Гетерогенное кластерообразование в сверхзвуковой аргон–криптоновой струе по данным катодолюминесценции в ВУФ области спектра
Методом люминесценции исследованы процессы кластерообразования в сверхзвуковой аргон-криптоновой струе при малых концентрациях примесного криптона вплоть до 1⋅10–3 %. Впервые методом ВУФ люминесценции в сверхзвуковых криогенных струях диагностировалась картина гетерогенного зародышеобразования начи...
Saved in:
| Date: | 2006 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2006
|
| Series: | Физика низких температур |
| Subjects: | |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/120147 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Гетерогенное кластерообразование в сверхзвуковой аргон–криптоновой струе по данным катодолюминесценции в ВУФ области спектра / Ю.С. Доронин, Е.А. Бондаренко, В.Н. Самоваров // Физика низких температур. — 2006. — Т. 32, № 3. — С. 337–342. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-120147 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1201472017-06-12T03:03:02Z Гетерогенное кластерообразование в сверхзвуковой аргон–криптоновой струе по данным катодолюминесценции в ВУФ области спектра Доронин, Ю.С. Бондаренко, Е.А. Самоваров, В.Н. Низкоразмерные и неупорядоченные системы Методом люминесценции исследованы процессы кластерообразования в сверхзвуковой аргон-криптоновой струе при малых концентрациях примесного криптона вплоть до 1⋅10–3 %. Впервые методом ВУФ люминесценции в сверхзвуковых криогенных струях диагностировалась картина гетерогенного зародышеобразования начиная с самых ранних ее стадий. Основное внимание уделено поведению полос излучения, принадлежащих нейтральным эксимерам Ar₂*, Kr₂* и заряженным (Ar₄⁺)* , ( Kr₄⁺)* гомоатомным комплексам, а также гетероатомным эксиплексам (Ar/Kr)* . На первом этапе гетерогенной нуклеации зародышами могут являться атомы (димеры) криптона. Начиная с концентрации криптона в газовой смеси 0,02% и больше в кластере формируется многоатомный криптоновый кор. При ионизации таких кластеров ион располагается в криптоновом коре и его электрическое поле оказывает существенное влияние на параметры полосы излучения молекулы Ar/Kr, находящейся на аргон/криптоновой границе. Результаты работы демонстрируют высокую эффективность ВУФ спектроскопии для изучения процессов гетероатомного кластерообразования в сверхзвуковых струях. Методом люмінесценції досліджено процеси кластероутворення у надзвуковому аргонкриптоновому струмені при малих концентраціях домішкового криптону до 1⋅10–3 % включно. Вперше методом ВУФ люмінесценції у надзвукових кріогенних струменях діагностувалася картина гетерогенної нуклеації починаючи з найперших її стадій. Основну увагу приділено поведінці смуг випромінювання, що належать нейтральним ексимерам Ar₂*, Kr₂* та зарядженим(Ar₄⁺)* , ( Kr₄⁺)* гомоатомним комплексам, а також гетероатомним ексиплексам (Ar/Kr)*. На першому етапі гетерогенної нуклеації зародками можуть бути атоми (дімери) криптону. Починаючи з концентрації криптону в газовій суміші 0,02% і більше у кластері формується багатоатомний криптоновий кор. При іонізації таких кластерів іон розташовується у криптоновому корі і його електричне поле справляє істотний вплив на параметри смуги випромінювання молекули Ar/Kr, що перебуває на аргон/криптоновій границі. Результати роботи демонструють високу ефективність ВУФ спектроскопії для вивчення процесів гетероатомного кластероутворення у надзвукових струменях. The processes of cluster formation in a supersonic argon–krypton jet at low concentrations of impurity krypton down to 1·10–3% are studied. The spectroscopic method of luminescence of clusters in the vacuum ultraviolet spectral region is used, the clusters being excited by an electron beam. It is shown that the luminescent method makes it possible to diagnose the heterogeneous character of cluster formation at its initial stage. Evidence has been obtained that large mixed clusters with a multiatomic krypton core are formed through coagulation of argon microdrops containing small aggregations of krypton down to one atom. Under ionization of such mixed the ion is in the krypton core. 2006 Article Гетерогенное кластерообразование в сверхзвуковой аргон–криптоновой струе по данным катодолюминесценции в ВУФ области спектра / Ю.С. Доронин, Е.А. Бондаренко, В.Н. Самоваров // Физика низких температур. — 2006. — Т. 32, № 3. — С. 337–342. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 78.60.Hk http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/120147 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Низкоразмерные и неупорядоченные системы Низкоразмерные и неупорядоченные системы |
| spellingShingle |
Низкоразмерные и неупорядоченные системы Низкоразмерные и неупорядоченные системы Доронин, Ю.С. Бондаренко, Е.А. Самоваров, В.Н. Гетерогенное кластерообразование в сверхзвуковой аргон–криптоновой струе по данным катодолюминесценции в ВУФ области спектра Физика низких температур |
| description |
Методом люминесценции исследованы процессы кластерообразования в сверхзвуковой аргон-криптоновой струе при малых концентрациях примесного криптона вплоть до 1⋅10–3 %.
Впервые методом ВУФ люминесценции в сверхзвуковых криогенных струях диагностировалась картина гетерогенного зародышеобразования начиная с самых ранних ее стадий. Основное внимание уделено поведению полос излучения, принадлежащих нейтральным эксимерам
Ar₂*, Kr₂* и заряженным (Ar₄⁺)* , ( Kr₄⁺)* гомоатомным комплексам, а также гетероатомным эксиплексам (Ar/Kr)*
. На первом этапе гетерогенной нуклеации зародышами могут являться
атомы (димеры) криптона. Начиная с концентрации криптона в газовой смеси 0,02% и больше
в кластере формируется многоатомный криптоновый кор. При ионизации таких кластеров ион
располагается в криптоновом коре и его электрическое поле оказывает существенное влияние
на параметры полосы излучения молекулы Ar/Kr, находящейся на аргон/криптоновой границе. Результаты работы демонстрируют высокую эффективность ВУФ спектроскопии для изучения процессов гетероатомного кластерообразования в сверхзвуковых струях. |
| format |
Article |
| author |
Доронин, Ю.С. Бондаренко, Е.А. Самоваров, В.Н. |
| author_facet |
Доронин, Ю.С. Бондаренко, Е.А. Самоваров, В.Н. |
| author_sort |
Доронин, Ю.С. |
| title |
Гетерогенное кластерообразование в сверхзвуковой аргон–криптоновой струе по данным катодолюминесценции в ВУФ области спектра |
| title_short |
Гетерогенное кластерообразование в сверхзвуковой аргон–криптоновой струе по данным катодолюминесценции в ВУФ области спектра |
| title_full |
Гетерогенное кластерообразование в сверхзвуковой аргон–криптоновой струе по данным катодолюминесценции в ВУФ области спектра |
| title_fullStr |
Гетерогенное кластерообразование в сверхзвуковой аргон–криптоновой струе по данным катодолюминесценции в ВУФ области спектра |
| title_full_unstemmed |
Гетерогенное кластерообразование в сверхзвуковой аргон–криптоновой струе по данным катодолюминесценции в ВУФ области спектра |
| title_sort |
гетерогенное кластерообразование в сверхзвуковой аргон–криптоновой струе по данным катодолюминесценции в вуф области спектра |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Низкоразмерные и неупорядоченные системы |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/120147 |
| citation_txt |
Гетерогенное кластерообразование в сверхзвуковой
аргон–криптоновой струе по данным
катодолюминесценции в ВУФ области спектра / Ю.С. Доронин, Е.А. Бондаренко, В.Н. Самоваров // Физика низких температур. — 2006. — Т. 32, № 3. — С. 337–342. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| series |
Физика низких температур |
| work_keys_str_mv |
AT doroninûs geterogennoeklasteroobrazovanievsverhzvukovojargonkriptonovojstruepodannymkatodolûminescenciivvufoblastispektra AT bondarenkoea geterogennoeklasteroobrazovanievsverhzvukovojargonkriptonovojstruepodannymkatodolûminescenciivvufoblastispektra AT samovarovvn geterogennoeklasteroobrazovanievsverhzvukovojargonkriptonovojstruepodannymkatodolûminescenciivvufoblastispektra |
| first_indexed |
2025-07-08T17:19:37Z |
| last_indexed |
2025-07-08T17:19:37Z |
| _version_ |
1837100096047546368 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 3, ñ. 337–342
Ãåòåðîãåííîå êëàñòåðîîáðàçîâàíèå â ñâåðõçâóêîâîé
àðãîí–êðèïòîíîâîé ñòðóå ïî äàííûì
êàòîäîëþìèíåñöåíöèè â ÂÓÔ îáëàñòè ñïåêòðà
Þ.Ñ. Äîðîíèí1, Å.À. Áîíäàðåíêî2, Â.Í. Ñàìîâàðîâ1
1Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåðàòóð èì. Á.È. Âåðêèíà ÍÀÍ Óêðàèíû
ïð. Ëåíèíà, 47, ã. Õàðüêîâ 61103, Óêðàèíà
E-mail: doronin@ilt.kharkov.ua
2Õàðüêîâñêèé íàöèîíàëüíûé ýêîíîìè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, êàôåäðà ôèçèêè è ýëåêòðîíèêè
ïð. Ëåíèíà, 9-à, ã. Õàðüêîâ, 61100, Óêðàèíà
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 4 îêòÿáðÿ 2005 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 7 íîÿáðÿ 2005 ã.
Ìåòîäîì ëþìèíåñöåíöèè èññëåäîâàíû ïðîöåññû êëàñòåðîîáðàçîâàíèÿ â ñâåðõçâóêîâîé àð-
ãîí-êðèïòîíîâîé ñòðóå ïðè ìàëûõ êîíöåíòðàöèÿõ ïðèìåñíîãî êðèïòîíà âïëîòü äî 1�10–3 %.
Âïåðâûå ìåòîäîì ÂÓÔ ëþìèíåñöåíöèè â ñâåðõçâóêîâûõ êðèîãåííûõ ñòðóÿõ äèàãíîñòèðîâà-
ëàñü êàðòèíà ãåòåðîãåííîãî çàðîäûøåîáðàçîâàíèÿ íà÷èíàÿ ñ ñàìûõ ðàííèõ åå ñòàäèé. Îñíîâ-
íîå âíèìàíèå óäåëåíî ïîâåäåíèþ ïîëîñ èçëó÷åíèÿ, ïðèíàäëåæàùèõ íåéòðàëüíûì ýêñèìåðàì
Ar2*, Kr2* è çàðÿæåííûì ( )*Ar4
� , ( )*Kr4
� ãîìîàòîìíûì êîìïëåêñàì, à òàêæå ãåòåðîàòîìíûì ýêñè-
ïëåêñàì (Ar/Kr)*. Íà ïåðâîì ýòàïå ãåòåðîãåííîé íóêëåàöèè çàðîäûøàìè ìîãóò ÿâëÿòüñÿ
àòîìû (äèìåðû) êðèïòîíà. Íà÷èíàÿ ñ êîíöåíòðàöèè êðèïòîíà â ãàçîâîé ñìåñè 0,02% è áîëüøå
â êëàñòåðå ôîðìèðóåòñÿ ìíîãîàòîìíûé êðèïòîíîâûé êîð. Ïðè èîíèçàöèè òàêèõ êëàñòåðîâ èîí
ðàñïîëàãàåòñÿ â êðèïòîíîâîì êîðå è åãî ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå îêàçûâàåò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå
íà ïàðàìåòðû ïîëîñû èçëó÷åíèÿ ìîëåêóëû Ar/Kr, íàõîäÿùåéñÿ íà àðãîí/êðèïòîíîâîé ãðàíè-
öå. Ðåçóëüòàòû ðàáîòû äåìîíñòðèðóþò âûñîêóþ ýôôåêòèâíîñòü ÂÓÔ ñïåêòðîñêîïèè äëÿ èçó-
÷åíèÿ ïðîöåññîâ ãåòåðîàòîìíîãî êëàñòåðîîáðàçîâàíèÿ â ñâåðõçâóêîâûõ ñòðóÿõ.
Ìåòîäîì ëþì³íåñöåíö³¿ äîñë³äæåíî ïðîöåñè êëàñòåðîóòâîðåííÿ ó íàäçâóêîâîìó àðãîí-
êðèïòîíîâîìó ñòðóìåí³ ïðè ìàëèõ êîíöåíòðàö³ÿõ äîì³øêîâîãî êðèïòîíó äî 1�10–3 % âêëþ÷íî.
Âïåðøå ìåòîäîì ÂÓÔ ëþì³íåñöåíö³¿ ó íàäçâóêîâèõ êð³îãåííèõ ñòðóìåíÿõ ä³àãíîñòóâàëàñÿ
êàðòèíà ãåòåðîãåííî¿ íóêëåàö³¿ ïî÷èíàþ÷è ç íàéïåðøèõ ¿¿ ñòàä³é. Îñíîâíó óâàãó ïðèä³ëåíî ïî-
âåä³íö³ ñìóã âèïðîì³íþâàííÿ, ùî íàëåæàòü íåéòðàëüíèì åêñèìåðàì Ar2*, Kr2* òà çàðÿäæåíèì
(Ar4
�)*, (Kr4
�)* ãîìîàòîìíèì êîìïëåêñàì, à òàêîæ ãåòåðîàòîìíèì åêñèïëåêñàì (Ar/Kr)*. Íà
ïåðøîìó åòàï³ ãåòåðîãåííî¿ íóêëåàö³¿ çàðîäêàìè ìîæóòü áóòè àòîìè (ä³ìåðè) êðèïòîíó. Ïî÷è-
íàþ÷è ç êîíöåíòðàö³¿ êðèïòîíó â ãàçîâ³é ñóì³ø³ 0,02% ³ á³ëüøå ó êëàñòåð³ ôîðìóºòüñÿ áàãàòî-
àòîìíèé êðèïòîíîâèé êîð. Ïðè ³îí³çàö³¿ òàêèõ êëàñòåð³â ³îí ðîçòàøîâóºòüñÿ ó êðèïòîíîâîìó
êîð³ ³ éîãî åëåêòðè÷íå ïîëå ñïðàâëÿº ³ñòîòíèé âïëèâ íà ïàðàìåòðè ñìóãè âèïðîì³íþâàííÿ ìî-
ëåêóëè Ar/Kr, ùî ïåðåáóâຠíà àðãîí/êðèïòîíîâ³é ãðàíèö³. Ðåçóëüòàòè ðîáîòè äåìîíñòðóþòü
âèñîêó åôåêòèâí³ñòü ÂÓÔ ñïåêòðîñêîﳿ äëÿ âèâ÷åííÿ ïðîöåñ³â ãåòåðîàòîìíîãî êëàñòåðîóòâî-
ðåííÿ ó íàäçâóêîâèõ ñòðóìåíÿõ.
PACS: 78.60.Hk
Êëþ÷åâûå ñëîâà: êëàñòåð, ãåòåðîãåííîå êëàñòåðîîáðàçîâàíèå, êàòîäîëþìèíåñöåíöèÿ
Ââåäåíèå
 ñâåðõçâóêîâûõ ãàçîâûõ ñòðóÿõ, ñâîáîäíî ðàñ-
øèðÿþùèõñÿ â âàêóóì, ðåàëèçóþòñÿ çíà÷èòåëüíûå
ñòåïåíè ïåðåñûùåíèÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê êîíäåíñàöèè
ãàçà â æèäêèå êàïëè ñ ïîñëåäóþùèì îáðàçîâàíèåì
òâåðäîòåëüíûõ êëàñòåðîâ [1]. Ãåòåðîàòîìíûå êëà-
© ,Þ.Ñ. Äîðîíèí, Å.À. Áîíäàðåíêî, Â.Í. Ñàìîâàðîâ, 2006
ñòåðû íà îñíîâå ñìåñè èíåðòíûõ ãàçîâ èññëåäîâàíû
â ýòèõ óñëîâèÿõ â çíà÷èòåëüíî ìåíüøåé ñòåïåíè,
÷åì ãîìîàòîìíûå êëàñòåðû. Ñóùåñòâóþò äâà îñíîâ-
íûõ ñïîñîáà ïîëó÷åíèÿ â ãàçîâûõ ñòðóÿõ ñâîáîäíûõ
êëàñòåðîâ èç äâóõ è áîëåå èíåðòíûõ ýëåìåíòîâ. Â
ìåòîäå, îïèñàííîì â [2], íà ãîìîàòîìíûå êëàñòåðû
îäíîãî ãàçà íà îïðåäåëåííîì ðàññòîÿíèè îò ñîïëà
êîíäåíñèðóþò äðóãîé èíåðòíûé ãàç. Ïîäîáíûì îá-
ðàçîì ìîæíî ïîëó÷àòü ìíîãîñëîéíûå êëàñòåðû, ñî-
ñòîÿùèå èç íåñêîëüêèõ ñëîåâ îòâåðäåâøèõ ãàçîâ. Â
äðóãîì ìåòîäå ñâîáîäíûå ãåòåðîàòîìíûå êëàñòåðû
ôîðìèðóþòñÿ ïðè èñòå÷åíèè â âàêóóì ñâåðõçâóêî-
âîé ñòðóè èç ïðåäâàðèòåëüíî ïðèãîòîâëåííîé ñìåñè
èíåðòíûõ ãàçîâ [3–5]. Âòîðîé ñïîñîá â íàèáîëåå
«÷èñòîì» âèäå ìîæåò îòðàæàòü ôóíäàìåíòàëüíûå
îñîáåííîñòè ãåòåðîãåííûõ ïðîöåññîâ êëàñòåðîîáðà-
çîâàíèÿ.
Çàäà÷à íàñòîÿùåé ðàáîòû ñîñòîÿëà â òîì, ÷òîáû
äëÿ êðàéíå íèçêèõ êîíöåíòðàöèé ïðèìåñíîãî êðèï-
òîíà âïëîòü äî 10–3% ìåòîäîì êàòîäîëþìèíåñöåí-
öèè èññëåäîâàòü çàðîäûøåîáðàçîâàíèå êëàñòåðîâ â
ñâåðõçâóêîâîé ñòðóå èç ñìåñè àðãîíà ñ êðèïòîíîì.
Ñðåäíèé ðàçìåð êëàñòåðîâ ñîñòàâëÿë 150–200 àòî-
ìîâ/êëàñòåð, à èõ äèàìåòð áûë áëèçîê ê 15 �. Îï-
òè÷åñêàÿ ñïåêòðîñêîïèÿ îáëàäàåò âûñîêîé ÷óâñò-
âèòåëüíîñòüþ ê ìàëîìó ñîäåðæàíèþ ïðèìåñíûõ
àòîìîâ â êëàñòåðàõ, è ïîýòîìó ïîçâîëÿåò èññëå-
äîâàòü çàðîäûøåîáðàçîâàíèå íà ñàìûõ ðàííèõ ñòà-
äèÿõ, êîãäà ïðîèñõîäèò ôîðìèðîâàíèå ïåðâîé
êîîðäèíàöèîííîé ñôåðû. Îòäåëüíûé èíòåðåñ
ïðåäñòàâëÿë ìàëîèçó÷åííûé âîïðîñ î ñïåêòðàõ
ÂÓÔ èçëó÷åíèÿ íåéòðàëüíûõ è çàðÿæåííûõ ýêñè-
ìåðíûõ ìîëåêóë â òàêèõ ñìåøàííûõ êëàñòåðàõ.
Ìåòîäèêà ýêñïåðèìåíòà
Ñâîáîäíûå êëàñòåðû Ar/Kr ôîðìèðîâàëèñü
ïðè èñòå÷åíèè ñìåñè ýòèõ ãàçîâ ñ íà÷àëüíîé òåìïå-
ðàòóðîé 250 Ê â âàêóóì ÷åðåç êîíè÷åñêîå ñâåðõçâó-
êîâîå ñîïëî ñ äèàìåòðîì êðèòè÷åñêîãî ñå÷åíèÿ
0,34 ìì, äëèíîé äèôôóçîðà 11 ìì, óãëîì êîíóñíî-
ñòè 8,6� è îòíîøåíèåì ïëîùàäåé âûõîäíîãî ñå÷å-
íèÿ ê êðèòè÷åñêîìó 36,7. Ïðè ýòèõ ïàðàìåòðàõ ñî-
ïëà ñêîðîñòü íàïðàâëåííîãî äâèæåíèÿ ãàçà
ïðåâîñõîäèëà ìåñòíóþ ñêîðîñòü çâóêà â âûõîäíîì
ñå÷åíèè â 8 ðàç. Äàâëåíèå ñìåñè íà âõîäå â ñîïëî
ñîñòàâëÿëî 0,1 ÌÏà, ïðè ýòîì êîíöåíòðàöèÿ êðèï-
òîíà Ñ â èñõîäíîé ñìåñè âàðüèðîâàëàñü îò 10–3 %
äî 1 %. Ýòîò èíòåðâàë áûë âûáðàí, ÷òîáû èññëåäî-
âàòü âëèÿíèå ìàëûõ êîíöåíòðàöèé ïðèìåñíîãî
êðèïòîíà íà ïðîöåññû êëàñòåðîîáðàçîâàíèÿ è íà
ôîðìèðîâàíèå è ðåëàêñàöèþ ýëåêòðîííûõ âîçáóæ-
äåíèé â êëàñòåðàõ. Ðàçìåðû êëàñòåðîâ îïðåäåëÿëè
ñ ïîìîùüþ ãðàäóèðîâî÷íûõ çàâèñèìîñòåé ñðåäíåãî
÷èñëà àòîìîâ â êëàñòåðå ÷èñòîãî àðãîíà îò ïàðàìåò-
ðîâ èñòå÷åíèÿ. Ýòè çàâèñèìîñòè ïîëó÷åíû ìåòîäîì
äèôðàêöèè ýëåêòðîíîâ â ðàáîòàõ [4–6]. Ó÷èòûâàÿ
ìàëûå êîíöåíòðàöèè êðèïòîíà, ìîæíî ïîëàãàòü,
÷òî ñðåäíèå ðàçìåðû ñìåøàííûõ êëàñòåðîâ íå
ñèëüíî îòëè÷àëèñü îò òàêîâûõ äëÿ ÷èñòîãî àðãîíà
(150–200 àòîìîâ/êëàñòåð). Äëÿ îòêà÷êè ñòðóè èñ-
ïîëüçîâàí êðèîãåííûé âîäîðîäíûé íàñîñ.
Êëàñòåðû âîçáóæäàëèñü ýëåêòðîííûì ïó÷êîì ñ
ýíåðãèåé E = 1 êýÂ, íà ðàññòîÿíèè 20 ìì îò âûõîä-
íîãî ñå÷åíèÿ ñîïëà, ãäå ñðåäíèé ðàçìåð è òåìïåðà-
òóðà êëàñòåðîâ (30–40 Ê) ïðàêòè÷åñêè íå ìåíÿþò-
ñÿ. Ðåãèñòðàöèþ ñïåêòðîâ êàòîäîëþìèíåñöåíöèè
â îáëàñòè ýíåðãèé ÂÓÔ ôîòîíîâ 7–11 ýÂ
(180–112 íì) ïðîâîäèëè ñ èñïîëüçîâàíèåì ìîíî-
õðîìàòîðà è ñîëíå÷íî-ñëåïîãî ÔÝÓ–142.  ýòîé
îáëàñòè ðàñïîëîæåíû õîðîøî èçâåñòíûå ïîëîñû
èçëó÷åíèÿ íåéòðàëüíûõ ýêñèìåðîâ Ar2* è Kr2*, çàðÿ-
æåííûõ êîìïëåêñîâ òèïà (Ar4
� )*, (Kr4
� )*, à òàêæå
ãåòåðîàòîìíûõ ìîëåêóë Ar Kr/ * [7,9]. Èñïîëüçóÿ
äåéòåðèåâóþ ëàìïó, ìû ïðîâåëè äîïîëíèòåëüíûå
èññëåäîâàíèÿ äëÿ äîêàçàòåëüñòâà îòíåñåíèÿ ïîëî-
ñû ñ ìàêñèìóìîì 7,7 ýÂ (159 íì) ê çàðÿæåííûì
êîìïëåêñàì êðèïòîíà (Kr4
� )*. Ïðè âîçáóæäåíèè
÷èñòûõ êëàñòåðîâ êðèïòîíà ôîòîíàìè ñ ýíåðãèåé
íèæå ïîòåíöèàëà èîíèçàöèè êëàñòåðîâ (11,8 ýÂ)
ïîëîñà 7,7 ý (159 íì) íå îáíàðóæåíà, îäíàêî ÷åò-
êî íàáëþäàëàñü ïîëîñà 8,3 ýÂ (148 íì) íåéòðàëü-
íîãî ýêñèìåðà Kr2*. Ñêàçàííîå èëëþñòðèðóåò ðèñ.1.
Âèäíî, ÷òî ïðè êàòîäîâîçáóæäåíèè êëàñòåðîâ
êðèïòîíà îäíîâðåìåííî íàáëþäàþòñÿ ïîëîñû Kr2* è
(Kr4
� )*, íî ïðè ôîòîâîçáóæäåíèè ïîëîñà (Kr4
� )*
îòñóòñòâóåò. Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò, ÷òî äëÿ ôîðìè-
ðîâàíèÿ ïîëîñû 7,7 ýÂ íåîáõîäèìî ïðèñóòñòâèå â
êëàñòåðå èîíà. Âñå ñïåêòðû çàïèñàíû â îäèíàêî-
âûõ óñëîâèÿõ âîçáóæäåíèÿ è ðåãèñòðàöèè, ÷òî
338 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 3
Þ.Ñ. Äîðîíèí, Å.À. Áîíäàðåíêî, Â.Í. Ñàìîâàðîâ
7,0 7,4 7,8 8,2 8,6 9,0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0 (Kr )4
+ * (Kr )2
*
21
Ýíåðãèÿ, ýÂ
È
í
òå
í
ñè
âí
î
ñò
ü,
î
òí
. å
ä
.
Ðèñ.1. Ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ ÷èñòûõ êëàñòåðîâ êðèïòîíà
ïðè âîçáóæäåíèè ýëåêòðîíàìè ñ ýíåðãèåé 1 êýÂ (1) è
ôîòîâîçáóæäåíèè ôîòîíàìè ñ ýíåðãèåé ìåíåå 10 ýÂ (2).
ïîçâîëèëî ïðîâîäèòü èõ êîëè÷åñòâåííîå ñðàâíåíèå
ïðè èçìåíåíèè êîíöåíòðàöèè êðèïòîíà.
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû è èõ
îáñóæäåíèå
Íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâëåíû ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ êëà-
ñòåðîâ àðãîí/êðèïòîí äëÿ ÷åòûðåõ êîíöåíòðàöèé
êðèïòîíà â èñõîäíîé ãàçîâîé ñìåñè íà÷èíàÿ ñ ïðå-
äåëüíî íèçêîé 1�10–3 %. Òàì æå óêàçàíû òèïû èçëó-
÷àþùèõ öåíòðîâ. Îòíåñåíèå ïîëîñû M* ê îïðåäå-
ëåííîìó öåíòðó áóäåò îáñóæäàòüñÿ íèæå. Íà ðèñ. 3
â îòíîñèòåëüíûõ åäèíèöàõ ïîêàçàíà êîíöåíòðàöè-
îííàÿ çàâèñèìîñòü òóøåíèÿ ìîëåêóëû Ar2* (ïîëîñà ñ
ìàêñèìóìîì 9,76 ýÂ). Íà ðèñ. 4 ïðèâåäåíà êîíöåí-
òðàöèîííàÿ çàâèñèìîñòü ïîëîæåíèÿ ìàêñèìóìà ïî-
ëîñû èçëó÷åíèÿ M*, äëÿ êîòîðîé ïî ñðàâíåíèþ ñ
äðóãèìè ïîëîñàìè íàáëþäàåòñÿ ñèëüíûé ñäâèã â êî-
ðîòêîâîëíîâóþ îáëàñòü ñïåêòðà ïðè èçìåíåíèè êîí-
öåíòðàöèè êðèïòîíà.
Ðÿä îñîáåííîñòåé â ïðåäñòàâëåííûõ ðåçóëüòàòàõ,
íåñîìíåííî, èíòåðåñåí. Âî-ïåðâûõ, êàê âèäíî íà
ðèñ. 2, äàæå ïðè êîíöåíòðàöèè êðèïòîíà â ãàçîâîé
ñìåñè 10–3 %, êîãäà îäèí àòîì êðèïòîíà ïðèõîäèòñÿ
íà 105 àòîìîâ àðãîíà, îò÷åòëèâî íàáëþäàåòñÿ äîñòà-
òî÷íî ñèëüíàÿ ïîëîñà Kr2* (8,3 ýÂ). Ïðè êîíöåíòðà-
öèè 5�10–3 % åå èíòåíñèâíîñòü ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî
30% îò ïîëîñû èçëó÷åíèÿ Ar2*. Ïðè óâåëè÷åíèè êîí-
öåíòðàöèè êðèïòîíà âñåãî ëèøü äî 0,02% íàðÿäó ñ
ïîëîñîé Kr2* óæå îò÷åòëèâî âèäíà ïîëîñà çàðÿæåí-
íûõ êîìïëåêñîâ (Kr4
� )* ñ ìàêñèìóìîì 7,7 ýÂ, êîòî-
ðàÿ õàðàêòåðíà (ñì. ðèñ. 1) äëÿ èçëó÷åíèÿ ýòîé
ìîëåêóëû â ñîáñòâåííîé ìàòðèöå. Âî-âòîðûõ, îáðà-
ùàåò íà ñåáÿ âíèìàíèå ýêñïîíåíöèàëüíî ðåçêèé,
ïðàêòè÷åñêè ïîðîãîâûé, õàðàêòåð òóøåíèÿ ïîëîñû
Ar2* îò êîíöåíòðàöèè êðèïòîíà (ñì. ðèñ. 3). Îäíî-
âðåìåííî ïîðîãîâûì îáðàçîì ïðîèñõîäèò êîíöåí-
òðàöèîííîå ñìåùåíèå ïîëîñû M* (ñì. ðèñ. 4.)
Âñå ðàññìîòðåííûå îñîáåííîñòè, íàñêîëüêî íàì
èçâåñòíî ïî ëèòåðàòóðíûì äàííûì, â ñïåêòðàõ èç-
ëó÷åíèÿ ñìåøàííûõ êëàñòåðîâ íàáëþäàþòñÿ íàìè
âïåðâûå.
Ïðåæäå âñåãî ñëåäóåò ïîíÿòü, êàêèì îáðàçîì ïðè
ñòîëü ìàëûõ êîíöåíòðàöèÿõ êðèïòîíà ïðîèñõîäèò
ðåçêîå òóøåíèå ìîëåêóëÿðíûõ öåíòðîâ àðãîíà è
ôîðìèðîâàíèå ìîëåêóëÿðíûõ öåíòðîâ êðèïòîíà.
Äåëî â òîì, ÷òî äëÿ ýôôåêòèâíîãî òóøåíèÿ íåîáõî-
Ãåòåðîãåííîå êëàñòåðîîáðàçîâàíèå â ñâåðõçâóêîâîé ñòðóå
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 3 339
Kr/Ar
0,001 %
a
Kr2
*
Kr2
*
Kr2
*
Kr2
*
M*
M*
M*
M*
Ar2
*
Ar2
*
Ar2
*
Ar2
*
7
7 7
78
8 8
89
9 9
910
10 10
1011
11 11
11
E, ýÂ
0
40
80
120
160
200
È
í
òå
í
ñè
âí
î
ñò
ü,
î
òí
. å
ä
.
0
40
80
120
160
200
E, ýÂ
Kr/Ar
0,02 %
È
í
òå
í
ñè
âí
î
ñò
ü,
î
òí
. å
ä
.
â
(Kr )4
+ *
(Kr )4
+ *
Kr/Ar
0,005 %
á
E, ýÂ
0
40
80
120
160
200
È
í
òå
í
ñè
âí
î
ñò
ü,
î
òí
. å
ä
. Kr/Ar
0,1 %
E, ýÂ
0
40
80
120
160
200
È
í
òå
í
ñè
âí
î
ñò
ü,
î
òí
. å
ä
.
ã
Ðèñ. 2. Ñïåêòðû ñâå÷åíèÿ ñìåøàííûõ Ar–Kr êëàñòåðîâ ïðè ðàçíûõ êîíöåíòðàöèÿõ ïðèìåñíîãî Kr â êîíäåíñèðóþùåé-
ñÿ ãàçîâîé ñìåñè. Óêàçàíû ìîëåêóëÿðíûå öåíòðû ñâå÷åíèÿ. Òî÷êè îáîçíà÷àþò óñðåäíåííûå äàííûå ïî ðÿäó èçìåðå-
íèé, ïóíêòèð – ðàçëîæåíèå ñïåêòðà íà ãàóññîâû ñîñòàâëÿþùèå, ñïëîøíàÿ ëèíèÿ —ñóììà êîìïîíåíò ðàçëîæåíèÿ.
äèìî, ÷òîáû â êàæäîì êëàñòåðå àðãîíà íàõîäèëèñü
àòîìû êðèïòîíà. Âìåñòå ñ òåì, êàê áûëî óêàçàíî
âûøå, èñïîëüçóåìûå íàìè êîíöåíòðàöèè êðèïòîíà
ñòîëü ìàëû, ÷òî â ðàìêàõ ãîìîãåííîãî çàðîäûøåîá-
ðàçîâàíèÿ êëàñòåðîâ àðãîíà âåðîÿòíîñòü ïðèñóòñò-
âèÿ êðèïòîíà â êàæäîì êëàñòåðå î÷åíü ìàëà: â ñëó-
÷àå 1�10–3 % îäèí àòîì êðèïòîíà ïðèõîäèòñÿ íà 500
êëàñòåðîâ àðãîíà, à ïðè 5�10–3 % íà 100 êëàñòåðîâ,
÷òî, êîíå÷íî, íå ìîæåò îáúÿñíèòü íàáëþäàåìóþ ýô-
ôåêòèâíîñòü òóøåíèÿ. Ïîëó÷åííûå íàìè ðåçóëüòà-
òû ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî íåçàâèñèìîå îáðàçî-
âàíèå ÷èñòûõ êëàñòåðîâ àðãîíà è êðèïòîíà äàæå ïðè
êðàéíå íèçêèõ êîíöåíòðàöèÿõ êðèïòîíà íå èìååò
ìåñòà. Íàáëþäàåìàÿ êàðòèíà ìîæåò áûòü îáúÿñíåíà
â ðàìêàõ ãåòåðîãåííîãî çàðîäûøåîáðàçîâàíèÿ, êî-
ãäà íà÷àëüíûé ðîñò êëàñòåðîâ àðãîíà ñòèìóëèðóåò-
ñÿ ìàëûìè àãðåãàöèÿìè àòîìîâ êðèïòîíà âïëîòü äî
îäíîãî àòîìà. Êîàãóëÿöèÿ òàêèõ ãåòåðîàòîìíûõ çà-
ðîäûøåé ïðèâîäèò ê áîëüøèì êëàñòåðàì àðãîíà, â
êîòîðûõ êðèïòîí óæå ÿâëÿåòñÿ êîðîì (ýòó ñèòóà-
öèþ áîëåå ïîäðîáíî îáñóäèì íèæå).
Èìåííî â ýòîì ñëó÷àå îòêðûâàåòñÿ î÷åíü ýôôåê-
òèâíûé êàíàë òóøåíèÿ âîçáóæäåííîé îáîëî÷êè àð-
ãîíà. Ýëåêòðîí-äûðî÷íûå ïàðû, ñîçäàâàåìûå íàëå-
òàþùèìè ýëåêòðîíàìè â àðãîíîâîé îáîëî÷êå, èìåþò
ýíåðãèþ, áëèçêóþ ê âåëè÷èíå çàïðåùåííîé ùåëè
(Eg � 16 ýÂ), è ìîãóò ýôôåêòèâíî îòäàâàòü ñâîþ
ýíåðãèþ íà èîíèçàöèþ êîðà (11,8 ýÂ). Îòìåòèì, ÷òî
â òâåðäîì àðãîíå ýêñèòîí ñ êâàíòîâûì ÷èñëîì n � 3,
ïî ñâîåìó óðîâíþ ïðèìûêàþùèé ê âåðøèíå çîíû
ïðîâîäèìîñòè, èìååò ðàäèóñ îêîëî 20 �, ïðåâûøàþ-
ùèé ðàäèóñ êëàñòåðà, ÷òî îïðåäåëÿåò âûñîêóþ âå-
ðîÿòíîñòü èîíèçàöèè êîðà ñ âûõîäîì ýëåêòðîíà çà
ïðåäåëû êëàñòåðà. Ýòîò êàíàë òóøåíèÿ áëîêèðóåò
ïîÿâëåíèå íåéòðàëüíûõ ýêñèìåðîâ Ar2*, îáðàçóþ-
ùèõñÿ â ðåçóëüòàòå ðåêîìáèíàöèîííîé ðåëàêñàöèè
ýëåêòðîí-äûðî÷íûõ ïàð. Âïðî÷åì, äàæå êîíå÷íàÿ
âåðîÿòíîñòü ïîÿâëåíèÿ ýêñèìåðîâ Ar2* áóäåò ñîïðî-
âîæäàòüñÿ èõ òóøåíèåì çà ñ÷åò ïåðåäà÷è ýíåðãèè íà
áîëåå íèçêîëåæàùèå óðîâíè êðèïòîíà, ÷òî ÿâëÿåòñÿ
õîðîøî èçâåñòíûì ïðîöåññîì Ôåðñòåðà–Äåêñòåðà â
ïðèìåñíûõ êðèîêðèñòàëëàõ. Êàê âèäíî íà ðèñ. 3,
ïðè êîíöåíòðàöèè êðèïòîíà 0,1% ïðîèñõîäèò ïîë-
íîå òóøåíèå àðãîíîâûõ öåíòðîâ, ÷òî ãîâîðèò î ïî÷-
òè ïîëíîì îòñóòñòâèè â ñòðóå ÷èñòûõ êëàñòåðîâ àð-
ãîíà.
Íàðÿäó ñ èíòåíñèâíûì ñâå÷åíèåì íåéòðàëüíîãî
ýêñèìåðà êðèïòîíà ïðè ïðèìåñíûõ êîíöåíòðàöèÿõ
0,02 % è âûøå ìû íàáëþäàåì (ñì. ðèñ. 2) ñâå÷åíèå
çàðÿæåííîãî êîìïëåêñà (Kr4
� )*. Ïîëîæåíèå ýòîé ïî-
ëîñû (7,7 ýÂ) ñîâïàäàåò ñ ïîëîæåíèåì àíàëîãè÷íîé
ïîëîñû â ÷èñòûõ êëàñòåðàõ êðèïòîíà (ñì. ðèñ.1), ò.å.
äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà çàðÿæåííûé êîìïëåêñ îêðóæåí
çàñòðîåííîé îáîëî÷êîé êðèïòîíà. Ïîýòîìó ìîæíî
ãîâîðèòü, ÷òî ïðè óêàçàííûõ êîíöåíòðàöèÿõ êðèïòî-
íîâûé êîð â ñìåøàííîì êëàñòåðå ÿâëÿåòñÿ ìíîãî-
àòîìíûì, à â ðåçóëüòàòå èîíèçàöèè êëàñòåðà ïîëî-
æèòåëüíûé èîí ðàñïîëàãàåòñÿ èìåííî â êðèïòîíîâîì
êîðå.
Äëÿ èíåðòíûõ ãàçîâ ñòðóêòóðó çàðÿæåííîãî êîì-
ïëåêñà íåðåäêî ïðåäñòàâëÿþò â âèäå íåéòðàëüíîãî ýê-
ñèìåðà R2
*, íàõîäÿùåãîñÿ â ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå èîíà
R2
* [7]. Ïîëîæåíèå ïîëîñû èçëó÷åíèÿ êîìïëåêñà
E [( ) ]*R 4
+ îòíîñèòåëüíî ïîëîæåíèÿ ïîëîñû E [( )]R2
*
èìååò êðàñíûé ñäâèã, E [( ) ]*R 4
+
� E E[( )]*R2 � � ,
ïðè÷åì âåëè÷èíà ñäâèãà �E /r� 1 4 çàâèñèò îò ðàñ-
ñòîÿíèÿ r ìåæäó èîíîì è ýêñèìåðîì. Ñ èçìåíåíèåì r,
340 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 3
Þ.Ñ. Äîðîíèí, Å.À. Áîíäàðåíêî, Â.Í. Ñàìîâàðîâ
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
20
40
60
80
100
Êëàñòåð Ar–Kr
Ar (9,7 ýÂ)*
2
È
í
òå
í
ñè
âí
î
ñò
ü,
î
òí
. å
ä
.
Êîíöåíòðàöèÿ êðèïòîíà â ãàçîâîé ñìåñè, %
Ðèñ. 3. Òóøåíèå ýêñèìåðíîé ìîëåêóëû Ar2* â ñìåøàííîì
Ar–Kr êëàñòåðå â çàâèñèìîñòè îò êîíöåíòðàöèè ïðèìåñ-
íîãî Kr â ãàçîâîé ñìåñè.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
9,04
9,08
9,12
9,16
9,20
Êîíöåíòðàöèÿ êðèïòîíà â ãàçîâîé ñìåñè, %
Ìîëåêóëà â êëàñòåðå
ñ ìàëûì ñîäåðæàíèåì Kr
(Ar )4
+ *
Ìîëåêóëà (ArKr) â ýëåêòðè÷åñêîì
ïîëå çàðÿæåííîãî Kr-êîðà
*
Ï
î
ëî
æ
å
í
è
å
Ì
-ï
î
ëî
ñû
, ý
Â
*
(Ar–Kr)* â íóëåâîì ïîëå
òåîðåòè÷åñêàÿ çàâèñèìîñòü
Ðèñ. 4. Êîíöåíòðàöèîííûé ñäâèã M-ïîëîñû ñâå÷åíèÿ â
ñìåøàííîì Ar–Kr êëàñòåðå. � — èçëó÷åíèå çàðÿäîâîãî
êîìïëåêñà (Ar4
�)*, � — èçëó÷åíèå ìîëåêóëû (ArKr)* â
ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå èîííîãî êðèïòîíîâîãî êîðà (îáñóæ-
äåíèå ñì. â òåêñòå).
ò.å. ñ èçìåíåíèåì âåëè÷èíû ëîêàëüíîãî ýëåêòðè-
÷åñêîãî ïîëÿ, âëèÿþùåãî íà ïîëÿðèçóåìîñòü äèìåðà
R2
*, ïðîèñõîäèò ýíåðãåòè÷åñêèé ñäâèã ïîëîñû R2
*. Îò-
ìåòèì, ÷òî íà ðàññòîÿíèÿõ, ñîîòâåòñòâóþùèõ ñîñåä-
íèì óçëàì ðåøåòêè â àðãîíå (7,1 �) èëè â êðèïòîíå
(7,5 �), ýòîò ñäâèã èìååò âåëè÷èíó îêîëî 0,7 è 0,6 ýÂ
ñîîòâåòñòâåííî (ñì., íàïðèìåð, ðèñ.1). Èç-çà ìàëûõ
ðàçìåðîâ êëàñòåðîâ è, êàê ñëåäñòâèå, âûñîêîé âåðîÿò-
íîñòè èõ èîíèçàöèè ìíîãîàòîìíûå çàðÿæåííûå êîì-
ïëåêñû íàèáîëåå ëåãêî íàáëþäàòü â êëàñòåðíûõ ïó÷-
êàõ. Òåì íå ìåíåå, êàê ïîêàçàíî â ðàáîòå [8],
ïîäîáíîãî ðîäà çàðÿæåííûå êîìïëåêñû ïðè îïðåäå-
ëåííûõ óñëîâèÿõ íàáëþäàþòñÿ â îáúåìíûõ êðèîñïëà-
âàõ íà îñíîâå èíåðòíûõ ãàçîâ.
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ óñëîâèé âîçíèêíîâåíèÿ çàðÿ-
æåííûõ êîìïëåêñîâ ìîæíî ïðîàíàëèçèðîâàòü ïîêà-
çàííûé íà ðèñ. 4 ðåçêèé ñäâèã ïîëîñû M*, êîððåëè-
ðóþùèé ñ êîíöåíòðàöèîííûì òóøåíèåì ýêñèìåðîâ
àðãîíà. Ïðè êîíöåíòðàöèÿõ êðèïòîíà 0,001% è
0,005% (ñì. ðèñ. 4) ïîëîæåíèå ìàêñèìóìà ýòîé ïî-
ëîñû 9,05–9,07 ý [7] ñîîòâåòñòâóåò ñâå÷åíèþ çàðÿ-
æåííîãî êîìïëåêñà ( )*Ar4
� . Ìîæíî ïîëàãàòü, ÷òî
ïðè ñòîëü ìàëûõ êîíöåíòðàöèÿõ, êîãäà êðèïòîíî-
âûé êîð îòñóòñòâóåò, ïðîèñõîäèò èîíèçàöèÿ àðãîíî-
âîé îáîëî÷êè. Ïðè óâåëè÷åíèè êîíöåíòðàöèè äî
0,02%, êîãäà îáðàçóåòñÿ ìíîãîàòîìíûé êðèïòîíî-
âûé êîð, ïîëîñà M* ïîðîãîâûì îáðàçîì ñäâèãàåòñÿ
îò 9,05 ý ê çíà÷åíèþ 9,15 ýÂ, à çàòåì ìåäëåííî
ñìåùàåòñÿ â êîðîòêîâîëíîâóþ îáëàñòü ñïåêòðà. Îá-
ðàáîòêà è àíàëèç äàííûõ ïîêàçûâàþò, ÷òî ïîëîæå-
íèå ïîëîñû M* ïðè êîíöåíòðàöèÿõ 0,02% è âûøå
ìîæåò áûòü îïèñàíî ëîãàðèôìè÷åñêîé çàâèñèìî-
ñòüþ E M( )* = 9,25 + 0,011 ln (C/100), ïîêàçàííîé
íà ðèñ. 4 ñïëîøíîé ëèíèåé. Ïðè êîíöåíòðàöèÿõ
âûøå 1% ïîëîæåíèå M*-ïîëîñû ñîâïàäàåò ñ ïî-
ëîæåíèåì ïîëîñû èçëó÷åíèÿ 9,2–9,3 ý ãåòåðî-
àòîìíîãî ýêñèïëåêñà Ar Kr/ * â îòñóòñòâèå ýëåêòðè-
÷åñêîãî ïîëÿ [9]. Ïî-âèäèìîìó, íàáëþäàåìîå
ñìåùåíèå ýòîé ïîëîñû ïðè êîíöåíòðàöèÿõ âûøå
0,02 % îáóñëîâëåíî âîçäåéñòâèåì ýëåêòðè÷åñêîãî
ïîëÿ èîííîãî êîðà êðèïòîíà íà ýêñèïëåêñ Ar Kr/ *,
êîòîðûé ðàñïîëîæåí íà êðèïòîí-àðãîíîâîé ãðàíèöå
ñìåøàííîãî êëàñòåðà. Ýòà ãðàíèöà, âåðîÿòíî, ÿâëÿ-
åòñÿ ðàçìûòîé (äèôôóçíîé), ïî îáå ñòîðîíû îò íåå
îáðàçóþòñÿ ìîëåêóëû Ar Kr/ *.
Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ðàçìåðà êîðà è, ñëåäîâàòåëüíî,
óâåëè÷åíèÿ ðàññòîÿíèÿ îò àðãîí-êðèïòîíîâîé ãðàíèöû
äî öåíòðàëüíîãî èîíà ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå íà ýòîé ãðà-
íèöå îñëàáëÿåòñÿ. Ó÷èòûâàÿ çàâèñèìîñòü �E /r� 1 4,
íåñëîæíî ïîëó÷èòü ñîîòíîøåíèå, ñâÿçûâàþùåå ðàçìåð
êðèïòîíîâîãî êîðà rc (ýôôåêòèâíîå ðàññòîÿíèå îò öåí-
òðàëüíîãî èîíà äî àðãîí-êðèïòîíîâîé ãðàíèöû) ñ êîí-
öåíòðàöèåé êðèïòîíà: r /Cc
/
�
�[ , ln( )]0 011 100 1 4, ãäå
ìíîæèòåëü ïðè ëîãàðèôìå äàí â ýëåêòðîíâîëüòàõ, à
ñîîòâåòñòâóþùåå åìó çíà÷åíèå â ãðàäóñàõ T � 127 Ê. Â
ýòîé ñâÿçè îáðàòèì âíèìàíèå íà ñëåäóþùåå. Êàê ïîêà-
çàëè íàøè ðàñ÷åòû, êîíäåíñàöèÿ íà÷èíàåòñÿ, êîãäà
òåìïåðàòóðà ãàçà çà êðèòè÷åñêèì ñå÷åíèåì â ñâåðõçâó-
êîâîé îáëàñòè ñíèæàåòñÿ îò íà÷àëüíîé 250 Ê äî òåìïå-
ðàòóðû æèäêîé êàïëè 60 Ê.  ýòîì ñëó÷àå õèìè÷åñêèé
ïîòåíöèàë ïðèìåñíîãî êðèïòîíà â ýòîé êàïëå ðàâåí
kT Cln . Â èòîãå ìîæíî ãîâîðèòü, ÷òî ðàçìåð êðèïòîíî-
âîãî êîðà îïðåäåëÿåòñÿ óäâîåííûì õèìè÷åñêèì ïîòåí-
öèàëîì ïðèìåñíîãî àòîìàðíîãî êðèïòîíà.
Ïðèâåäåííûå ðåçóëüòàòû ñâèäåòåëüñòâóþò î ãåòå-
ðîãåííîì õàðàêòåðå êëàñòåðîîáðàçîâàíèÿ â ñìåñè àð-
ãîí/êðèïòîí. Îäíàêî ñðàçó âîçíèêàåò âîïðîñ î òîì,
êàêèì îáðàçîì ïðè ñòîëü ìàëûõ êîíöåíòðàöèÿõ ïðè-
ìåñè ìîãóò âîçíèêàòü êðèïòîíîâûå çàðîäûøè. Äåëî
â òîì, ÷òî êàê ïîêàçàëè íàøè ðàñ÷åòû ïî ñòàíäàðò-
íûì ñîîòíîøåíèÿì äëÿ äâèæåíèÿ ãàçà â ñâåðõçâóêî-
âîì ñîïëå, âçÿòûì èç ìîíîãðàôèè [10], â óñëîâèÿõ
íàøåãî ýêñïåðèìåíòà è ïàðàìåòðîâ ñîïëà ïåðåñûùå-
íèå Ar/Kr ñìåñè ïðîèñõîäèò íà ðàññòîÿíèè 1,5 ìì
îò êðèòè÷åñêîãî ñå÷åíèÿ. Ýòî ðàññòîÿíèå ãàç ïðîõî-
äèò çà âðåìÿ îêîëî 10–6 ñ. Ïðè êîíöåíòðàöèè 0,005%
õàðàêòåðíîå âðåìÿ ñòîëêíîâåíèÿ àòîìîâ êðèïòîíà
ñîñòàâëÿåò îêîëî 10–5 ñ, à õàðàêòåðíîå âðåìÿ ñòîëê-
íîâåíèé àðãîí/àðãîí è êðèïòîí/àðãîí ñîñòàâëÿåò
10–9 ñ. Ñëåäîâàòåëüíî, ñòîëêíîâåíèÿ àòîìîâ êðèïòî-
íà ìåæäó ñîáîé ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóþò.  èòîãå
ìû ñ íåîáõîäèìîñòüþ ïðèõîäèì ê ñëåäóþùåé êàðòè-
íå ãåòåðîãåííîãî çàðîäûøåîáðàçîâàíèÿ.
Ïðè îõëàæäåíèè ãàçà â ñâåðõçâóêîâîé ñòðóå êàæ-
äûé àòîì (ñ íåêîåé âåðîÿòíîñòüþ äèìåð) êðèïòîíà
ñëóæèò öåíòðîì äëÿ áûñòðîãî ñîçäàíèÿ ìíîãîàòîì-
íîãî àðãîíîâîãî çàðîäûøà, êîòîðûé íàõîäèòñÿ â
æèäêîì ñîñòîÿíèè. Äëÿ ýòèõ îáðàçîâàíèé òåðìîäè-
íàìè÷åñêè âûãîäíûì ïðîöåññîì ÿâëÿåòñÿ êîàãóëÿ-
öèÿ, ïðèâîäÿùàÿ ê ïîÿâëåíèþ áîëåå êðóïíûõ ìèê-
ðîêàïåëü, ãäå ÷èñëî àòîìîâ êðèïòîíà ìîæåò áûòü
äîñòàòî÷íî áîëüøèì.  òàêèõ êðóïíûõ ãåòåðîãåííûõ
îáðàçîâàíèÿõ ñ õàðàêòåðíûì ðàçìåðîì 10 � è áîëåå
êðèïòîí, èìåþùèé áoëüøóþ ýíåðãèþ ñâÿçè, ÷åì àð-
ãîí, â ðåçóëüòàòå äèôôóçèè ñòðåìèòñÿ ê îáúåäèíå-
íèþ â öåíòðå ìèêðîêàïëè, ÷òî ïîíèæàåò îáùóþ
ýíåðãèþ ñèñòåìû. Ïî ìåðå îõëàæäåíèÿ ìèêðîêàïåëü
ôîðìèðóþòñÿ òâåðäîòåëüíûå ãåòåðîàòîìíûå êëàñòå-
ðû. Íàèáîëåå ýôôåêòèâíàÿ îáëàñòü îñòûâàíèÿ êà-
ïåëüíî-ãàçîâîé ñìåñè ïðèìûêàåò ê âûõîäíîìó ñå÷å-
íèþ ñîïëà [11]. Íà ðàññòîÿíèè 20 ìì îò ñîïëà, ãäå â
äàííîé ðàáîòå ïðîâîäèëîñü êàòîäîâîçáóæäåíèå, êëà-
ñòåðû íàõîäÿòñÿ â òâåðäîòåëüíîì ñîñòîÿíèè.
 ýòîé ñâÿçè óêàæåì, ÷òî â ðàáîòå [12] ñ òî÷êè
çðåíèÿ òåðìîäèíàìè÷åñêîé ñòàáèëüíîñòè áûëà òåî-
ðåòè÷åñêè îáîñíîâàíà ìîäåëü ñåãðåãàöèè â êðèï-
òîí-àðãîíîâîì êëàñòåðå, â ðàìêàõ êîòîðîé êðèïòîíó
âûãîäíî îáðàçîâûâàòü êîð êëàñòåðà. Êðîìå òîãî, â
Ãåòåðîãåííîå êëàñòåðîîáðàçîâàíèå â ñâåðõçâóêîâîé ñòðóå
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 3 341
ðàáîòå [3], âûïîëíåííîé íà ñâåðõçâóêîâîé ñòðóå
ñìåñè àðãîí/êðèïòîí ïðè âûñîêèõ êîíöåíòðàöèÿõ
êðèïòîíà (0,6 % è âûøå), ìåòîäîì ôîòîýëåêòðîí-
íîé ñïåêòðîñêîïèè áûëî ïîêàçàíî, ÷òî àòîìû êðèï-
òîíà â îñíîâíîì çàíèìàþò îáúåìíîå ïîëîæåíèå â
öåíòðå êëàñòåðà.
Çàêëþ÷åíèå
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ìåòîäîì êàòîäîëþìèíåñöåí-
öèè ïðîñëåæåíà ýâîëþöèÿ ñïåêòðîâ ÂÓÔ èçëó÷å-
íèÿ ñìåøàííûõ àðãîí-êðèïòîíîâûõ êëàñòåðîâ â èí-
òåðâàëå êîíöåíòðàöèé ïðèìåñíîãî êðèïòîíà â
èñõîäíîé ãàçîâîé ñìåñè 10–3%–1%. Îñíîâíîå âíè-
ìàíèå óäåëåíî ïîâåäåíèþ ïîëîñ èçëó÷åíèÿ, ïðè-
íàäëåæàùèõ íåéòðàëüíûì ýêñèìåðàì Ar2*, Kr2* è
çàðÿæåííûì ( )*Ar4
+ , ( )*Kr4
+ ãîìîàòîìíûì êîìïëåê-
ñàì, à òàêæå ãåòåðîàòîìíûì ýêñèïëåêñàì Ar Kr/ *.
Âïåðâûå ìåòîäîì ÂÓÔ ëþìèíåñöåíöèè â ñâåðõçâó-
êîâûõ êðèîãåííûõ ñòðóÿõ äèàãíîñòèðîâàíà êàðòèíà
ãåòåðîãåííîãî çàðîäûøåîáðàçîâàíèÿ íà÷èíàÿ ñ ñà-
ìûõ ðàííèõ åå ñòàäèé. Ñäåëàí âûâîä î òîì, ÷òî íà
ïåðâîì ýòàïå ãåòåðîãåííîé íóêëåàöèè çàðîäûøàìè
ìîãóò ÿâëÿòüñÿ àòîìû (äèìåðû) êðèïòîíà, íà êîòî-
ðûõ îáðàçóþòñÿ æèäêèå íàíîàãðåãàöèè àðãîíà. Â
äàëüíåéøåì â ðåçóëüòàòå êîàãóëÿöèè îíè ïðåâðàùà-
þòñÿ â êðóïíûå îáðàçîâàíèÿ ñ äîñòàòî÷íî áîëüøèì
ñîäåðæàíèåì êðèïòîíà, êîòîðûå ïðè ïîñëåäóþùåì
îõëàæäåíèè ñòàíîâÿòñÿ òâåðäîòåëüíûìè. Íà÷èíàÿ ñ
êîíöåíòðàöèè êðèïòîíà â ãàçîâîé ñìåñè 0,02% è
áîëüøå â êëàñòåðå ôîðìèðóåòñÿ ìíîãîàòîìíûé
êðèïòîíîâûé êîð. Ïðè èîíèçàöèè òàêèõ êëàñòåðîâ
èîí ðàñïîëàãàåòñÿ â êðèïòîíîâîì êîðå è åãî ýëåê-
òðè÷åñêîå ïîëå îêàçûâàåò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà
ïàðàìåòðû ïîëîñû èçëó÷åíèÿ ãåòåðîàòîìíîé ìîëå-
êóëû Ar/Kr, íàõîäÿùåéñÿ íà àðãîí-êðèïòîíîâîé
ãðàíèöå, èìåþùåé äèôôóçíûé õàðàêòåð. Ðåçóëüòà-
òû ðàáîòû äåìîíñòðèðóþò âûñîêóþ ýôôåêòèâíîñòü
ÂÓÔ ñïåêòðîñêîïèè äëÿ èçó÷åíèÿ ïðîöåññîâ ãåòå-
ðîàòîìíîãî êëàñòåðîîáðàçîâàíèÿ è èçìåíåíèÿ ðàç-
ìåðîâ êîðà â êëàñòåðàõ â çàâèñèìîñòè îò íà÷àëüíîé
êîíöåíòðàöèè ïðèìåñè â ãàçîâîé ñìåñè.
Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü Ñ.È. Êîâàëåí-
êî, À.Ã. Äàíèëü÷åíêî, Â.Ë. Âàêóëå çà ïîìîùü â ðà-
áîòå è ïëîäîòâîðíîå îáñóæäåíèå ïîëó÷åííûõ ðå-
çóëüòàòîâ.
1. Á.Ì. Ñìèðíîâ, ÓÔÍ 173, 609 (2003).
2. T. Laarman, K. von Haeften, H. Wabnitz, and T.
Moller, Surf. Rev. Lett. 9, 111 (2002).
3. M. Lundwall, M. Tchaplyguine, G. Ohrwall, R. Feifel,
A. Lindblad, A. Lindgren, S. Sorensen, S. Svensson, and
O. Bjorneholm, Chem. Phys. Lett. 392, 433 (2004).
4. Ý.Ò. Âåðõîâöåâà, Å.À. Áîíäàðåíêî, Þ.Ñ. Äîðîíèí,
ÔÍÒ 30, 47 (2004).
5. Ñ.È. Êîâàëåíêî, Ä.Ä. Ñîëíûøêèí, Ý.Ò. Âåðõîâöå-
âà, Â.Â. Åðåìåíêî, ÔÍÒ 20, 961(1994); Ñ.È. Êîâà-
ëåíêî, Ä.Ä. Ñîëíûøêèí, Ý.Ò. Âåðõîâöåâà, Â.Â. Åðå-
ìåíêî, ÔÍÒ 23, 190 (1997).
6. À.Ã. Äàíèëü÷åíêî, Ñ.È. Êîâàëåíêî, Â.Í. Ñàìîâà-
ðîâ, ÔÍÒ 30, 226 (2004).
7. Å.À. Áîíäàðåíêî, Ý.Ò. Âåðõîâöåâà, Þ.Ñ. Äîðîíèí,
À.Ì. Ðàòíåð, Îïòèêà è ñïåêòðîñêîïèÿ 70, 1015
(1991); Ý.Ò. Âåðõîâöåâà, Å.À. Áîíäàðåíêî, Þ.Ñ.
Äîðîíèí, Õèì. ôèç. 10, 956 (1991); R. Muller, M.
Joppien, and T. Moller, Z. Phys. D26, 370 (1993).
8. À.Ã. Áåëîâ, Ì.À. Áëóäîâ, Å.À. Áîíäàðåíêî, Þ.Ñ.
Äîðîíèí, Â.Í. Ñàìîâàðîâ, Å.Ì. Þðòàåâà, ÔÍÒ 30,
1315 (2004).
9. K. Pressel, G. Seitfudem, and J. Fricke, J. Phys. Solid
State Phys 20, 4571 (1987); W. Sasaki, S. Kubodera,
and J. Kawanaka, PROC. SPIE, 3092, 378 (1997); G.
Zimmerer, J. Low Temp. Phys. 111, 629 (1998).
10. Ë.Ã. Ëîéöÿíñêèé, Ìåõàíèêà æèäêîñòè è ãàçà, Íàó-
êà, Ìîñêâà (1987).
11. À.À. Âîñòðèêîâ, Ä.Þ. Äóáîâ, ÆÝÒÔ 125, 222 (2004).
12. A.S. Clarke, R. Kapral, and G.N. Patey, J. Chem.
Phys. 101, 2432, (1994).
Heterogeneous cluster formation in a supersonic
argon–krypton jet by the cathodoluminescence
data in the VUV spectral region
Yu.S. Doronin, E.A. Bondarenko,
and V.N. Samovarov
The processes of cluster formation in a super-
sonic argon–krypton jet at low concentrations of
impurity krypton down to 1·10–3% are studied.
The spectroscopic method of luminescence of
clusters in the vacuum ultraviolet spectral region
is used, the clusters being excited by an electron
beam. It is shown that the luminescent method
makes it possible to diagnose the heterogeneous
character of cluster formation at its initial stage.
Evidence has been obtained that large mixed
clusters with a multiatomic krypton core are
formed through coagulation of argon microdrops
containing small aggregations of krypton down
to one atom. Under ionization of such mixed the
ion is in the krypton core.
Keywords: cluster, heterogeneous cluster for-
mation, cathodoluminescence
342 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2006, ò. 32, ¹ 3
Þ.Ñ. Äîðîíèí, Å.À. Áîíäàðåíêî, Â.Í. Ñàìîâàðîâ
|