкая структура спектральных линий обусловлена воздействием атомного ядра на электронную оболочку атома и позволяет определить такие свойства ядер, как их спиновые, магнитные и квадрупольные моменты, знание которых необходимо при построении моделей ядра. Работы по определению ядерных моментов были начаты С.Э. Фришем еще в Государственном оптическом институте. На основании изучения сверхтонкой структуры различных элементов он установил наличие связи между значениями ядерных моментов и четностью (или нечетностью) числа протонов и нейтронов, входящих в состав ядра.

Была также подмечена закономерность, согласно которой ядра с четными атомным весом А и зарядом ядра Z всегда обладают спином, равным нулю. У ядер с нечетным A и Z или с нечетным А и четным Z – спины полуцелые, а у ядер с четным A и нечетным Z спины всегда имеют целочисленные значения. Это правило С.Э. Фриш [12] сформулировал на I Всесоюзной конференции по строению атомного ядра (Ленинград, 1933г.) за несколько месяцев до публикации Schuler’а и Westmeer’a. Наблюдались аномалии в сверхтонкой структуре атомов таллия, указавшие на недостаточность элементарной теории расщепления линий. Установлено было, что даже в очень сильных магнитных полях (~20·103 эрстед) наличие ядерного момента сказывается на форме явления Зеемана.

Вскоре после Великой Отечественной войны работы по изучению сверхтонкой структуры линий, в основном, тяжелых элементов были продолжены на кафедре С.Э. Фришем, Н.И. Калитеевским и М.П. Чайкой [13].

Для изучения СТС была создана оригинальная сканирующая установка с интерферометром Фабри-Перо для автоматической записи сверхтонкой структуры линий. Ими были определены константы магнитных и квадрупольных моментов урана, плутония, лютеция, гадолиния, меди и др.

Особый интерес представляло измерение момента ядра изотопа лютеция 176. Эти измерения стали возможными благодаря наличию препарата, сильно обогащенного этим изотопом. Спиновый момент ядра лютеция 176 оказался равным 7. Знание этой величины было существенно для проверки оболочечной теории атомных ядер. Определение ядерных моментов из спектроскопических измерений требует проведения дополнительного квантово-механического расчета, ошибки в их определении могут быть значительными, однако отношение квадрупольных и магнитных моментов ядер двух изотопов какого либо элемента может быть получено с большой точностью без проведения квантово-механического расчета. Эти данные используются при построении и проверке моделей ядра. В дальнейшем группа М.П.Чайки и Н.И. Калитеевского продолжила исследования на кафедре общей физики I.

Отметим, что разработанные в последующем новые методы исследования ядер, такие как, например, радиоспектроскопический и метод ядерного магнитного резонанса, часто основываются на использовании предварительных данных спектроскопического метода.

В лаборатории ядерных моментов в конце 50х годов был установлен большой электромагнит, дающий магнитные поля до 50 тысяч эрстед. С помощью этого магнита Р.И. Семенов [14] провел точные измерения g факторов, определяющих характер расщепления уровней, для ряда состояний калия и цезия.

ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАЗМЫ Помимо определения атомных констант на кафедре оптики проводились работы по исследованию процессов в газовом разряде. Круг задач, решаемых при исследовании электрического разряда в газах чрезвычайно многообразен.

Прежде всего, это относится к изучению параметров самого разряда в газах, парах металлов и их смесях. Для объяснения многих процессов, протекающих в плазме, необходимо знать концентрации электронов, их средние энергии и распределение по скоростям. Необходимы данные о концентрациях возбуж денных атомов и ионов. В свою очередь, свойства, кинетика и диагностика плазмы в значительной мере определяются концентрацией возбужденных атомов и их распределением в пространстве и во времени. Помимо электронного возбуждения, тушащих столкновений, на концентрации возбужденных атомов влияет и процесс переноса излучения. Возбужденные атомы играют существенную роль в физической кинетике разряда. Это связано с тем, что сечение ионизации атомов электронным ударом резко возрастает с увеличением главного квантового числа уровня. Во многих случаях кинетика процессов ионизации может сводиться к кинетике образования возбужденных атомов. Таким образом, интерпретация и предсказание свойств плазмы газового разряда при различных способах ее возбуждения требует решения сложной самосогласованной задачи, реализация которого осуществлена для ряда условий только в последние годы с помощью мощных компьютеров.

Особенностью работ кафедры оптики по изучению плазмы является то, что они с самого начала проводились комплексно с одновременным опреде лением оптических и электрических характеристик. Оптические методы (метод аномальной дисперсии или метод крюков, реабсорбция излучения, метод обращения линий) позволяют определять концентрации нормальных и возбужденных атомов в различных условиях разряда, зондовые измерения – концентрацию и энергию электронов, их распределение по скоростям.

В 40х гг. С.Э. Фришем и Ю.М. Каганом [15-18] было исследовано движение ионов в плазме положительного столба разряда в инертных газах.

Движение ионов определялось по доплеровскому смещению линий. Специ альная установка с эталоном Фабри-Перо, “скрещенным” со спектрографом, позволяла измерять величину доплеровского сдвига на линиях ионов (при перемене направления электрического поля) и исследовать контуры излучения линий ионов и атомов. Было установлено, что переносная скорость ионов имеет величину одного порядка с их тепловыми скоростями в обычных условиях разряда. Однако в радиальном направлении скорости ионов оказались в несколько раз большими, что указывало на большую роль радиальной составляющей поля.

Теоретически этот результат был рассмотрен В.А. Фоком, а позднее в работах Ю.М. Кагана и В.И. Переля. В конце 50х гг. В.М. Захарова и Ю.М. Каган [20] наблюдали переносное движение нейтральных атомов в положительном столбе разряда в инертных газах He, Ne, Ar, Kr, Xe при воздействии на разряд продольного магнитного поля ~ 1000 эрстед. Спустя много лет результаты этих исследований оказались принципиально важными для создания мощных газоразрядных капиллярных лазеров.

Методом реабсорбции излучения С.Э. Фриш и И.П. Богданова исследовали разряд в парах цезия [21-22]. Были измерены относительные вероятности переходов для ряда линий главной серии. Механизм возбуждения атомов в отрицательном свечении в неоне рассмотрен в работах С.Э.Фриша, И.П. Богдановой и Чен-Ги-Тхека [23-24]. В полом катоде происходит эффек тивное возбуждение ионных линий неона. В положительном столбе разряда ионные линии не наблюдаются совсем. Из группы уровней 3s1P1, 3s3P0,1,2 неона относительно сильнее заселяется более высокий уровень 3s1P1, в положительном столбе – наоборот, более низкий уровень 3s3P2. Вся группа уровней 3s1P1, 3P1,2,3 в положительном столбе оказывается более заселенной, чем в полом катоде. Группа более высоких уровней 3p3P0, 3p3D2,3 сильнее заселяется в полом катоде по сравнению с положительным столбом.

В конце 50х и начале 60х годов метод реабсорбции излучения был применен к исследованию процессов возбуждения в высокочастотном разряде в инертных газах С.Э. Фришем, Л.П. Разумовской и О.П. Бочковой [25].

Метод аномальной дисперсии для определения концентраций нормальных и возбужденных атомов в разряде в парах кадмия и ртути был использован в серии работ Ю.М. Кагана, Н.П. Пенкина и А.М Шухтина.

Поскольку чувствительность метода зависит от произведения Nfl, он может быть применим, в основном, к определению заселенностей резонансных уровней атомов.

А.М. Шухтин и его сотрудники [26-28], применив метод крюков и разработанные ими модификации, изучили ряд особенностей импульсного разряда в инертных газах и их смесей с парами металлов. Было обнаружено, что в момент импульса происходит сильное обеднение нейтральными атомами узких центральных частей разрядных трубок. Подробное изучение этого эффекта было выполнено В.Н. Скребовым. Убывание числа атомов в нормальном состоянии, наблюдаемое и в стационарном разряде при больших плотностях тока, отчасти вызывается сильной ионизацией, а отчасти диффузией заряженных частиц к стенкам трубки. Ю.Г. Козлов обнаружил возникновение во время импульса тока ударной волны и исследовал ее влияние на процессы в плазме разряда.

В 1951–54м годах в работах Ю.М. Кагана и В.И. Переля [29,30] большое внимание уделялось теории зондов. Создана теория шарового зонда, теория ионного тока на зонд.

В этот же период Ю.М. Каган, Г.М. Малышев, В.Л. Федоров и Л. Гавалас [31] разработали метод экспериментального исследования распределения электронов по скоростям. В разряде низкого давления в парах ртути и инертных газах в области больших энергий электронов функция распределения значительно отличается от максвелловской. Наблюдается недостаток быстрых электронов, которые играют определяющую роль в процессах возбуждения и ионизации атомов. Экспериментальные исследования сочетались с развитием теории газоразрядной плазмы и на всех этапах теория и эксперимент шли рука об руку. Измерение интенсивности линий излучения атомов и заселенностей возбужденных уровней показали, что в области давлений, когда длина свободного пробега электронов меньше радиуса разрядной трубки, недостаток быстрых электронов приводит к тому, что основным каналом заселения возбужденных состояний становятся ступенчатые процессы.

Изучение газоразрядной плазмы в парах металлов, инертных газах и их смесях возможно только при наличии надежной количественной информации о различных процессах взаимодействия атомов, в том числе возбужденных, между собой, с электронами и фотонами, но в свою очередь позволяет исследовать достаточно экзотические элементарные процессы возбуждения и разрушения уровней и определить соответствующие эффективные сечения.

Одним из таких чрезвычайно важных процессов является упоминавшееся ранее ступенчатое возбуждение атомов – столкновение уже возбужденного ато ма с электроном, при котором атом переходит в высоковозбужденное состо яние. В неоне сечения ступенчатого возбуждения были впервые определены в работах С.Э. Фриша и В.Э. Ревалда [32]. Они оказались около 10-16см2 т.е. на два-три порядка больше, чем сечения прямого электронного возбуждения.

Кроме ступенчатого возбуждения существенную роль в возбуждении атомов в смесях паров и газов играют удары II-го рода (передача возбуждения от возбужденного атома к нормальному). Впервые относительные сечения ударов II-го рода на кафедре оптики были выполнены в работах С.Э. Фриша и Э.К. Краулини [33] методом сенсибилизированной флюоресценции в смеси паров натрия и ртути. Затем в условиях газоразрядной плазмы С.Э. Фришем и О.П. Бочковой [34] проведены оценки абсолютных значений этих сечений. Они имеют величины порядка 10-15см2, то есть практически каждое столкновение возбужденного атома с невозбужденным приводит к передаче внутренней энергии. Были установлены основные закономерности в распределении величин сечений и показан резонансный характер взаимодействия частиц.

В течение 40х – 50х гг. исследовались в основном заселенности нормаль ных и возбужденных уровней в инертных газах, парах металлов и их смесях в различных типах газового разряда (полый катод, в/ч разряд, положительный столб разряда постоянного тока, импульсный разряд). Наряду с методом ано мальной дисперсии применялся метод реабсорбции. Более широкое изучение процессов в газовом разряде осуществлялось в 60х годах в связи с необходи мостью объяснения процессов в газовых лазерах, обеспечивающих инверсную заселенность уровней. Результаты этих работ на кафедре обобщены в сборнике статей “Спектроскопия газоразрядной плазмы” (изд-во “Наука”, 1970г.) РАБОТЫ ПО СПЕКТРАЛЬНОМУ АНАЛИЗУ ГАЗОВ Третье направление работ, проводимых на кафедре оптики в 40х – 60х гг.

– это практическое применение спектроскопических методов, в частности, раз работка методов спектрального анализа. До войны задачами спектрального ана лиза занимался А.Н. Филиппов, который в 1937 году написал первую моногра фию по спектральному анализу “Спектральный анализ и его применения”.

Развитие полупроводниковой техники, использование ядерной энергии, развитие черной и цветной металлургии выдвигали новые требования к точности, чувствительности и экспрессности аналитических методов. В связи с изменением технологических процессов получения чистых материалов возникли новые задачи, такие как анализ инертных газов и их смесей, а также газов в металлах. Инертные газы используются при высококачественной сварке и плавке металлов. Качество употребляемых материалов в большей мере определяется (зависит) от растворенных и адсорбированных газов. Возникли задачи анализа элементов на их изотопический состав. Применение методов спектрального анализа для решения многих из этих проблем имеет несом ненные преимущества перед другими методами анализа в быстроте и точности.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.