Направление: 011200 Физика
Профиль: Физическая оптика и лазеры
Кафедра оптики
Научный руководитель: проф. Б. П. Лавров
Рецензент: доц. Н. А. Крюков

Экспериментальное исследование вращательной структуры в системах полос 3s, 3d 3Λg± → c3Пu- молекулы дейтерия
	Жуков Алексей Сергеевич

Исследовался эмиссионный спектр плазмы, расположенной внутри цилиндрической поверхности (Ø=4мм) молибденового электрода, введенного между катодом и анодом газового разряда в дейтерии с малой примесью водорода при малой плотности тока (≈0.4 А/см2, давлении ≈6 Торр и охлаждении стенок проточной водой). Высокая разрешающая сила спектрометра (до 180000), низкая газовая температура плазмы (660±20К), регистрация спектра КМОП-матричным детектором и цифровая деконволюция измеренных спектров позволили нам впервые (в видимой области спектра) обнаружить псевдодублетную структуру части электронно-колебательно-вращательных (ЭКВ) спектральных линий молекулы D2; показать, что она представляет собой частично разрешенную триплетную структуру ЭКВ линий электронных переходов 3Λg±→c3Пu-; и эффект обусловлен тонким расщеплением вращательных уровней нижнего электронного состояния. 

рис. 1
Величина расщепления Δνsw (среднее значение 0.18±0.03 см-1, см. рис. 1) оказалась хорошо согласующейся с известными данными для молекулы H2. Особенно важным является не измерявшееся ранее отношение интенсивностей сильного (фиолетового) и слабого (красного) компонентов псевдодублета Is/Iw. Полученное нами среднее значение (2.0±0.3) позволило, используя правило Доргелло-Бюргера для узких мультиплетов, установить порядок следования подуровней тонкой структуры вращательных уровней в электронном состоянии c3Пu- молекулы D2, совпадающий с ранее опубликованными данным для молекулы H2. Предложено использовать характерность псевдодублетов (см. рис.1) для расширения идентификации ранее неидентифицированных линий молекулы D2 [1]. 
В процессе работы было обнаружено присутствие небольшой примеси водорода в плазме, что указывает на необходимость изучения изотопного состава плазмы. Для этого проведены измерения относительных интенсивностей первых трех линий серии Бальмера атомов водорода и дейтерия и интенсивностей и ширин молекулярных линий (при λ = 545-627 нм). Используя измеренные отношения интенсивностей атомных линий водорода и дейтерия и отношения интенсивностей линий Q-ветвей первых трех диагональных полос α-системы Фулхера молекул H2, HD и D2 и предложенные в настоящей работе две независимые кинетические модели (1. Диссоциация молекул в объеме и ассоциация атомов на стенке; 2. Возбуждение молекул электронным ударом и гибель спонтанным распадом) было установлено, что с помощью данных моделей можно без использования каких-либо подгоночных параметров оценить относительные концентрации различных изотопных молекул в дейтериево-водородной плазме, ограниченной металлическими стенками. В нашем случае это отношение составляет [H2]:[HD]:[D2]=0.0035:0.06:1.0.
Показано, что совместное использование измеренных распределений интенсивности в Q-ветвях первых трех диагональных (0-0, 1-1 и 2-2) полосах α-системы Фулхера (электронно-колебательные переходы d3Πu-,v→a3Σg+,v) молекул HD и D2 позволяет надежно определить газовую температуру плазмы в наших условиях.
Из 3500 спектральных линий, зарегистрированных в исследуемом диапазоне длин волн, 341 линия имеет характерную псевдодублетную структуру. При анализе такого сложного многокомпонентного спектра использовались экспериментальные значения волновых чисел, параметры псевдодублетов, допплеровские ширины линий и распределения интенсивностей в отдельных ветвях, исследуемых систем полос. Это позволило показать, что: 1) 152 из этих псевдодублетов принадлежат ЭКВ переходам с уровней триплетного 3s, 3d-комплекса термов на электронное состояние c3Пu-.(речь идет о шести системах полос: h3Σg+, g3Σg+, i3Пg±, j3Δg± → c3Пu-); 2) 27 из них принадлежат  аналогичным переходам молекулы HD; 3) часть спектральных линий в существующих в настоящее время таблицах спектральных линий молекулы D2 на самом деле являются линиями молекулы HD. Установление природы остальных псевдодублетов, как и исследование неисследовавшейся части видимой области спектра (λ < 545) требуют дальнейших исследований, выходящих за рамки настоящей работы.

	Список публикаций
1 Lavrov B. P., Umrikhin I. S., and Zhukov A. S., Observation of the fine structure for rovibronic spectral lines in the visible part of emission spectra of D2.                                                              //PHYSICAL REVIEW A - 2012.—V.85.—Iss.5.—P.052505 (6 pp.)
2. Umrikhin Ivan, Zhukov Alexey, Observation of the fine structure for rovibronic spectral lines in visible part of emission spectra of D2 //Internat. Student Conference "Science and Progress", 14-18 Nov 2011, St. Petersburg – Peterhof, Russia, pp.114-118.