Anregung von molekülschwingungen durch schnelle elektronen

Volume 10, number 3

PHYSICS

1 - Ic (oo)l 2 ÷ I ci4 o)l 2,

412)

and thus the t r a n s i t i o n p r o b a b i l i t y and c h a r g e transfer cross section are P(Ro) = ICf4oo)12 =

IZ(°°)l 2

1+1z( )12'

413)

and oo

cr - 2~" f

P(,R o) R o d R o .

414)

LETTERS

15 June 1964

In the c a s e of r e s o n a n t s y s t e m s , (10) m a y b e f u r t h e r r e d u c e d to the known a n a l y t i c a l e x p r e s sion of r e f . 1. This w o r k was s u p p o r t e d by the Douglas Independent R e s e a r c h and D e v e l o p r ' e n t P r o g r a m . 1) E. F. Gurnee and J. L. Magee, J. Chem. Phys. 26 (1957) 1237. 2) D.Rapp and W.E. Francis, J. Chem. Phys. 37 (1962) 2631.

O

ANREGUNG VON MOLEKULSCHWINGUNGEN DURCH SCHNELLE ELEKTRONEN

H. BOERSCH, J. GEIGER und W. STICKEL I. P h y s i k a l i s c h e s I n s t i t u t d e r T e c h n i s c h e n Universit~it B e r l i n

Eingegangen am 19. Mai 1964

Bei gentlgend h o h e r E n e r g i e d e r e i n f a l l e n d e n E l e k t r o n e n und k l e i n e n Streuwinkeln g e l t e n fox die Anregung des Einzelatoms durch Elektronens t o s z nach Bethe 1) d i e g l e i c h e n A u s w a h l r e g e l n wie fOx die L i c h t a b s o r p t i o n . D e r Z u s a m m e n h a n g z w i s c h e n L i c h t a b s o r p t i o n mad E n e r g i e v e r l u s t s p e k t r u m w u r d e z u r B e s t i m m u n g yon O s z i l l a torenst~rken der Edelgasatome aus Elektronens t o s z v e r s u c h e n a u s g e n u t z t 2). D i e s e A n a l o g i e z u r L i c h t a b s o r p t i o n s o l l e b e n f a l l s f o r die Anr e g u n g von Elektronentiberg~.ugen yon Molekillen b e s t e h e n 3). Die S t e i g e r u n g d e r Aufl6sung b e i d e r E l e k t r o n e n e n e r g i e a n a l y s e d u r c h die H e r s t e l l u n g von Elektronenstrahlen sehr kleiner prim~trer Energ i e b r e i t e 4) 4AufldsungsvermOgen = 0.02 eV b e i 25 k e V - E l e k t r o n e n ) e r m ~ g l i c h t auch die U n t e r suchung d e r A n r e g u n g yon S c h w i n g u n g s t e r m e n yon Molekttlen m i t und ohne g l e i c h z e i t i g e n E l e k tronensprung. D a s E n e r g i e v e r l u s t s p e k t r u m yon H 2 z e i g t F i g . 1. W i e a u s d e m S p e k t r u m h e r v o r g e h t , w e r den die S c h w i n g u n g s t e r m e d e s B - , C- und DE l e k t r o n e n z u s t a n d e s d e s H 2 a n g e r e g t . Das Spekt r u m F i g . . 1 i s t d e m von Kuyatt, M i e l c z a r e k 0rid S i m p s o n 5) k i l r z l i c h verOffentliChten E n e r g i e v e r l u s t s p e k t r u m von 33 e V - E l e k t r o n e n an H2 ~ h n l i c h , d i e Aufl6sung i s t h i e r j e d o c h h 6 h e r : i m 0 b e r l a p p u n g s b e r e i c h von L y m a n - und W e r n e r - B a n d e s i n d

Co

5

1

2

3

Bo1234

4 5 e "t s l

[}0

z 12

11

z 13

1

Z

z

14

IrlM~jieverlust

~, S e 7

15

16

in @V

Fig. 1. E ~ r g i e v e r l u s t ~ e l ~ u m von H2 ; P r i m l ~ e n e r gie 2 5 keV. 10

korrigilr t n ~\

Spekt

0

0,1

O,Z

0.3

Energieverlust IneV

Fig. 2. Energieverlustspektrum yon CO2 ; Primg.renergie 25 keV.

285

Volume 10, number 3

PHYSICS LETTERS

die S c h w i n g u n g s t e r m e bis auf wenige A u s n a h m e n voneinander getrennt. Im R a h m e n der Empfindlichkeit der Methode konnte m i t 25 k e V - E l e k t r o n e n bei H2 k e i n e d i r e k t e Anregung v~)n S c h w i n g u n g s t e r m e n beobachtet werden. Diese U b e r g ~ g e sind bei z w e i a t o m i g e n h o m o n u k l e a r e n Molekillen verboten, well m i t itmen keine ~£mderung des D i p o l m o m e n t s v e r b u n d e n ist. Nut m i t s e h r l a n g s a m e n E l e k t r o n e n (einige E l e k t r o n e n v o l t P r i m ~ r e n e r g i e ) gelang es Haas 6) und Schulz 7), S c h w i n g u n g s t e r m e des N2 fiber den Umweg der Bildung e i n e s i n s t a b i l e n n e g a t i v e n Ions a n z u r e g e n . A n d e r s liegen dagegen die V e r h ~ l t n i s s e z . B . b e i m C O 2 - M o l e k ~ , da h i e r Schwingungsitberg~:nge a u f t r e t e n , bei denen sich das D i p o l m o m e n t des Molekills ~.ndert. Das E • e r g i e v e r l u s t s p e k t r u m yon CO 2 im Ber e i c h k l e i n e r E n e r g i e v e r l u s t e zeigt die Fig. 2. Die Linie d e r u n b e e i n f l u s s t e n E l e k t r o n e n ( P r i m f i r l i n i e E = 0 eV) i s t a u s s e r o r d e n t l i c h i n t e n s i v , ihr Ausl~ufer ist dem Spektrum als U n t e r g r u n d ~lberlagert. D i e s e r U n t e r g r u n d wird a n a l y t i s c h d u t c h y = A + B x 2, 8) angen~hert und vom Spekt r u m abgezogen. So e r g i b t sich das k o r r i g i e r t e Spektrum. Es zeigt zwei Linien mit Maxima bei 0.083 und 0.292 eV, die der Anregung der Deform a t i o n s s c h w i n g u n g und der a n t i s y m m e t r i s c h e n

ELECTRON

TEMPERATURE

15 June 1964

Valenzschwingung e n t s p r e c h e n . Die inaktive s y m m e t r i s c h e Valenzschwingung (0.172 eV) wird nicht angeregt, da dort kein Peak im E n e r g i e v e r l u s t s p e k t r u m beobachtet wird. Die L i n i e n b r e i t e yon 0.025 eV setzt sich zus a m m e n aus der a p p a r a t i v e n L i n i e n b r e i t e (Breite der E i c h m a r k e n ) von 0.018 eV und aus der durch die B a n d e n s t r u k t u r bedingte B r e i t e yon etwa 0.008 eV, die aus der U l t r a r o t s p e k t r o s k o p i e bekannt ist. W i t danken dem Senator ffir W i r t s c h a f t yon B e r l i n fllr die Unterstiitzung d i e s e r Arbeit durch E R P - Mittel.

Referenzen 1) H.Bethe, Ann.Phys.5 (1930) 325. 2) J. Geiger, Z. Physik 175 (1963) 530 ; 177 (1964) 138. 3) F. H. Read, G. L. Whiterod, Proc. Phys. Sec. 82 (1963} 434; F.H.Read, Proc. Phys.Soc. 83 (1964) 619. 4) H. Boerseh, J.Geiger, H.Hellwig, Physics Letters 3 (1962) 64. 5) C.E. Kuyatt, S.R. Mielczarek, J.A. Simpson, Phys. Rev. Letters 12 (1964) 293. 6) R.Haas, Z.Physik 148 (1957) 177. 7) G.J. Sehulz, Phys.Rev. 125 (1962) 229.

MEASUREMENTS

USING

THE

STARK

EFFECT

D. D. BURGESS Plasma Physics Group, Physics Department, Imperial College, London, S. W. 7

Received 21 May 1964

A method of u s i n g the Stark effect on e m i s s i o n l i n e s f r o m a p l a s m a to obtain the e l e c t r o n t e m p e r a t u r e Te is d e s c r i b e d . Until now this effect has been u s e d to obtain the e l e c t r o n density, N e. The p r e s e n t method m e a s u r e s Te d i r e c t l y and is independent of N e. Recent c a l c u l a t i o n s by G r i e m 1) have i m p r o v e d the theory of Stark b r o a d e n i n g of s p e c t r a l l i n e s in a p l a s m a to the level where r e s i d u a l e r r o r s a r e b e l i e v e d to be of the o r d e r of 10% or l e s s . This is b o r n e out by e x p e r i m e n t a l work on shock and a r c p l a s m a s 2). The c a l c u l a t i o n s have r e c e n t l y been extended to l i n e s of n e u t r a l and s i n g l y ioni s e d e l e m e n t s from h e l i u m to calciu m 3) . 286

Isolated single component l i n e s a r e both b r o a d e n e d and shifted by the e l e c t r o n and ion m i c r o f i e l d s . In many c a s e s the ions c o n t r i b u t e only a few p e r c e n t of the total effect and may be ignored. Then a d i s p e r s i o n line profile r e s u l t s , the half-width, w, of which is p r o p o r t i o n a l to N e. This has been used p r e v i o u s l y to m e a s u r e e l e c t r o n d e n s i t i e s , w being only a slow function of T e. But for s m a l l ion b r o a d e n i n g the shift d is also p r o p o r t i o n a l to N e and hence the ratio of shift to width, d/w, depends only on Te, and is independent of N e. F o r some l i n e s d / w can be a r a p i d l y v a r y i n g function for c e r t a i n v a l u e s of T e. Values of d/w for some a r g o n II m u l t i p l e t s cal-