| 1. | Формула изобретения Способ получения отрицательных ионов атомов или молекул, находящихся в газовой фазе, состоящий в облучении импульсным квазимонохроматическим электромагнитным излучением импульсного пучка квазимонокинетических электронов, проходящего через эту газовую среду, с синхронизацией обоих импульсов и выполнением соотношения hv + ε ~ E , где h постоянная Планка, v средняя частота электромагнитного излучения, ε энергия связи электрона в отрицательном ионе, E средняя кинетическая энергия электронов. ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26). |
Изобретение относится к атомной и молекулярной физике и может быть полезно для обнаружения в воздухе молекул взрывчатых или токсичных веществ, а также для научных исследований с отрицательными ионами.
Атомные и молекулярные отрицательные ионы образуются в результате различных элементарных процессов в низкотемпературной плазме, таких как: неупругое рассеяние электрона на молекуле, сопровождающееся ее диссоциацией, неупругое рассеяние электрона на атоме, сопровождающееся возбуждением автоотрывных состояний, столкновение трех частиц, фотоприлипание и др. [Б.М.Смирнов. Атомные столкновения и элементарные процессы в плазме. M. Атомиздат, 1968; Г.Месси. Отрицательные ионы. M. Мир, 1979]. Недостатком этих методов является отсутствие селективности, а именно - невозможность получения отрицательных ионов определенных атомов или молекул, которые находятся в газе в малой концентрации.
Предложена также система получения отрицательных ионов некоторых молекул в коронном разряде [Патент США Ns 6 649 910, 18.1 1.2003, А 01 J 049/10]. Воздушный поток, содержащий анализируемые молекулы, пропускается через область газового коронного разряда, после чего образовавшиеся в разряде отрицательные молекулярные ионы анализируются масс-спектрометром. Недостатком этого метода является его плохая чувствительность при малой исходной концентрации анализируемых молекул.
Известен способ получения отрицательных молекулярных ионов, которые образуются в результате столкновения нейтральной молекулы с большим дипольным моментом (d>2.5 D) с высоковозбужденным
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
(ридберговским) атомом [N.I.Наmmеr, F.Gао, R.М.Роgпi, R.N.Соmрtоп. J.
Сhеm. Рhуs. v. 1 17, р. 4299 (2002)]. Недостатком этого метода для практического использования является сложность получения ридберговских атомов.
Сущность данного изобретения заключается в следующем. Известно, что при рассеянии электрона с энергией E на атоме или молекуле в присутствии мощного электромагнитного (лазерного) излучения, в сечении упругого рассеяния возникает резонанс, если выполняется соотношение: hv + ε « E, где h - постоянная Планка, ε - энергия связи электрона в отрицательном ионе, равная пороговой энергии фотоотрыва. [Б. А. Зон. Ж. техн. физ. т. 46, с. 875 (1976)]. Этот резонанс обусловлен виртуальным заселением связанного состояния отрицательного иона, то есть процессом вынужденного фотоприлипания. Поэтому по оптической теореме квантовой механики, вследствие вынужденного фотоприлипания при выполнении указанного выше условия, происходит реальное образование отрицательных ионов. Для практического использования данного явления с целью получения отрицательных ионов необходимо, чтобы поток квазимонокинетических электронов со средней энергией E был достаточно плотным. Однако, поскольку мощное излучение лазерных источников является импульсным, в промежутках между электромагнитными импульсами электроны пучка будут разрушать отрицательные ионы, и производительность подобной установки будет невелика. Для увеличения производительности необходимо погасить электронный пучок в промежутках между электромагнитными импульсами. Иными словами, плотный пучок квазимонокинетических электронов должен быть импульсным, причем длительность электронного импульса должна примерно совпадать с длительностью электромагнитного импульса, и оба импульса должны попадать в газовую среду одновременно.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Таким образом, принципиальная схема установки для получения отрицательных ионов выглядит следующим образом. Газовая среда, содержащая исследуемые атомы или молекулы, одновременно облучается импульсным пучком квазимонокинетических электронов, имеющих среднюю кинетическую энергию E, и электромагнитным импульсом примерно такой же длительности. Несущая частота электромагнитного импульса v и энергия E связаны соотношением: hv + ε « E. В таких условиях вследствие вынужденного фотоприлипания образуются отрицательные ионы. При этом направления распространения электромагнитного излучения и его поляризация относительно направления распространения электронов могут быть произвольными. Последнее обстоятельство существенно, поскольку при распространении электронов в газовой среде их скорости могут изменять свое направление вследствие процессов рассеяния.
Для возникновения вынужденного фотоприлипания необходимо, чтобы плотность энергии используемого электромагнитного излучения превышала плотность энергии вакуумных колебаний электромагнитного поля на той же частоте. Отсюда следует нижняя граница интенсивности электромагнитного
излучения: / , > hv— 3 , где с- скорость света в вакууме.
\6π с
Оптимальная длительность электронного и электромагнитного импульсов T определяется условием: Г "1 « /гσv , где п - плотность электронов в пучке, σ — сечение разрушения отрицательного иона при столкновении с электроном, v - средняя скорость электронов.
Например, численные оценки дают следующий результат. Для σ« 10 "16 см , плотности электронов, соответствующей плотности тока 0.1 А/см и E » 1 эВ, оптимальное значение Г« 1 мсек. Если при этом ориентироваться на электромагнитное излучение твердотельных лазеров (рубин, неодим), работающих в режиме свободной генерации, то длительности их импульсов имеют ту же величину T , интенсивность /»3xl О 4 Вт/см 2 и ширину линии
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
излучения «0.25 cм ~] . Если при этом немонокинетичность электронов определяется тепловыми эффектами (при комнатной температуре «0.025 эВ), то при ε «0.1 эВ в одном кубическом сантиметре газовой среды за один импульс образуется один отрицательный ион из примерно 10 7 нейтральных атомов или молекул.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Next Patent: PACKING BOX