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:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 9 |

«ЮБИЛЕЙНЫЙ СБОРНИК КАФЕДРЕ ОПТИКИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА 70 ЛЕТ MCMXXXIV — MMIV УДК ...»

-- [ Страница 6 ] --

Следует отметить интересную особенность данного метода, существенно отличающую его от методов, основанных на использовании молекулярных констант. Она касается ситуации, когда уже после проведения анализа спектра и получения окончательных результатов в виде набора ЭКВ термов или молекулярных констант некоторого электронного состояния, появится новая работа, в которой будут измерены волновые числа спектральных линий идущих На конечный результат влияет также и то, сколько колебательных и сколько вращательных уровней экспериментально исследовано в различных электронных состояниях.

с более высоких колебательных или более высоких вращательных уровней.

Такое расширение экспериментального материала не изменит значения ЭКВ термов полученных ранее с помощью нового метода, а лишь добавит новые, ранее не известные термы. При той же ситуации в традиционных методах требуется заново пересчитывать весь набор молекулярных констант. Недавно новый метод был успешно применен для нахождения всех экспериментально исследованных синглетных электронных состояний молекулы BH [112].

Планируется использовать его для уточнения данных об изотопомерах водорода H2 и D2.

Понятие потенциальной кривой электронного состояния двухатомной молекулы появляется в адиабатическом (БО) приближении, подразумевающем возможность разделения электронных и ядерных переменных в уравнении Шредингера. Отклонения от него можно рассматривать как возмущение, вызываемое неадиабатическими эффектами взаимодействия БО состояний [121]. При этом сохраняется необходимость расчета матричных элементов операторов на БО колебательных волновых функциях [5,79]. Последние могут быть рассчитаны из колебательного уравнения Шредингера, если известны БО потенциальные кривые. Существуют методы полуэмпирического определения потенциальных кривых, однако все они используют молекулярные константы в качестве исходных спектроскопических данных. Поэтому в работе [51] предложен новый подход к этой проблеме, названный нами оптимизационным.

Он состоит в априорной параметризации потенциальной кривой и нахождении оптимального набора параметров путем минимизации среднеквадратичного отклонения экспериментальных и рассчитанных из уравнения Шредингера значений ЭКВ термов. Это позволяет не только найти наилучшую потен циальную кривую (в заданном классе функций и для имеющихся эксперимен тальных данных), но и матрицу ковариации параметров, которая позволяет оценивать погрешности потенциальной кривой и других величин, для которых она используется. Эффективность нового подхода была продемонстрирована на примере нижних триплетных состояний H2 и D2. Были разработаны пакеты программ для расчета потенциальных кривых [51,76] и матричных элементов на колебательных волновых функциях [74], которые использовались для расчета факторов Франка-Кондона [73] и при изучении радиационных характеристик изотопомеров водорода [7,11,13].

4. Исследование радиационных характеристик ЭКВ уровней и ЭКВ переходов. В спектроскопических исследованиях строения двухатомных молекул традицион но доминируют измерение, анализ и неэмпирический (ab initio) расчет волновых чисел ЭКВ линий и связанных с ними энергетических характеристик 8. Иная ситуация сложилась в изучении интенсивностей. Публикации посвящены, в основном, колебательно-вращательным спектрам в инфракрасной области и электронно-колебательным спектрам с неразрешенной вращательной структу рой. Интенсивности, как правило, используются для получения информации о среде, в которой находятся молекулы, а не о внутренней структуре молекул, По-видимому, это связано с тем, что точность измерения длин волн на несколько порядков выше, чем интенсивностей излучения. Однако, волновые числа линий несут информацию об ЭКВ термах (собственных значениях уравнения Шредингера), а интенсивности, точнее вероятности переходов, - о волновых функциях (собственных функциях) молекулы. Поэтому оба вида измерений должны не противопоставляться, а взаимно дополнять друг друга.

которая проявляется в зависимостях радиационных характеристик (вероятнос тей ЭКВ переходов и радиационных времен жизни ЭКВ уровней) от колебатель ных и вращательных квантовых чисел.

Квантовая механика в принципе допускает возможность ab initio расчета вероятностей ЭКВ переходов. Последнее время работы в этом направлении ведутся широко и весьма интенсивно. Однако, несмотря на неуклонный прогресс, приблизиться к спектроскопической точности не удается даже при расчете ЭКВ термов первых электронно-возбужденных состояний простейшей из нейтральных молекул Н2. Возможность обсуждать точность ab initio расчетов радиационных характеристик электронно-возбужденных состояний Н2 появи лась совсем недавно в ходе наших работ [11,13].

Интенсивность спектральной линии пропорциональна произведению заселенности исходного ЭКВ состояния и вероятности соответствующего перехода, поэтому информация о молекуле и окружающей её среде неразде лима. Чисто экспериментальное определение вероятностей оптических перехо дов между электронно-возбужденными состояниями молекул требует создания сред с известным распределением заселенностей. Попытки реализации такой возможности нам не известны. Измерение радиационных времен жизни ЭКВ уровней используется для абсолютной калибровки полуэмпирических дипольных моментов [122]. Извлечение из времен жизни уровней информации о вероятностях ЭКВ переходов представляет собой чрезвычайно трудную задачу вследствие интегрального характера этих величин. Эксперимент дает возмож ность измерять только так называемые коэффициенты ветвления (отношения вероятностей переходов пар линий имеющих общий исходный уровень) и возникает нетривиальная задача: как из измеренных отношений найти сами вероятности переходов для различных значений колебательных и вращательных квантовых чисел.

Для описания зависимостей вероятностей переходов от колебательных квантовых чисел ранее либо использовалось пренебрежение взаимодействием электронного и колебательного движения – приближение Франка-Кондона, либо это взаимодействие описывалось методом r-центроиды [122], не имеющим теоретического обоснования [38,39,41]. Ещё менее изучены зависимости вероятностей переходов от вращательных квантовых чисел. Обычно для них используют формулы Хенля-Лондона [121], полученные в приближении БО (для “чистых” типов связи угловых моментов по Гунду и при пренебрежении колебательно-вращательным взаимодействием), а потому имеющими весьма ограниченную область применимости.

Основные принципы построения более общей теории ЭКВ радиационных переходов были установлены ещё в 1930-ые годы. Однако получение конкретных результатов – выражений, пригодных для сравнения с экспериментальными данными или хотя бы для анализа экспериментальных данных – не пошло дальше использования Ван-Флековской модели “чистой прецессии”, что в известной мере связано с фрагментарностью и невысокой точностью экспериментальных работ [121]. В отличии от многочисленных теоретических и экспериментальных исследований неадиабатического поведения ЭКВ термов, вопрос о влиянии тех же эффектов на вероятности ЭКВ переходов до наших работ [43,44] не изучался, а в обзорах и монографиях [122 124] даже и не обсуждался.

К моменту начала наших работ все авторы считали вероятности ЭКВ переходов молекулы водорода пропорциональными произведениям факторов Франка-Кондона и Хенля-Лондона [4,41,122-124]. Наши первые измерения колебательных [41] и вращательных [43,45] коэффициентов ветвления показали, что оба приближения оказываются в противоречии с экспериментом и являются слишком грубыми в случае молекулы водорода. В то же время в спектроскопии неравновесных газов и плазмы выявилась большая потребность в вероятностях ЭКВ переходов водорода и дейтерия при различных значениях колебательных и вращательных квантовых чисел [2,4,124]. Поэтому в работе [44] предложен полуэмпирический подход к определению вероятностей ЭКВ переходов двухатомных молекул, состоящий в том, что:

1. В качестве экспериментальных данных используются ЭКВ термы, относительные вероятности ЭКВ переходов и радиационные времена жизни отдельных ЭКВ уровней.

2. На основе теоретического анализа вся совокупность вероятностей ЭКВ переходов выражается через конечное, обычно небольшое число параметров 3. Матричные элементы целых степеней межъядерного расстояния на колебательных волновых функциях (вибронные матричные элементы) рассчитываются численно.

4 Оптимальные значение параметров теоретической модели находятся из условия минимума среднеквадратичного отклонения измеренных и вычисленных величин (ОБРАТНАЯ ЗАДАЧА).

5. Вся совокупность вероятностей ЭКВ переходов восстанавливается с помощью формул, найденных значений параметров и вибронных матричных элементов (ПРЯМАЯ ЗАДАЧА).

Видно, что задача в целом ставится как измерение требуемых величин и обработка данных эксперимента, что подразумевает оценку погрешностей получаемых вероятностей переходов. Особенность этого подхода состоит и в том, что его целью является определение по возможности всей совокупности вероятностей ЭКВ переходов (между уровнями с произвольными значениями колебательного и вращательного квантовых чисел) из некоторого конечного числа экспериментальных данных. Ясно, что возможности восстановления целого по его части ограничены. Наиболее важным оказывается п.4, который представляет собой одну из распространенных задач современной прикладной математики – поиск глобального минимума целевой функции (функционала невязки) в многомерном пространстве параметров. Это предъявляет особые требования по проверке единственности решения и устойчивости минимиза ционной процедуры к варьированию исходных данных в пределах погрешности эксперимента. Современные методы оптимизации позволяют не только нахо дить оптимальный набор параметров, но и естественным образом ввести аппарат оценки погрешностей в формализме матрицы ковариации. Эти погрешности носят несколько условный характер, поскольку обусловлены не только ошибками эксперимента, но могут зависеть от количества и качества спектроскопических данных (их информационной содержательности), неполной адекватности теоретической модели свойствам реальной молекулы и даже от используемого алгоритма минимизации функционала невязки. Тем не менее, они оказываются очень полезными в практической работе. Необходимым оказывается и применение статистических методов и средств, таких, как критерии Фишера и Шовеньи, метод скользящего контроля и пр.

На разных этапах нашей работы и для разных систем полос использовались различные теоретические модели, имеющие общую архитектуру построения. В наиболее общем виде математический формализм представлен в статьях [5,79], где последовательно рассмотрены различные приближения, имеющие довольно широкую область применимости.

Использование БО базиса имеет то преимущество, что параметры моделей представляют собой адиабатические характеристики молекулы. Они не зависят от массы ядер, и, следовательно, должны быть одинаковыми для всех изотопомеров водорода. Это позволяет по интенсивностям ЭКВ линий одного из изотопомеров (например, Н2) предсказать радиационные характеристики других (HD, D2 и Т2). Совместный анализ спектров двух изотопомеров позволяет: исключать промахи в экспериментальных данных;

проводить рациональный выбор модели и исследовать адекватность модели свойствам реальной молекулы [65,67,69,75,80,85,90]9.

Современное состояние исследований радиационных времен жизни ЭКВ уровней изотопомеров молекулы водорода подробно обсуждается в нашем недавнем обзоре [13]. Поэтому ограничимся одним замечанием. Имеющиеся экспериментальные данные настолько фрагментарны, что в спектроскопии плазмы, где требуются зависимости времени жизни от колебательного и враща тельного квантовых чисел, возможно использование только полуэмпирических данных, полученных в наших работах.

Описанный выше полуэмпирический подход был применен к исследованию вероятностей ЭКВ переходов и времен жизни молекул H2,HD,D2,T2 [7,11,13], а также отдельных полос He2 [53] и BH [105]. Нами также проведен расчет спектральной плотности вероятности спонтанного излучения в диссоционном континууме молекул H2,HD,D2,T2 [64,71]. В результате этих работ в настоящее время для диагностики водородсодержащей плазмы можно использовать ЭКВ линии 18 систем полос [7,11] и диссоционный континуум [64,71,97].

5. Исследование элементарных процессов. Анализ имеющихся в литературе данных о константах элементарных процессов – неотъемлемая часть любой работы по спектроскопии плазмы. Проводя такой анализ, мы иногда сталки вались с отсутствием требуемых данных. В этих случаях приходилось ставить специальные работы по изучению тех или иных процессов.10 Так были впервые получены: сечения и коэффициенты скорости чисто вращательных переходов молекулы водорода электронным ударом и при межъмолекулярных столкнове ниях [33,34], коэффициенты скорости тушения возбужденных атомов [58,70] и молекул [72] водорода при столкновениях с молекулами H2, эффективные сечения возбуждения быстрых атомов водорода при столкновениях с Ar,Kr,H [125], параметры штарковского уширения 10 линий иона азота NI [55], сечения и коэффициенты скорости возбуждения линий серии Бальмера при столкновениях электронов с атомами (прямое возбуждение) и молекулами Изотопный эффект давно и широко используется при исследовании ЭКВ термов и молекулярных постоянных.

Для этого использовались как результаты наших плазменных экспериментов, так и имеющиеся в литературе данные. При изучении возбуждения электронным ударом [36], столкновительного тушения [58,72] и радиационных времен жизни [72] использовались газонаполненные электронные пушки.

(диссоциативное возбуждение) водорода с учетом тонкой структуры линий [104].

Наиболее интересные результаты, представленные в оригинальных статьях [27-29,33,35,36,38,39] и обзорах [3,4], получены при изучении ЭКВ столкновительных переходов. Дело в том, что до сих пор существует впервые отмеченное в [35] противоречие между тем, что в кинетике возбуждения и девозбуждения электронных состояний двухатомных молекул в неравновесных газах и плазме (где обычно существенно заселенными оказываются много колебательных и вращательных уровней) необходимо иметь полный набор сечений колебательно-вращательных переходов между выбранной парой электронных состояний, а в физике электрон-молекулярных столкновений ограничиваются изучением сечений возбуждения с наинизшего колебательно вращательного уровня основного электронного состояния (чаще вращательная структура вообще не рассматривается). Оно объясняется чрезвычайной труднос тью как чисто экспериментального определения, так и строгого квантово механического расчета необходимого полного набора сечений ЭКВ столкновительных переходов [35].

Поэтому в статьях [27,35] предложен полуэмпирический подход к проблеме. Он состоит в том, что на основе теоретического анализа вся совокупность ЭКВ переходов выражается через конечное (обычно небольшое) число параметров, которые могут быть связаны с измеряемыми на опыте величинами (такими как интенсивности спектральных линий, газовая температура и др.) с помощью уравнений баланса возбуждения и дезактивации отдельных ЭКВ уровней. Теория здесь используется дважды: сначала при описании элементарного процесса столкновения, а затем при рассмотрении кинетики возбуждения ЭКВ спектральных линий.

В рамках этого подхода был развит математический аппарат, позволяющий полуэмпирическое исследование не Франк-Кондоновских столкновительных ЭКВ переходов. Для электрон-молекулярных столкновений использовалось приближение внезапного удара [38], а в случае сравнительно медленных межъмолекулярных столкновений вводилась поправка на неадиабатичность, согласующаяся с критерием Месси [33]. Эксперименты по возбуждению отдельных колебательно-вращательных уровней состояния d3u молекулы H2 в охлаждаемой жидким азотом газонаполненной электронной пушке [36] и обработка результатов [39,65] позволили впервые для двухатомной молекулы найти полный набор сечений ЭКВ переходов.

6. Работы по спектроскопии плазмы. Проводились комплексные исследования оптических и электрокинетических характеристик неравновесной плазмы в разрядах постоянного тока, ВЧ, СВЧ (микроволновых) и импульсных.

Наибольшее внимание уделялось неравновесной плазме с большим избытком быстрых электронов, способных возбуждать и ионизовать атомы и молекулы. В наших условиях избыток обеспечивался инжекцией в плазму электронов, ускоренных в слоях объемного заряда. Эти слои были либо естественным свойством разряда (прикатодный слой в коротких дугах [66,68] и разряде с полым катодом [49,50,78], анодные пятна [23]), либо искусственно создавались с помощью дополнительных электродов, вызывающих резкое сужение попереч ного сечения разряда [14,21,47,52]. Мы старались сосредоточить внимание на процессах с участием атомов и молекул водорода. Однако любое научное направление имеет и какую-то собственную логику развития, не вполне подконтрольную исследователю. В разные годы и по разным причинам изучалась плазма разрядов в Н2, D2, He, Ne, Ar, Kr, N2, N2O, B2H6, смесях этих газов и в аргоне с органосиликоновыми добавками. При этом изучались или использовались оптические спектры молекул Н2, HD, D2, BH, He2, CN, C2, атомов H, D, He, Ne, Ar, Kr, B, Al, Ga, Si и иона N+.

Постановка задачи наших работ состояла в том, чтобы на основе экспериментальных и теоретических исследований выяснить механизм форми рования заселенностей уровней в тех или иных конкретных условиях и установить связь этих распределений с параметрами плазмы и характерис тиками происходящих в ней физических процессов. Разрабатываемые в ходе таких работ модели применялись либо для расчета спектров излучения по заданным параметрам плазмы (прямая задача), либо для спектроскопической диагностики плазмы – нахождения параметров плазмы по измеренным спектрам (обратная задача). Приведем несколько характерных примеров по типам первичных экспериментальных данных – интенсивностей спектральных линий атомов, распределений интенсивности в колебательно-вращательной структуре ЭКВ спектров молекул, распределений интенсивности в контурах линий и интенсивности диссоционного континуума молекулы водорода.

Измерения интенсивностей атомных линий использовались в качестве источника информации о пространственных распределениях электрокинетичес ких параметров плазмы разрядов с сужениями в He [21] и водороде [17,23,30,61]. Так, например, в [23] было опровергнуто представление о наличии скачка потенциала в месте максимального сужения магнитных силовых линий, считавшееся основным механизмом работы дуоплазматрона [127].

Измерение концентрации атомов в молекулярной плазме является важной и трудной проблемой.12 Атомы рождаются и гибнут в диссоциативных (обычно объемных) и ассоциативных (обычно поверхностных) реакциях, поэтому их концентрация сильно зависит от условий протекания разряда.

Степень диссоциации водорода в газоразрядной плазме изучалась в работах [17,20,59,61,107,108]. Измерения ФРЭЭ и интенсивностей линий атомов и молекул позволили выяснить роль различных элементарных процессов [17,61] и предложить методы определения концентрации атомов и степени диссоциации водорода в плазме по абсолютным [17,20] и относительным [107] интенсив ностям спектральных линий. При этом выяснились два особенно важных обстоятельства: значительная роль диссоциативного возбуждения атомов при электрон-молекулярных столкновениях [20] и необходимость учета тонкой структуры уровней атома водорода на эффективные сечения возбуждения линий серии Бальмера [104].

Трехэлектродные разряды низкого давления в водороде и водородсодержащих смесях широко используются в моно- и дуо- плазмотронных источниках ионов [14] и капиллярно-дуговых спектральных лампах [31,40,42,57].

В газоразрядной плазме атомарных газов концентрация атомов обычно слабо зависит от условий и может быть найдена по измерениям давления газа и газовой температуры.

Специфика ЭКВ спектров изотопомеров молекулы водорода обусловлена чрезвычайной легкостью ядер по сравнению со всеми другими двухатомными молекулами. Широко развитая вращательная структура полос и большое количество систем полос, лежащих в одной и той же области длин волн, приводят к тому, что спектры молекул Н2, НD и D2 внешне не имеют характерной для молекулярных спектров полосатой структуры, а выглядят как частоколы хаотически расположенных линий различной интенсивности. Эти спектры до сих пор отождествлены не полностью, а многие линии идентифи цированы неоднозначно [119,120]. Для уточнения идентификации, основанной на анализе волновых чисел, было предложено проводить анализ распределения интенсивности в ротационной структуре полос [22].

Новизна наших исследований ЭКВ спектров двухатомных молекул обусловлена тем, что впервые связь измеряемых интенсивностей с параметрами плазмы устанавливается с помощью уравнений баланса возбуждения и дезактивации для отдельных ЭКВ уровней. Реализация такого кинетического подхода к проблеме диагностики плазмы по распределениям интенсивности в ЭКВ спектрах потребовала: 1) выявления элементарных процессов, вносящих основной вклад в наблюдаемые интенсивности ЭКВ линий;

2) разработки пригодных для диагностики моделей возбуждения и дезактивации ЭКВ уровней [2,4,25,63,97];

3) создания новых методов и получения с их помощью отсутствовавших в литературе данных о характеристиках молекул и вероятностях элементарных процессов [3,4,5,7,11,13]. В результате были предложены новые методы спектроскопического определения колебательной [50,97], вращательной и газовой [2,25,63] температур. Перечислим наиболее интересные результаты, полученные впервые. В работе [2] показано, что больцмановские распределения заселенности по вращательным уровням в долгоживущих ЭК состояниях (с вращательной температурой равной газовой) могут устанавливаться только на конечной части начального участка зависимости заселенности от энергии вращения. Рассмотрены возможные механизмы формирования неравновесных распределений и введены количественные критерии, позволяющие оценивать длину больцмановского участка. Обнаружено, что наблюдаемые в водородной газоразрядной плазме небольцмановские распределения обусловлены в основном чисто вращательным возбуждением нормальных молекул электронным ударом [33].

Предложена согласующаяся с экспериментом кинетическая модель, позволяющая связать вращательные распределения заселенности в излучающих ЭК состояниях с газовой температурой, степенью ионизации и средней энергией электронов [34]. Для проверки адекватности кинетических моделей реальным условиям в плазме предложено проводить исследования внутренней согласованности данных о газовой температуре, полученных по разным полосам [25], разным системам полос [7,46] и полосам разных молекул [32,105].

Разработанные методы измерения газовой температуры в дальнейшем использовались при изучении тепловых эффектов в фундаментальных и прикладных исследованиях газоразрядной плазмы [1,4,8-10,12,107].

По измерениям контуров спектральных линий находились концентрация электронов (по штарковскому уширению линии H [15,55]) и газовая температура (по доплеровскому уширению линий атомов H [88], D [1,88], Ne[1] и молекул D2 [88], BH [107]). В работе [88] была предложена методика корректного учета тонкой структуры линий H и D, позволяющая найти не только газовую температуру, но и относительные заселенности 32LJ подуровней.

Обнаружено, что они сильно отличаются от больцмановских и зависят от условий в плазме.

В работах [78,84] изучались контуры линий H, H и H в тлеющем и высоковольтном разрядах с полым катодом в смесях H2+Ne,Ar,Kr. Обнаружено аномальное доплеровское уширение, свидетельствующее о сильно неравновес ном распределении атомов по скоростям. Исследования показали, что: 1) в плазмах с значительными концентрациями быстрых ионов водорода большую роль в возбуждении атомов могут играть процессы перезарядки и возбуждения атомным ударом;

2) высоковольтный разряд с полым катодом может быть использован для создания пучков атомов водорода с энергиями в несколько килоэлектронвольт;

3) аномальные доплеровские контуры дают возможность спектроскопического определения немаксвелловских распределений возбужден ных и нормальных атомов водорода по скоростям, а в некоторых условиях несут информацию и об ионном составе плазмы.

Одно из важнейших свойств водородной плазмы – испускание диссоци онного континуума при a3g b3u связанно-свободных переходах – широко применяется для создания источников ультрафиолетового излучения. Наши исследования, основанные на кинетическом подходе с использованием зондовых и спектроскопических измерений, дали ряд новых результатов интересных для спектроскопии водородной плазмы [50,94,97] и важных для практического применения [31,37,40,42,57]. Так в статье [50] впервые дано количественное объяснение известных эмпирических закономерностей свечения континуума в плазме: 1) чрезвычайно слабой зависимости формы континуума от условий в плазме;

и 2) различия в спектрах изотопомеров Н2 и D2.

Исследовалось влияние добавок инертных газов на форму континуума в активной фазе и послесвечении разряда в полом катоде [94] и в СВЧ разряде [97]. Установлено, что увеличение яркости и изменение формы континуума в присутствии аргона связано с передачей возбуждения резонансными и метастабильными атомами Ar молекулам Н2 [94]. В работе [97] свечение континуума впервые использовано для спектроскопической диагностики плазмы – измерения колебательной температуры и скорости диссоциации электронным ударом. Исследования континуума в плазме позволили предложить новый механизм недавно открытого явления однопузырьковой сонолюминесценции [101].

7. Заключение. Из предыдущего изложения видно, что наши работы посвящены молекулярной спектроскопии, физике электронных и атомных столкновений, спектроскопии плазмы, физике газового разряда, физике источников ионов и источников света. Они в основном носили характер фундаментальных исследований, поскольку мотивировались, прежде всего, любопытством и желанием сделать то, что можно было сделать. Однако в ряде случаев полученные результаты, знания и умения были использованы в прикладных исследованиях плазмохимических реакторов [7,9,10,12,105,107], импульсного электроискрового плазматрона [55,56], свободной струи сильноточного плазматрона [126], плазменных источников ионов [1,14-19,23,26,30,91] и капиллярно-дуговых спектральных ламп [31,37,40,42,57].

Одним из наиболее важных результатов многолетней работы является предложение и разработка новых методов диагностики плазмы, позволяющих измерять ФРЭЭ в анизотропной плазме [18], абсолютную концентрацию атомов по искаженным реабсорбцией отношениям интенсивностей в резонансных мультиплетах [107,110], поступательную [88], вращательную [2,25,63] и колебательную [50,97] температуры, немаксвелловские распределения атомов по скоростям [84], скорость диссоциации электронным ударом [97] и степень диссоциации [20,107] водорода в неравновесной плазме.

Оказалось, что ряд методов и результатов представляет довольно общий интерес, выходящий за рамки спектроскопии водородной плазмы. Это, в частности, прямой метод определения значений ЭКВ термов двухатомных молекул [111], оптимизационный подход к определению потенциальных кривых двухатомных молекул из спектроскопических данных [51,76], полуэмпиричес кий подход к определению вероятностей ЭКВ радиационных [44] и столкнови тельных [27,35] переходов, модели двухатомной молекулы [5,79], учет тонкой структуры уровней атома водорода в эффективных сечениях возбуждения спектральных линий электронным ударом [104] и др.

В заключение заметим, что по материалам исследований, представленных в настоящей статье, имеется более 200 публикаций, выполнено более студенческих работ (дипломных, бакалаврских и магистерских), подготовлено 12 кандидатских и 2 докторских диссертации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Лавров Б.П., Оторбаев Д.К. Измерение газовой температуры плазмы низкого давления по интенсивностям молекулярных полос. Фрунзе: Наука, 1978. 69с.

2. Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1980. Т. 48. В. 4. С. 680.

3. Лавров Б.П., Островский В.Н., Устимов В.И. Полуэмпирический подход к исследованию не Франк-Кондоновских столкновительных переходов. В сб.

обзорных докл. VIII Всесоюзн. конф. по физике электр. и атомн. столкн., Л.:

РТП ЛИЯФ, 1982. С. 147.

4. Лавров Б.П. Электронно-вращательные спектры двухатомных молекул и диагностика неравновесной плазмы. В кн."Химия плазмы", под ред.

Б.М.Смирнова. М.: Энергоатомиздат, 1984. В. 11. С. 45.

5. Lavrov B.P., Ustimov V.I. // Acta Physica Hung. 1990. V.67. N.1-2. P. 3.

6. Lavrov B.P. Calculation of Thermodynamic Functions for N2, O2 and NO. Center for space science and astrophysics. Stanford University: CSSA-ASTRO-90-07, 1991. 93p.

7. S.A.Astashkevich, M.Kning, E.Kning, N.V.Kokina, B.P.Lavrov, A.Ohl, J.Rpcke // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1996. V. 56. N. 6. P. 725.

8. Lavrov B.P. Internat. Workshop Frontiers in Low Temperature Plasma Diagnostics II. Bad Honnef (Germany). Papers. 1997. P. 39.

9. Lavrov B.P., Ohl A., Rpcke J. Internat. Workshop Frontiers in Low Temperature Plasma Diagnostics II. Bad Honnef (Germany). Papers. 1997. P. 201.

10. Kning M., Lavrov B.P., Rpcke J. // Journ. de Physique IV,1998.V.8,Pr.7.P. 207.

11. Лавров Б.П., Асташкевич С.А. // Опт. и спектр. 1999. Т. 86. В. 6. С. 946.

12. Davies P.B., Kning M., Lavrov B.P., Rpcke J. Diagnostics of Non-Equilibrium Molecular Plasmas using Emission and Absorption Spectroscopy., in book: “Low Temperature Plasma Physics – Fundamental Aspects and Applications”, R.Hippler, S.Pfau, M.Schmidt, K.H.Schnbach Eds., Berlin, N.Y., Toronto:

Wiley-VCH. 2001. P. 173.

13. Асташкевич С.А., Лавров Б.П. Времена жизни электронно-колебательно вращательных состояний молекулы водорода (Обзор). // Опт. и спектр. 2002.

Т. 92. В. 6. С. 888.

14. Аброян М.А., Колоколов Н.Б., Лавров Б.П., Лозовой С.И. // Вестник ЛГУ, сер. Физ. Хим. 1974. № 22. С. 28.

15. Аброян М.А., Каган Ю.М., Колоколов Н.Б., Лавров Б.П. // Опт. и спектр.

1974. Т. 36. В. 4. С. 644.

16. Аброян М.А., Каган Ю.М., Колоколов Н.Б., Лавров Б.П. // Журн.Техн.Физ.

1974. Т. 44. С. 2416.

17. Аброян М.А., Демидов В.И., Каган Ю.М., Колоколов Н.Б., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1975. Т. 39. С. 21.

18. Каган Ю.М., Колоколов Н.Б., Лавров Б.П. // ЖТФ. 1977. Т. 47. В. 3. С. 572.

19. Каган Ю.М., Лавров Б.П., Лягущенко Р.И. // ЖТФ. 1977. Т. 47. В. 3. С. 580.

20. Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1977. Т. 42. В. 3. С. 446.

21. Грязневич М.П., Лавров Б.П. // Письма в ЖТФ. 1977. Т. 3. В. 14. С. 697.

22. Лавров Б.П., Оторбаев Д.К. // Опт. и спектр. 1978. Т. 42. В. 3. С. 617.

23. Лавров Б.П., Симонов В.Я. // Журн.Техн.Физ. 1978. Т. 48. В. 8. С. 1744.

24. Лавров Б.П., Оторбаев Д.К. // Опт. и спектр. 1978. Т. 45. В. 6. С. 1074.

25. Лавров Б.П., Оторбаев Д.К. // Письма в ЖТФ. 1978. Т. 4. В. 23. С. 1419.

26. Лавров Б.П., Оторбаев Д.К. // Журн.Техн.Физ. 1979. Т. 49. В. 1. С. 194.

27. Лавров Б.П., Островский В.Н., Устимов В.И. // Письма в ЖТФ. 1979. Т. 5. В.

6. С. 355.

28. Лавров Б.П., Островский В.Н., Устимов В.И. // ЖЭТФ. 1979. Т. 76. В. 5. С.

1521.

29. Лавров Б.П., Островский В.Н., Устимов В.И. // Опт. и спектр. 1979. Т. 47. В.

1. С. 55.

30. Лавров Б.П., Симонов В.Я. // Вестник ЛГУ. 1979. № 22. С. 29.

31. Лавров Б.П., Шишацкая Л.П. // Оптико-Механич. Пром. 1979. № 11. С. 58.

32. Лавров Б.П., Соловьев А.А., Тютчев М.В. // Журн. Прикл. Спектр. 1980.

Т.32. В. 4. С. 585.

33. Лавров Б.П., Островский В.Н., Устимов В.И. //Журн.Техн.Физ. 1980. Т. 50.

В. 10. С. 2072.

34. Лавров Б.П., Островский В.Н., Устимов В.И. //Журн.Техн.Физ. 1980. Т. 50.

В. 10. С. 2082.

35. Лавров Б.П., Островский В.Н., Устимов В.И. // Письма в ЖТФ. 1981. Т. 7. В.

10. С. 600.

36. Богданова И.П., Ефремова Г.В., Лавров Б.П., Островский В.Н., Устимов В.И., Яковлева В.И. //Опт. и спектр. 1981. Т. 50. В. 1. С. 121.

37. Гребеньков В.С., Лавров Б.П., Тютчев М.В. // Авт. Свид. СССР, № от 01.12.1981.

38. Lavrov B.P., Ostrovsky V.N., Ustimov V.I. // J.Phys.B: At.Mol.Phys. 1981. V. 14.

N. 22. P. 4389.

39. Lavrov B.P., Ostrovsky V.N., Ustimov V.I. // J.Phys.B: At. Mol. Phys. 1981. V.

14. N. 23. P. 4701.

40. Гребеньков В.С., Лавров Б.П., Тютчев М.В. // Оптико-Механич.Пром. 1982.

№ 2. С. 47.

41. Кирбятьева Т.В., Лавров Б.П., Островский В.Н., Тютчев М.В., Устимов В.И.

//Опт. и спектр. 1982. Т. 52. С. 39.

42. Лавров Б.П., Тютчев М.В. // Оптико-Механич.Пром. 1982. № 12. С. 11.

43. Kovacs I., Lavrov B.P., Tyutchev M.V., Ustimov V.I. // Acta Phys. Hung. 1983.

V. 54(1). P. 161.

44. Лавров Б.П., Тютчев М.В., Устимов В.И.// Опт. и спектр. 1983. Т. 54. В. 1. С.

4.

45. Ковач И., Лавров Б.П., Тютчев М.В., Устимов В.И. // Опт. и спектр.1983. Т.

54. В. 5. С. 904.

46. Lavrov B.P., Tyutchev M.V. // Acta Phys. Hung. 1984. V. 55. N. 1-4. P. 411.

47. Лавров Б.П., Симонов В.Я. // Вестник ЛГУ, сер. Физ. Хим. 1984. № 16. В. 3.

С. 13.

48. Лавров Б.П., Просихин В.П., Устимов В.И. // Журн. Прикл. Спектр. 1984. Т.

40. В. 3. С. 512.

49. Лавров Б.П., Просихин В.П., Токарев Н.В. // Вестник ЛГУ, Физ. Хим. 1985.

№ 11. С. 120.

50. Лавров Б.П., Просихин В.П. // Опт. и спектр. 1985. Т. 58. В. 3. С. 524.

51. Драчев А.И., Лавров Б.П., Просихин В.П., Устимов В.И. // Химическая Физика 1985. Т. 4. В. 8. С. 1011.

52. Бублина Н.В., Лавров Б.П., Просихин В.П. // Вестник ЛГУ, Физ. Хим. 1985.

№ 18. С. 25.

53. Голубовский Ю.Б., Куликов В.В., Лавров Б.П., Скобло Ю.Э. // Теплофизика Высоких Температур. 1986. Т. 24. № 1. С. 21.

54. Лавров Б.П., Просихин В.П., Устимов В.И. // Изв.Вузов СССР. 1986. Т. 29.

В. 2. С. 66.

55. Лавров Б.П., Рейнганд Л.М., Тютчев М.В. // Журн. Прикл. Спектр. 1986. Т.

44. В. 6. С. 1005.

56. Дмитриев А.Л., Лавров Б.П., Петров М.Ю., Рейнганд Л.М., Тютчев М.В. // Вестник ЛГУ, Физ. Хим. 1987. В. 1. № 4. С. 117.

57. Лавров Б.П., Тютчев М.В. // Оптико-Механич. Пром. 1986. № 10. С. 46.

58. Бурштейн М.Л., Лавров Б.П., Яковлев В.Н. // Опт. и спектр. 1987. Т. 62. В. 6.

С. 1233.

59. Лавров Б.П., Симонов В.Я. // Теплофизика Высоких Температур. 1987. Т. 25.

№ 4. С. 649.

60. Бублина Н.В., Лавров Б.П., Просихин В.П. // Журн.Техн.Физ. 1987. Т. 57.

В.10. С. 2034.

61. Лавров Б.П., Просихин В.П.// Опт. и спектр. 1988. Т.64. В. 3. С. 498.

62. Лавров Б.П., Тютчев М.В., Устимов В.И. // Опт. и спектр. 1988. Т. 64. В. 6. С.

1251.

63. Драчев А.И., Лавров Б.П. // Теплофизика Высоких Температур. 1988. Т. 26.

№ 1. С. 147.

64. Лавров Б.П., Логинов А.В., Просихин В.П. ДЕП ВИНИТИ 04.11.1988г.

№7897-В88, 19с.

65. Драчев А.И., Лавров Б.П., Просихин В.П. // Вестник ЛГУ, сер.4. 1988. В. 3.

№ 18. С.16.

66. Демидов В.И., Лавров Б.П., Симонов В.Я. // Вестник ЛГУ, сер.4. 1988. В. 4.

№ 25. С. 74.

67. Драчев А.И., Лавров Б.П., Поздеев Л.Л., Просихин В.П. // Журн.Структ.Хим.

1989. Т. 30. № 2. С. 188.

68. Демидов В.И., Лавров Б.П., Мезенцев А.П., Мустафаев А.С., Симонов В.Я. // Журн.Техн.Физ. 1989. Т. 59. В. 4. С. 55.

69. Лавров Б.П., Поздеев Л.Л. // Опт. и спектр. 1989. Т. 66. В. 4. С. 818.

70. Лавров Б.П., Симонов В.Я. // Химическая Физика. 1989. Т. 8. В. 5. С. 717.

71. Лавров Б.П., Логинов А.В., Просихин В.П. // Опт. и спектр. 1989. Т. 67. В. 5.

С. 1220.

72. Бурштейн М.Л., Лавров Б.П., Мельников А.С., Просихин В.П., Юргенсон С.В., Яковлев В.Н. // Опт. и спектр. 1990. Т. 68. В. 2. С. 285.

73. Лавров Б.П., Мельников А.С., Поздеев Л.Л., Токарев Н.В. ДЕП ВИНИТИ 21.06.1990, № 5634-В90, 27с.

74. Драчев А.И., Лавров Б.П., Поздеев Л.Л. // Журн. Структ. Хим. 1990. Т. 31. № 3. С. 127.

75. Асташкевич С.А., Лавров Б.П., Поздеев Л.Л., Устимов В.И. // Опт. и спектр.

1991. Т. 70. В. 2. С. 285.

76. Лавров Б.П., Мельников А.С. ДЕП ВИНИТИ 12.03.1991, № 1034-В91, 45с.

77. Асташкевич С.А., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1993. Т. 75. В. 6. С. 1196.

78. Лавров Б.П., Мельников А.С. // Опт. и спектр. 1993. Т. 75. В. 6. С.1152.

79. Асташкевич С.А., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1994. Т. 76, В. 1. С. 33.

80. Асташкевич С.А., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1994. Т. 76. В. 1. С. 42.

81. Асташкевич С.А., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1994. Т. 77. В. 3. С. 369.

82. Асташкевич С.А., Кокина Н.В., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1995. Т. 78. В.

4. С. 628.

83. Асташкевич С.А., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1995. Т. 79. В. 2. С. 207.

84. Лавров Б.П., Мельников А.С. // Опт. и спектр. 1995. Т. 79. В. 6. С. 922.

85. Асташкевич С.А., Кокина Н.В., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1996. Т. 80. В.

1. С. 41.

86. Асташкевич С.А., Кокина Н.В., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1996. Т. 80. В.

3. С. 389.

87. Асташкевич С.А., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1996. Т. 80. В. 5. С. 743.

88. Kning M., Lavrov B.P., Ovtchinnikov V.L., Rpcke J. //International Workshop ''Frontiers in Low Temperature Plasma Diagnostics II'' Bad Honnef (Germany).

Papers. 1997. P. 169.

89. Асташкевич С.А., Кокина Н.В., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1997. Т. 83. № 5. С. 736.

90. Асташкевич С.А., Кокина Н.В., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1997. Т. 83. № 6. С. 909.

91. Лавров Б.П. //Междунар. конф. ФНТП-98. Петрозаводск: Изд-во ПГУ. 1998.

ч. I. С. 114.

92. Асташкевич С.А., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1998. Т. 85. № 3. С. 379.

93. Асташкевич С.А., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1998. Т. 85. № 4. С. 554.

94. Лавров Б.П., Мельников А.С. // Опт. и спектр. 1998. Т. 85. № 5. С. 729.

95. Асташкевич С.А., Калачев М.В., Лавров Б.П., Овчинников В.Л. // Опт. и спектр. 1999. Т. 87. № 2. С. 219.

96. Асташкевич С.А., Калачев М.В., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 1999. Т. 87. № 2. С. 229.

97. Lavrov B.P., Melnikov A.S., Kning M., Rpcke J. // Phys.Rev.E: 1999. V. 59. N.

3. P. 3526.

98. Асташкевич С.А., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 2000. Т. 88. № 5. С. 750.

99. Асташкевич С.А., Калачев М.В., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 2000. Т. 88. № 6 С. 920.

100. Асташкевич С.А., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 2000. Т. 89. № 1 С. 19.

101. Lavrov B.P. //APP Spring Meeting “Diagnostics of Non-Equilibrium High Pressure Plasmas”, Bad Honnef (Germany), Book of Papers, 2001. P. 195.

102. Асташкевич С.А., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 2001. Т. 90. № 2. С. 251.

103. Асташкевич С.А., Калачев М.В., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 2001. Т. 90.

№ 4. С. 550.

104. Лавров Б.П., Пипа А.В. // Опт. и спектр. 2002. Т. 92. В. 5. С. 709.

105. Osiac M., Lavrov B.P., Rpcke J. // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2002.

V. 74. N. 4. P. 471.

106. Асташкевич С.А., Лавров Б.П. // Оптика и спектроскопия 2002. Т. 93. № 3.

С. 413.

107. Lavrov B.P., Osiac M., Pipa A.V., Rpcke J. // Plasma Sources Sci. Technol.

2003. V. 12. P. 576.

108. Lavrov B.P., Pipa A.V., Rpcke J. //International Workshop ''Frontiers in Low Temperature Plasma Diagnostics V'' Villaggio Cardigliano (Italy). 2003. P. 196.

109. Асташкевич С.А., Лавров Б.П. // Опт. и спектр. 2004. Т. 97. № 1. в печати.

110. Лавров Б.П., Рязанов М.С. // Опт. и спектр. 2004. в печати.

111. Лавров Б.П., Рязанов М.С. // Опт. и спектр. 2004. в печати, physics/ at http://arxiv.org.

112. Lavrov B.P., Ryazanov M.S. Tables of rovibronic term values for singlet electronic states of 11BH molecule. e-print physics/0310089 at http://arXiv.org 113. Капцов Н.А. Электрические явления в газах и вакууме. М.-Л.: ГИТТЛ, 1947. 808с.

114. Каган Ю.М., Перель В.И. // УФН. 1963. Т. 81. В. 3. С. 409.

115. Малышев Г.М., Федоров В.Л. // ДАН СССР. 1953. Т. 92. С. 269.

116. Каган Ю.М., Митрофанов Н.К. // Журн. Техн. Физ.1971. Т. 41. В. 10. С.

2065.

117. Boyd R.L.F., Twiddy N.D. // Proc.Roy.Soc. 1959. V.250. P. 1260;

1960. V. 259.

P. 1297.

118. Herzberg G. Spectra of Diatomic Molecules. N.Y.: Van Nostrand Co.1959, 658p.

119. The hydrogen molecule wavelength tables of G.H.Dieke, ed.H.M.Crosswhite, N.Y.: Wiley-Intersci. 1972, 642p.

120. Freund R.S., Schiavone J.A., Crosswhite H.M. // J.Phys.Chem.Ref.Data. 1985.

V.14. P. 235.

121. Kovacs I. Rotational Structure in Spectra of Diatomic Molecules, London:

Adam Hilger Ltd. 1969. 320p.

122. Кузнецова Л.А., Кузьменко Н.Е., Кузяков Ю.Я., Пластинин Ю.А.

Вероятности оптических переходов двухатомных молекул. М.: Наука, 1980.

319 с.

123. Кузьменко Н.Е.,Кузнецова Л.А., Кузяков Ю.Я. Факторы Франка-Кондона двухатомных молекул. М.: Изд-во МГУ, 1984. 344с.

124. Electron-excited Molecules in Non-equilibrium Plasma/Ed. by Sobolev N.N.

N.Y.: Nova Science Publ. 1989. 350p.

125. Lavrov B.P., Melnikov A.S. // Abstracts of 29th EGAS, Berlin. 1997. V. 21C.

P.230.

126. Lavrov B.P., Rudakova T.V., Simonov V.Ya., Skvortsov A.I. // Abstracts of 8th ESCAMPIG, Orleans (France), 1990. P. 439.

127. Габович М.Д. Физика и техника плазменных источников ионов. М.:

Атомиздат, 1972. 304с.

Л.Г. Большакова ЛАБОРАТОРИЯ ФОТОМЕТРИИ Лаборатория фотометрии была создана по инициативе профессора Сергея Федоровича Родионова, в 1945 г. Главной задачей созданной лабора тории (далее лаб. ФМ) являлось дальнейшее развитие работ С.Ф. Родионова по электрофотометрии слабых световых потоков и применение электрофото метрических методов, отличающихся своей высокой чувствительностью, безынерционностью и точностью, к решению различных оптических задач. Эти работы были прерваны в 1941 г. в связи с начавшейся войной.

Еще в середине 30-х годов Сергею Федоровичу, с помощью сконструированного им счетчика фотонов, очень чувствительного к ультра фиолетовому излучению, во время работы в высокогорной экспедиции, удалось получить интереснейшие результаты по прозрачности атмосферы при изме рении солнечного излучения в коротковолновой части спектра. По этим данным впервые в нашей стране была проведена оценка общего содержания озона в атмосфере, была определена самая короткая длина волны в солнечном излучении, попадающего на земную поверхность (285.0 нм), был обнаружен ранее не известный эффект аномальной прозрачности атмосферы, были получены и другие важные для науки результаты. Таким образом, еще до войны С.Ф. Родионов уже был известным ученым, специалистом по фотометрии слабых излучений и являлся непременным участником Эльбрусской экспедиции АН СССР, руководя оптической группой. Естественно, что после войны С.Ф. Родионов планировал продолжить исследования, составляющие его глав ный научный интерес, и развивать их дальше.

Отметим коротко, что С.Ф. Родионов первые несколько лет своей научной деятельности работал в Физикотехническом институте, в лаборатории биологов, где он занимался созданием и совершенствованием счетчиков света и исследованием слабых излучений, а с 1939 г. и далее всю жизнь проработал на физическом факультете ЛГУ. В 1944 г. после возвращения из эвакуации (в г. Елабугу Татарской АССР), где университетские физики работали над военными заказами Гос. Комитета Обороны, С.Ф. Родионов был назначен директором НИФИ и был в этой должности до 1949 г., выполнив большой труд по руководству восстановлением здания института и его научных лабораторий.

Вероятно, учитывая общий интерес к фотометрии слабых излучений, лаб. ФМ была создана независящей от конкретной кафедры. Однако по существу работы лаб. ФМ всегда была близка кафедре оптики, работы ее обсуждались на кафедре оптики и научная связь с нею была самой тесной.

Административно лаб. ФМ вошла в кафедру оптики в 1972 г.

Почти одновременно с созданием лаборатории С.Ф. Родионов содей ствовал послевоенному возрождению Эльбрусской экспедиции, обратившись с этим предложением в президиум АН СССР. Академик Е.К. Федоров поддержал это предложение и уже летом 1948 г. С.Ф. Родионов с сотрудниками лаб. ФМ выехали к Эльбрусу. С этого времени работы в Эльбрусской экспедиции по тематике лаб. ФМ велись в течение многих лет.

Ближайшим сотрудником С.Ф. Родионова с 1947г. и во все последующие годы в должности старшего научного сотрудника лаб. ФМ стал вернувшийся с фронта, прошедший сложный боевой путь в течение всех лет войны, начиная от Ораниенбаумского пятачка, имеющий боевые награды, 35-летний Абрам Львович Ошерович. Летом 1941 г. он должен был закончить аспирантуру АН СССР при Пулковской астрономической обсерватории. Однако подготовленная им кандидатская диссертация на тему о развитии методик регистрации прохождения звезд с помощью фотосопротивлений была защищена им только в 1947 г. уже в ЛГУ. В лице А.Л. Ошеровича С.Ф. Родионов нашел очень энергич ного, инициативного, знающего специалиста, хорошо знакомого с проблемами фотометрии, который стал его надежным помощником и активным продол жателем его работ. В 1968 г. после безвременной кончины С.Ф. Родионова на 61-ом году жизни, А.Л. Ошерович станет заведующим лаб. ФМ и проработает на этой должности до своего выхода на пенсию (1980 г.).

В общих чертах в работах лаб. ФМ можно выделить три основных направления: 1) Разработка новейших электрофотометрических методов изме рения предельно малых световых потоков. Разработка и создание соответ ствующих измерительных устройств. Разработка методов контроля их важней ших параметров;

2) Решение различных задач атмосферной оптики с помощью специально созданной аппаратуры, в т.ч. с проведением измерений в экспеди ционных высокогорных условиях (сюда входят: изучение свечения ночного неба, многоплановые исследования прозрачности атмосферы в ультрафио летовой области спектра, атмосферная озонометрия и некоторые другие задачи);

3) Решение некоторых задач атомной и молекулярной спектроскопии, связан ных с измерением малых световых потоков (сюда входят работы по иден тификации спектров светимости ночного неба и работы последних лет по определению времен жизни возбужденных состояний атомов) Что касается первого направления, то оно было в основе деятельности лаб. ФМ в течение всего времени ее существования, но особенно в ее начальный период. За первое десятилетие было сделано много оригинальных фотометров и не только для нужд самой лаб. ФМ, но также для других кафедр и организаций.

Достаточно перечислить некоторые из них, чтобы понять, какая это была большая работа. Были сконструированы и выполнены несколько разных типов счетчиков фотонов. Этим занимался лично С.Ф. Родионов. В лаб. ФМ были разработаны и созданы очень чувствительные электрофотометры для измерения свечения ночного неба, для измерения атмосферного озона (несколько модификаций), звездный фотометр, фотоэлектрический флюорометр, фотоэлектрическое устройство для регистрации сверхтонкой структуры спектральных линий (в соавторстве с А.Г. Жиглинским, который некоторое время в 1950-ых годах работал в лаб. ФМ.), спекторофотометр для исследования пламени. Кроме приборов лёгких, удобных для работы в экспедициях, в лаб. ФМ С.Ф. Родионовым и А.Л. Ошеровичем были разработаны два типа озонографов обсерваторского типа. Очень важно было то, что в лаб. ФМ были продуманы и оборудованы стационарные специальные установки для исследования параметров создаваемых приборов. В лаб. ФМ всегда можно было тщательно проверить или измерить спектральную чувствительность используе мых ФЭУ или ФЭЛ. Была специальная установка для измерения этих характе ристик в абсолютных единицах (на единицу энергии). В лаб. ФМ постоянно велись работы по проверке линейности ФЭУ и ФЭЛ. Для этого тоже были созданы специальные установки (оборудованная соответствующим образом оптическая скамья, специальные стенды с переменным набором маленьких эталонных лампочек и др.). Таким образом, всегда можно было оценить, в каких пределах фототоков с высокой точностью сохраняется линейность фотометри ческих устройств. Особой гордостью лаб. ФМ в первые годы был разработан ный специально для фотометров усилитель постоянного тока с переменным коэффициентом усиления от 10 до 104, собранный по мостовой схеме. В этом усилителе можно было очень просто и полно компенсировать темновой ток системы на любой его чувствительности. Очень важно было и то, что усилитель работал очень стабильно, практически не добавляя в измерительную схему собственных шумов. Усилители такого типа ставились практически во все разработанные фотометры. Они были компактны и легки, размещаясь в небольших корпусах. В лаб. ФМ была тщательно исследована зависимость чувствительности фотокатода ФЭУ от температуры, исследовалась возможная неоднородность чувствительности ФЭУ по поверхности фотокатода. Решались и другие задачи такого типа.


Основные направления работ лаб. ФМ при решении задач атмосферной оптики.

Исследование свечения ночного неба. Одной из задач лаб. ФМ являлось изучение свечения ночного неба (далее свечение н.н.). Интенсивность этого свечения очень мала и различна по спектру длин волн. Для его регистрации измерительное устройство должно обладать очень высокой чувствительностью.

Исследование свечения н.н. является важным и надёжным инструментом для изучения состава и строения атмосферы, а также других её свойств, таких, например, как возникающие зависимости от солнечной активности, от корпускулярных потоков солнечного или космического происхождения и др.

Развитие космических исследований в 60-ые годы и тем более в последующее время показало, насколько важны были работы по исследованию свечения н.н.

предыдущих лет как по результатам, так и по развитым для этого спектро электрофотометрическим методам исследования. Они не потеряли своей актуальности вплоть до настоящего времени, совершенствуясь и позволяя изучать уже с космических кораблей составы атмосфер других планет.

В первые годы работы лаб. ФМ (1948–1960), с помощью разработанных в ней фотометров, большое внимание уделялось исследованию тогда еще мало изученного свечения н.н. в инфракрасной области спектра вблизи 1 мкм. В то время это излучение ещё не было уверенно зарегистрировано. Эта задача представляла большой научный интерес, так как его присутствие в атмосфере явилось бы подтверждением теории И.С. Шкловского о наличии гидроксила в высоких слоях атмосферы. В результате работ, выполненных С.Ф. Родионовым и А.Л. Ошеровичем с помощью высокочувствительных фотометров, такое излу чение было не только обнаружено, но было произведено исследование его вариаций и определена его энергия в абсолютных единицах.

Безусловно, решались и другие задачи при изучении этого природного явления. Например, было измерено свечение зелёных линий атомного кислорода, были изучены жёлтые линии натрия, изучались спектры полярных сияний, ультрафиолетовое свечение н.н., изучалось распределение энергии в спектре свечения н.н., изучалась связь свечения н.н. с солнечной активностью.

В то время в лаб. ФМ проблемой свечения ночного неба серьёзно и глубоко занималась аспирантка С.Ф. Родионова Л.М. Фишкова, которая после оконча ния аспирантуры начала работать в Абастуманской Астрофизической Обсер ватории. Она продолжила там работу по исследованию свечения н.н. Этой научной проблеме Л.М. Фишкова посвятила всю свою научную деятельность.

Она стала специалистом мирового уровня, ею опубликованы десятки статей и выпущена прекрасная книга, обобщающая многолетние исследования свечения н.н. Так продолжились и развились работы, начатые в лаб. ФМ по этой теме.

Озонометрия. Интерес к проблеме атмосферного озона обусловлен прежде всего тем, что только этот газ из всей смеси газов атмосферы очень сильно поглощает опасный для всей жизни на Земле участок спектра солнечного излучения (230.0–300.0 нм). Но количество озона в атмосфере, во-первых, очень невелико, хотя его хватает для полного поглощения этого излучения и, во вторых, это количество представляет собой равновесную концентрацию сложного, постоянно протекающего во времени фотохимического процесса под действием солнечного излучения. Что если в процесс вмешаются какие-нибудь посторонние вещества, связанные, например, с деятельностью человека?

Значение равновесной концентрации тогда должно измениться. В какую сторону? На сколько? Как пойдёт процесс восстановления природной концентрации? Сколько для этого понадобится времени? Вот только небольшая часть вопросов, которые ставят перед собой учёные, занимающиеся этой проблемой. Мы уже отметили в начале, что в нашей стране первые измерения атмосферного озона были выполнены С.Ф. Родионовым на Эльбрусе (1935 г.). С тех пор С.Ф. Родионов непрерывно вёл эти исследования. В лаб. ФМ уже с участием А.Л. Ошеровича были разработаны и созданы спектроэлектро фотометры для измерения озона (озонометры), оснащённые специальными светофильтрами.

В теории атмосферного озона предполагается, что главным источником озона является процесс диссоциации молекул кислорода при поглощении им солнечного излучения короче 220.0 нм с последующим присоединением образо вавшихся атомов к молекулам кислорода. Молекулы озона живут недолго (энергия диссоциации 1 эВ). Поглощая солнечное излучение, а также в других химических реакциях, они разрушаются. Одна из существующих трудностей фотохимической теории озона состоит в том, что значения скоростей, участвующих в этом процессе реакций известны с недостаточной точностью.

Все они определяются в лабораторных условиях, отличающихся от естествен ных. Тем более что на разных высотах условия их протекания различны. С этим связывают некоторые расхождения в теоретических и наблюдаемых характерис тиках атмосферного озона. Например, трудно согласуются с теорией наблюда емое количество озона. В связи с этим, фотохимическая схема участвующих реакций всё время дополняется и анализируется. Поразительным несоответ ствием теории и наблюдений является широтное распределение количества озона. Согласно принятой теории наибольшее количество озона должно быть на экваторе, а наименьшее у полюсов. Наблюдения же указывают на совершенно противоположную картину, то есть наибольшее количество озона наблюдается у полюсов, а наименьшее – у экватора. В результате фотохимическая теория атмосферного озона дополнилась учётом стратосферного переноса воздушных масс. Наблюдаемые в последние годы аномальные уменьшения количеств озона в некоторых районах земного шара (т.н. «озонные дыры») вообще говоря, противоречит фотохимической теории, так как согласно этой теории вековые равновесные концентрации озона должны быть очень стабильны. Вот почему большое значение придаётся тем наблюдениям в атмосфере, в которых можно заметить уровень предполагаемых по теории вариаций в количестве озона и оценить временные характеристики этих вариаций. Кроме того, такие наблюдения могут обнаружить и другие факторы, влияющие на эти вариации. К таким наблюдениям относятся измерения содержания озона в условиях изменяющегося солнечного освещения атмосферы. Таковыми являются:

1) Измерение содержания озона ночью и днём и их сравнение 2) Оценка содержания озона во время полных солнечных затмений, когда вся толща атмосферы подвергается быстрому изменению солнечного освещения, заканчивающимся его полным «отключением» на две–три минуты и затем обратным процессом его увеличения.

3) Оценка содержания озона в вечернее или утреннее время, когда Солнце освещает верхние слои атмосферы, а нижние при этом не освещены, и толща неосвещённых слоёв постепенно изменяется.

Во всех отмеченных случаях согласно фотохимической теории, созданной для сухой и чистой атмосферы должны происходить определённые изменения в содержании озона. Величина и характер этих изменений как раз и определяются скоростями участвующих химических реакций. Поэтому такие измерения могут дать ценную информацию о реальных величинах этих скоростей, или свидетельствовать о действии каких-нибудь других факторов, отражающих сложную структуру реальной атмосферы. Вот почему подобным измерениям, представляющим большой научный интерес, несмотря на большие трудности технического исполнения в лаб. ФМ уделялось большое внимание на протяжении всех лет её работы.

Основные достижения лаб. ФМ по озонометрии. Одним из самых существенных результатов в лаб. ФМ в этом направлении работ явилось создание фильтрового озонометра высокого класса, не только обладающего высокой чувствитель ностью к ультрафиолетовому излучению, но и дающий возможность в результате применения специальной методики расчёта, определять содержание озона с большой точностью. Это и дало возможность использовать его для изучения тонких озонных эффектов, представляющих большой научный интерес. Указанные свойства озонометра лаб. ФМ ставят его в ряд лучших приборов такого типа и, в принципе, дают возможность использовать его в качестве эталонного прибора. Одновременные измерения содержания озона озонометром лаб. ФМ и существующим спектрофотометром Добсона (в ГГО) полностью подтвердило этот результат. Создание такого прибора произошло не сразу и обусловилось тем, что его конструкция совершенствовалась в течение длительного времени. Глубокие и последовательные испытания в экспедицион ных условиях указывали, какие системы прибора и каким образом должны быть улучшены.

В основе озонометра лаб. ФМ лежит высокочувствительный фотометр, разработанный С.Ф. Родионовым и А.Л. Ошеровичем. Много усилий для совер шенствования характеристик озонометра приложил старший инженер лаб. ФМ Н.С. Шпаков и другие сотрудники, занимавшиеся этой темой. По идее опти ческого метода определения общего содержания озона в атмосфере необходимо производить измерения интенсивности в двух длинах волн: вблизи 305.0 и 330.0 нм при разных высотах Солнца. В расчёте используется отношение этих длин волн, которые должны быть измерены в идеальном случае одновременно, а практически – как можно быстрее друг за другом. Техническая трудность осуществления этого требования состоит в том, что скорость изменения этих двух сигналов во времени отличаются на порядки. В лаб. ФМ удалось решить эту задачу с максимальным приближением к идеальному случаю. Удачным образом был решён вопрос об уменьшении телесного угла прибора до 2° с помощью небольшого телескопического устройства, устанавливаемого на вход прибора. В последних конструкциях озонометра значительно увеличена точ ность наведения на Солнце. В озонометре были усовершенствованы и другие его элементы таким образом, что все существенные ошибки, которые могут повлиять на результаты измерения интенсивности прямого солнечного излуче ния, сведены к минимуму или становятся пренебрежимо малыми. В нашей задаче это имеет принципиально важное значение, так как, повторяем, измере нию подвергается очень слабое излучение. В результате световой поток, проходящий через фильтры озонометра, регистрируется с точностью, которую позволяет регистрирующий прибор, а именно ±0.5%.


Следующим важным достижением в научных разработках лаб. ФМ по озонометрии явилось решение задачи о точном учёте ширины спектрального интервала, пропускаемого светофильтром, который был необходим в расчётах общего содержания озона по измеряемым интенсивностям. Решение этой задачи, которое было выполнено автором данной статьи, позволило вывести разработанный в лаб. ФМ фильтровый озонометр на уровень приборов высокого класса, сравнимых по точности определения количества озона в атмосфере с классическими спектральными приборами. Суть этой задачи состояла в том, чтобы в фильтровых измерениях интенсивности солнечного излучения была строго учтена полная ширина выделяемого фильтром спектрального интервала. В результате решения этой задачи были выведены интегральные формулы, позволяющие математически строго оценить средний коэффициент поглощения озона для всей полосы пропускания фильтра. Было показано, что эта величина не является константой, что она зависит от количества измеряемого поглощающего вещества. Был предложен и разработан в деталях практический метод учёта этого эффекта, величина которого зависит от спектральных параметров светофильтров. В результате оказалось возможным не только правильно оценить содержание озона по измеренным сигналам фильтрового прибора, но и вполне определённо указать рекомендуемые параметры фильтров, которыми должны оснащаться озонометры. Работы лаб. ФМ по развитию и совершенствованию методики фильтровых измерений атмосферного озона сыграли важную роль в развитии этого метода. Имеется много ссылок на наши публикации. Кроме того, эти работы повлияли на правильную постановку измерений на станциях озонометрической сети нашей страны ещё до публикаций через научные контакты сотрудников лаб. ФМ и ГГО, которая руководит этой работой.

Из научных результатов, полученных в лаб. ФМ в пределах выше указанных задач озонометрии можно указать следующее.

Был изучен вопрос о дневном и ночном содержаниях озона и их сравнении. Для этой цели был создан специальный озонометр, позволяющий вести измерения озона по свету Луны. Соответствующие измерения были проведены в Абастуманской обсерватории (1954 г.), в Эльбрусской экспедиции (1959 г.), на научной станции в Рощино (1962 г.). Было установлено, что заметных изменений в средних значениях содержания озона днём и ночью обнаружить не удаётся. Это подтверждается и наблюдениями других исследователей. Этот результат свидетельствует о том, что процессы, приводящие к стоку озона, протекают очень медленно. Так что за время ночи никаких заметных изменений в общем содержании озона не происходит.

Солнечные затмения. Много раз сотрудники лаб. ФМ под руководством С.Ф. Родионова и А.Л. Ошеровича выезжали в экспедиции с целью наблюдения возможных вариаций в содержании озона во время солнечных затмений (02.1952, 06.1954, 02.1961, 06.1963, 05.1966, 09.1968, 07.1974, 07.1981). Процесс измерения интенсивности солнечного излучения в двух длинах волн с большой точностью в этом случае представляет собой довольно сложную задачу и требует большой стабильности в работе аппаратуры, высокой чувствительности её, обеспечение возможности уверенно регистрировать быстропротекающий процесс изменения интенсивности солнечного излучения в пределах нескольких порядков и безусловно требует большого мастерства от наблюдателя.

Озонометры лаб. ФМ вполне подходили для этой цели. Очень важным, но не контролируемым условием для успешного выполнения наблюдений во время затмения Солнца является условия погоды, из-за которых все усилия исследований могут быть потрачены зря. Такими безуспешными были, например, экспедиция в феврале 1961 г. (г. Ростов-на-Дону). В день затмения была сплошная облачность, а ко времени полной фазы пошёл такой интенсивный снег, что пришлось закрыть приборы. В облачную погоду происходило полное солнечное затмение в Грузии (район г. Лагодехи, 1954 г.).

Такова известная сложность оптических наблюдений в атмосфере. А если учесть, что полные затмения Солнца происходят довольно редко, то ясно, с одной стороны, что накопление достоверного экспериментального материала растягивается на десятилетия, а с другой стороны, понятно, что учёные, занимающиеся этой проблемой, не должны упускать случая проводить эти наблюдения, если это возможно. Наиболее удачной была экспедиция летом 1981 г. в район г. Тынды (станция Беленькая). В ней участвовали А.Л. Ошерович, Н.С. Шпаков, Л.Г. Большакова, Ю.А. Толмачёв, а также сотрудники Пулковской обсерватории (Д.Д. Положенцев и З.Н. Малкин), сотрудники кафедры атмосферы из группы Л.С. Ивлева (О.М. Коростина) и, как всегда, студенты и аспиранты факультета. Особенностью этой экспедиции являлось то, что к этому времени озонометры лаб. ФМ представляли собой уже приборы более высокого класса, чем прежде, были оснащены узкополосными интерференционными светофильтрами и позволяли провести наблюдения на очень высоком уровне. Данные этой экспедиции дали количественно важную информацию о величине обнаруженного изменения в количестве озона. Каков же результат этой огромной работы в целом? Наиболее полный и обстоятельный обзор всех работ лаб. ФМ и вообще всех известных к тому времени работ, выполненных во всех других странах, по наблюдению озона во время солнечных затмений сделал аспирант С.Ф. Родионова Б.Н. Мовчан в его диссертационной работе. Им было установлено, что в большинстве случаев наблюдалось некоторое увеличение содержания озона вблизи полной фазы затмения. Это явление получило название озоно-затменного эффекта.

Оказалось, что в количественном отношении имеется большой разброс данных.

Окончательного теоретического объяснения этого эффекта пока не существует.

Одна из версий состоит в том, что наблюдаемое изменение в содержании озона является кажущимся, так как они могут быть связаны с известным явлением потемнения к краю солнечного диска. Однако, такое предположение не может объяснить величины наблюдаемых изменений в содержании озона.

Важным результатом работ лаб. ФМ явилось то, что, кроме измерения прямого солнечного излучения, измерялось излучение солнечной короны во время полной фазы (эти измерения выполнялись лично А.Л. Ошеровичем).

Чувствительность озонометра в режиме ФЭУ с последующим усилением оказа лась вполне достаточной для этого. Уже на основании одного этого факта можно было сделать вывод, что излучение короны проходит через всю толщу атмосферы до земли. В связи с этим С.Ф. Родионов и А.Л. Ошерович выдвинули свою версию объяснения озоно-затменного эффекта: изменение в содержании озона реальны и обусловлены тем, что спектральный состав излучения короны относительно более богат радиацией, диссоциирующей молекулы кислорода, чем той его частью, которая поглощается озоном и мы наблюдаем изменение равновесных концентраций озона. Однако, с такой точки зрения трудно объяс нить слишком большие изменения в содержании озона (у некоторых авторов до 50%). Интересно, что результаты, полученные с высокой достоверностью в экспедиции лаб. ФМ в 1981 г. указывают как раз на очень небольшое увели чение количество озона, зарегистрированное сразу после полной фазы. Так что, возможно, слишком большие наблюдаемые ранее изменения требуют проверки, учитывая сложность эксперимента. Дискуссия на эту тему не закончена.

Имеются и другие объяснения озоно-затменного эффекта. Но вполне можно думать, что наиболее вероятной окажется корональная теория С.Ф. Родионова и А.Л. Ошеровича. Тем более, что она не противоречит общей фотохимической теории атмосферного озона, а только дополняет её. Из всего сказанного ясно, что интерес к исследованиям озона во времена полных затмений Солнца будет ещё многие годы интересовать учёных.

Исследования вариаций озона в вечернее и сумеречное время (то же самое и утром). Измерение содержания озона при переходе от дня к ночи и наоборот было одной из важных задач лаб. ФМ, которая в более широком плане представляет собой как раз ту задачу об ультрафиолетовой прозрачности атмосферы при низких высотах Солнца, которая была одной из главных забот С.Ф. Родионова и которую он считал по существу основной проблемой оптики атмосферы. Эффект аномальной прозрачности, о котором мы уже говорили, как раз и был обнаружен С.Ф. Родионовым в подобных исследованиях. С 1962 г.

лаб. ФМ С.Ф. Родионовым организовывается новый большой цикл работ в Эльбрусской экспедиции по тщательному исследованию наблюдаемых свойств эффекта наблюдаемой аномальной прозрачности, чтобы подтвердить справедливость своей теории, или согласиться с её несостоятельностью. Этой работой активно занимался аспирант С.Ф. Родионова Б.Н. Мовчан. Результаты этих исследований, выполненных на высоте 4250 м, ещё раз показали, что наиболее вероятной в объяснении эффекта аномальной прозрачности остаётся теория С.Ф. Родионова и это подтверждается наблюдениями последних лет. К трудностям этих исследований относится невозможность точной оценки содер жания озона при низких положениях Солнца (из-за разыгрывающегося в это время эффекта аномальной прозрачности, из-за накладывающегося сильного аэрозольного ослабления и др. факторов). Поэтому с этой целью проводились эксперименты по оценке содержания озона по свету Луны, находящейся высоко в небе, в то время, кода Солнце находится ещё над горизонтом и при даль нейшем его опускании под горизонт. Но такой эксперимент требовал усовер шенствования аппаратуры. С этой целью в лаб. ФМ была разработана новая конструкция озонометра. Эта работа выполнялась Н.С. Шпаковым и А.Л. Оше ровичем. Разработанная и созданная конструкция нового озонометра, в котором использовался модуляционный способ регистрации сигнала, позволяла уверенно регистрировать свет Луны на ярком фоне ещё не зашедшего Солнца.

Прибор был продуман очень тщательно, что вообще отличало работу Н.С. Шпа кова. Модуляционный озонометр был испытан в экспедиционных условиях и, насколько нам известно, с его помощью были проведены серии измерений.

Однако судьба научных исследований не всегда бывает удачной. Результаты этих измерений остались необсуждёнными и неопубликованными из-за сложностей патентования. На это было потрачено много времени и сил, но прибор так и остался незапатентованным, о чём теперь можно только сожалеть.

Исследование вертикального распределения озона (ВРО). ВРО характеризует распределение концентрации озона по высоте в атмосфере и является важнейшей характеристикой озонного слоя. Хорошо известно, что в среднем за год озон распределён устойчиво, но своеобразно: его концентрации, совсем небольшие у поверхности земли, постепенно возрастают с высотой, достигают максимума на высоте 20–25 км и затем приблизительно равномерно умень шаются с дальнейшим ростом высоты. Однако в течение года ВРО испытывает непрерывные вариации довольно сложного характера относительно средних значений. Выяснение причин, приводящих к этому, установление законо мерностей вариаций представляет собой важнейшие задачи ознометрии.

Известно четыре основных метода измерения ВРО: химический, электро химический, хемилюминесцентный и оптический. Оптическому методу принад лежит особая роль, так как с его помощью можно получить наиболее точные количественные оценки содержания озона в воздухе. Так как подъём в атмосферу тяжёлых монохроматоров представляет собой очень сложную техническую задачу, то при оптическом зондировании давно делались попытки использовать фильтровые приборы. Однако точность подобных измерений и расчёта озона ранее подробно не анализировались и подвергались некоторому сомнению. В 60-х годах сотрудниками лаб. ФМ под руководством С.Ф. Родио нова и А.Л. Ошеровича приступила к созданию озонометров для подъёма в атмосферу (озонозондов). Этому способствовало появившаяся возможность заключения договоров с военными организациями, интересовавшимися этой проблемой и имевшими возможность содействовать осуществлению подъёма аппаратуры на большие высоты до 30 км. В лаб. ФМ было разработано два типа озонозондов: с прямой наводкой на Солнце и с рассеивающим белым гипсовым экраном, оснащаемые узкополосными интерференционными светофильтрами.

Так же как и для наземных приборов, были составлены программы для ЭВМ для оценки средних (интегральных) коэффициентов поглощения озона, учитывающие весь спектральный интервал пропускания фильтра с учётом изменения условий при подъёме прибора в атмосферу. Сотрудниками лаб. ФМ (А.Л. Ошеровичем, Н.С. Шпаковым, Л.Г. Большаковой, Ю.Н. Верёвкиным и др.) было выполнено несколько подъёмов озонозондов в г. Вольске (под Саратовым) и в г. Рыльске (под Курском). В Вольске эта работа выполнялась совместно с сотрудниками кафедры атмосферы (Г.А. Никольским, И.Я. Бадиновым и др.), которые исследовали в то время стабильность солнечной постоянной. В подъёмах аппаратуры использовалась разработанная И.Я. Бадиновым автоматическая следящая система, которая с большой точностью осуществляла наведение приборов на Солнце. Озонометры лаб. ФМ, выполненные в миниатюрном двухканальном варианте устанавливались на одной из осей этой следящей системы. Фототок от ФЭЛ с фильтром по кабелю передавался вниз в контейнер на коммутатор, так что сигналы записывались последовательно на самописец. В данном случае при обработке материала приходилось интерполировать. Так был устроен озонозонд прямого наведения на Солнце. В озонозонде с рассеивающим экраном три фотоэлемента в одном корпусе «смотрели» вниз на экран. При одновременном подъёме этих приборов главной задачей было сравнить их результаты. Было показано, что озонометр с экраном, представляющий собой более простую конструкцию, вполне может быть использован для определения содержания озона, начиная с высоты 12– 15 км. Это был важный результат, позволявший использовать озонозонды второго типа независимо. В г. Рыльске находилась база москвичей (ЦАО), но кроме них здесь работали сотрудники ГОИ (лаб. Б.С. Непорента). С ЦАО лаб. ФМ имела договор о научно-техническом содружестве (на общественных началах). Из Ленинградского университета, кроме лаб. ФМ работали сотрудники каф. атмосферы (А.В. Поберовский, Л.С. Ивлев и др.). При попытке запустить озонозонд с тремя фотоэлементами и последующим усилением встретились большие трудности, так как система регистрации приборов ЦАО требовала на борту поднимаемого контейнера установки радиопередатчиков для телеметрической регистрации сигнала на земле. Эти передатчики сильно влияли на наши измерительные устройства, и результаты измерений оказывались непригодными. При замене фотоэлементов на ФЭУ без усиления работа пошла хорошо. Было выполнено несколько полётов, был получен полноценный материал для расчёта ВРО. В результате всей работы, выполненной и в Вольске, и в Рыльске, нам удалось сделать определённые рекомендации для использования оптических озонозондов для широкого их использования. Была предложена конкретная методика расчёта ВРО, учитывающая и в этом случае полную спектральную ширину пропускания светофильтров, были даны рекомендации по качеству светофильтров, которые могут обеспечить высокую точность измерений.

Хемилюминесцентный метод. В 1967 г. в лаб. ФМ впервые были начаты работы по освоению хемилюминесцентного метода (далее ХМ-метода) измерения количества озона в атмосфере. О нём имелись публикации, из которых было ясно, что это метод очень перспективен для измерения количества озона на разных высотах без ограничения высоты подъёма, что является характерным для химического и электрохимического методов из-за испарения растворов.

Поэтому такой способ мог быть применён при подъёме баллонов на большие высоты, а также в самолётных и ракетных измерениях озона. Нас заинтересовала возможность осуществить параллельные подъёмы оптического озонозонда и хемилюминесцентного. Это обеспечило бы получение с большой точностью количества содержания озона в каждом из слоёв (для оптического зонда это толща около 4-х км) и дало бы возможность определить структуру распределения концентрации внутри каждого слоя, что значительно обогатило бы получаемую информацию о ВРО. Суть ХМ-метода состоит в том, что некоторые вещества начинают светиться под действием озона. Эта люминесценция вызывается возбуждением молекул такого вещества в результате протекания определённых химических реакций, связанных с окислением. Таким веществом, в частности, является краситель родамин–B, входящий в состав определённым образом приготовленного порошка. Чтобы освоить ХМ-метод прежде всего необходимо было научиться получать такие порошки и исследовать возникающее свечение. Эти первоначальные работы были выполнены В.А. Васильевой в её дипломной работе под руководством автора настоящей статьи. Нужно отметить, что В.А. Васильева глубоко заинтересовалась это темой исследований и выполняла работу с таким энтузиазмом и умением, что, безусловно, в значительной мере способствовало её успеху.

Технология получения родаминовых порошков оказалась довольно трудоёмкой. Потребовалось создание специальной вакуумной установки, большого времени откачки и нагрева и т.д. Но, в конце концов, первые порции порошка были получены. И было установлено, что под действием озониро ванной струи воздуха порошок действительно засветился, что, конечно, было большим первым успехом. С.Ф. Родионов, который был заинтересован этой работой, внимательно следил за её ходом и даже принимал участие в опытах по обнаружению свечения, которое оказалось достаточно интенсивным. Получен ное свечение было зарегистрировано сначала на фотопластинке, затем фото метром и после был осуществлен анализ его спектрального состава с помощью монохроматора. Этим закончился первый этап работы по освоению нового метода измерения озона. В дальнейшем предполагалось произвести анализ стабильности свечения, градуировку его по известным количествам озона, оценить пропорциональность интенсивности свечения к содержанию действую щего озона в прокачиваемом воздухе и, конечно, создать ХМ-озонозонд. К сожалению, эти работы в лаб. ФМ не были продолжены по целому ряду обстоятельств: производственные площади были малы, штат лаборатории был невелик, надвигался скорый переезд в Петергоф и т.д. Однако наши труды не пропали зря. Эту работу продолжили и развили в Москве в ЦАО и использовали ХМ-метод измерений в ракетных исследованиях атмосферного озона.

Измерение времён жизни возбуждённых состояний атомов. В 1957 г. в лаб. ФМ студенткой Ириной Савич под руководством А.Л. Ошеровича была выполнена дипломная работа, посвящённая определению времен жизни возбуждённых состояний атомов гелия методом задержанных совпадений. Этой работой было открыто целое направление, которому в последующие годы суждено было стать одним из главных в деятельности лаб. ФМ. Ира Савич начинала с нуля. Нужно было, прежде всего, создать установку. Ира была человеком очень скромным, но очень энергичным и целеустремлённым. Обсудив с А.Л. Ошеровичем очередной план работы, Ира буквально бегала в мастерские НИФИ, ей помогали наш лаборант и механик, сама делала что могла. В конце концов, установка зафункционировала и необходимые измерения были выполнены и были определены времена жизни двух возбуждённых состояний атома гелия.

Идея новых для лаб. ФМ исследований, в основе которых лежал большой опыт фотометрических измерений слабых излучений и спектроскопических исследований свечения ночного неба, поддерживалась и приветствовалась зав.

лаб. ФМ С.Ф. Родионовым. Он следил за результатами этих исследований и вместе с А.Л. Ошеровичем руководил этими работами и планировал дальнейшее их развитие.



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 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.