logo
  1. Главная страница
  2. Дипломные работы
  3. Общий
  4. ATOMLAR DASTASI PARAMETRLARINI LAZER FOTOIONIZATSION SPEKTROSKOPIYA METODI BILAN O‘RGANISH

ATOMLAR DASTASI PARAMETRLARINI LAZER FOTOIONIZATSION SPEKTROSKOPIYA METODI BILAN O‘RGANISH

Загружено в:

20.11.2024

Скачано:

0

Размер:

2179 KB
Скачать
ATOMLAR DASTASI PARAMETRLARINI LAZER FOTOIONIZATSION SPEKTROSKOPIYA METODI BILAN O ‘ RGANISH MUNDARIJA KIRISH………………………………………………………………………… 3 I NAZARIY QISM L azer fotoionizatsion spektro skopiya metodlari 1.1 Atomlarni bosqichma-bosqich fotoionizatsiyalash metodi ……………….....6 1.2 Fotoionizatsiya metod i ning asosiy хarakteristikalari ………………………..7 1.3. Ikki bosqichli fotoionizatsiya jarayonining kinetikasi ……………………...11 1.4. Atomlarni bosqichli u yg‘otish va ionlashtirish usullari …………………….16 1.5. Atomlarn i yuqori uyg‘ongan avtoionizatsion holatlar orqali ionlashtirish …19 1.6. Atomlarn i yuqori uyg‘ongan ridberg holatlari orqali ionlashtirish …………23 II TAJRIBA QISMI L azer fotoionizatsion spektrometr ning asosiy qismlari va ishlash jarayoni 2 .1. Lazer fotoionizatsion spektrometr …………………………………………30 2.2. Azot lazeri.....................................................................................................32 2.3. Bo ‘ yoq lazerlari.............................................................................................35 2 .4 . Fotoionizasion kamera va qayd qilish sistemasi...........................................42 2.5. Atom lar dastasini hosil qiluvchi yuqori temperaturali pech.....................44 III TAJRIBA NATIJALARI Atomlar dastasi parametrlarini o‘rganish..................................................49 3.1.Atomlar dastasining geometriyasi..................................................................51 3.2. Atomlar va ionlar konsentratsiyasini kuzatish va nazorat qilish....................54 Xulosa............................................................................................................58 ADABIYOTLAR……………………………………………………………….59 1 KIRISH Bitiruv malakaviy ishining dolzarbligi. Lazerli atom-fotoionizasion spektraskopiya yo ‘ li bilan hozirgi zamon ilm-fani va ishlab-chiqarishi uchun element atomlarining o ‘ ta kam miqdorini aniqlaydigan metodlarni ishlab chiqish muhim va dolzarb masalalardan hisoblanadi. Bu shu bilan asoslanadiki, bugungi kunda ko ‘ pgina texnologik masalalarni yechishda xususan: o ‘ ta toza materiallar olishda, geologiya va geoximiyada, taksikologiya va atrof muhit himoyasida ba’zi element atomlari miqdorini 10 -9 ¸ 10 -10 % darajada aniqlashga to ‘ g ‘ ri keladi. Bu muammolarni an’anaviy analitik metodlar (absorbsion, fluoresent, neytral- aktivasion) bilan hal qilib bo ‘ lmaydi, chunki, ko ‘ pchilik hollarda ularning sezgirlik darajasi 10 -7 % dan oshmaydi, ya’ni chegaralangan. Lekin, lazerli atom- fotoionizasion spektraskopiya usuli bilan bu muammoni hal qilish mumkin. Bitiruv malakaviy ishining maqsadi . Hozirgi zamon yuqori texnologiyalarda qo ‘ llaniladigan atomlar dastasining tarqalish kengligi, intensivligi, birjinsliligi, atomlar konsentratsiyasi kabi parametrlarini lazer fotoionizatsion spektroskopiya usuli bilan o ‘ rganish va jarayonni optimallashtirishga qaratilgan taklif va xulosalar ishlab chiqishdan iborat. Bitiruv malakaviy ishining ilmiy – amaliy ahamiyati . Lazer nurlarining bugungi kundagi qo ‘ llanish sohasi nihoyatda keng. Ilmiy sohalarda chiziqli va nochiziqli optika, atom va molekulyar spektroskopiya, yadro spektroskopiyasi, fizikaviy-kimyo, bio-fizika, tibbiyot fizikasi va boshqalar bo ‘ lsa, amaliy sohalarda esa texnika-texnologiyalardan tortib, kosmos, harbiy sohalargacha, tibbiyot, ekologiyadan tortib, qishloq xo ‘ jaligi sohalarigacha qo ‘ llanilmoqda. Ilm-fandagi qo ‘ llanish sohalari ichida lazer nurlarining o ‘ ziga xos noyob xususiyatidan kelib chiqib, fizika, kimyo sohalarida ko ‘ plab kashfiyotlarga sabab bo ‘ lganligi bilan muhim ilmiy amaliy ahamiyatga ega. Bizga ma’lumki, o ‘ tgan asrning 60 yillarida kogerent, monoxromatik va yuqori energiyali, qat’iy yo ‘ nalishga ega bo ‘ lgan yorug ‘ lik manbalarining (lazerlarning) kashf etilishi dunyo miqyosidagi ulkan kashfiyot bo ‘ ldi. Lazer nurlarining bugungi kundagi qo ‘ llanish sohasi nihoyatda keng. Ilmiy sohalarda 2 chiziqli va nochiziqli optika, atom va molekulyar spektroskopiya, yadro spektroskopiyasi, fizikaviy-kimyo, bio-fizika, tibbiyot fizikasi va boshqalar bo ‘ lsa, amaliy sohalarda esa texnika-texnologiyalardan tortib, kosmos, harbiy sohalargacha, tibbiyot, ekologiyadan tortib, qishloq xo ‘ jaligi sohalarigacha qo ‘ llanilmoqda. Ilm-fandagi qo ‘ llanish sohalari ichida lazer nurlarining o ‘ ziga xos noyob xususiyatidan kelib chiqib, fizika, kimyo sohalarida ko ‘ plab kashfiyotlarga sabab bo ‘ lgan yangi yo ‘ nalish: lazer spektroskopiyasi sohasiga alohida to ‘ xtalamiz. Qo ‘ llanish sohalari ichida fizika, kimyo, biologiya, tibbiyot sohalarida ko ‘ plab kashfiyotlarga sabab bo ‘ lgan “Lazer nurlarining moddalar bilan selektiv ta’sirlashish” sohasi bugungi kunda muvaffaqiyat bilan rivojlanayotgan sohadir. Kogerent, monoxromatik va chastotasi silliq o ‘ zgara oladigan lazer manbalari yordamida atom va molekulalarning kvant holatlariga selektiv ta’sir qilib, fizikaviy va kimyoviy jarayonlarda ularning faolligini oshirish, yoki ushbu jarayonlarni boshqarish imkoniyati mavjud. Bu nurlanishlar orqali atom va malekulalarning 1.0 ¸ 10.0 eV energiyaga ega bo ‘ lgan kvant holatlarini selektiv uyg ‘ otish mumkin. Hozirgi optik kvant generatorlari (lazerlar) yordamida spektral sohaning infraqizil, ko ‘ zga ko ‘ rinar, ultrabinafsha va vakuumultrabinafsha sohalarida industrlangan monoxramatik nurlanishni olish mumkin. Lazer spektroskopiya uchun muhim masala ushbu diapazonda chastotasi uzluksiz, silliq o ‘ zgaradigan lazer qurilmalariga ega bo ‘ lishdan iborat. Bu masala bo ‘ yoq lazerlari va yarimo ‘ tkazgichli lazerlar kashf etilgach hal bo ‘ ldi. Lazerli atom-fotoionizasion spektraskopiya yo ‘ li bilan hozirgi zamon ilm- fani uchun element atomlarining o ‘ ta kam miqdorini aniqlaydigan metodlarni ishlab chiqish muhim va dolzarb masalalardan hisoblanadi. Bu shu bilan asoslanadiki, bugungi kunda ko ‘ pgina texnologik masalalarni yechishda xususan: o ‘ ta toza materiallar olishda, geologiya va geoximiyada, taksikologiya va atrof muhit himoyasida ba’zi element atomlari miqdorini 10 -9 ¸ 10 -10 % darajada aniqlashga to ‘ g ‘ ri keladi. Bu muammolarni an’anaviy analitik metodlar (absorbsion, fluoresent, neytral-aktivasion) bilan hal qilib bo ‘ lmaydi, chunki, 3 ko ‘ pchilik hollarda ularning sezgirlik darajasi 10 -7 % dan oshmaydi, ya’ni chegaralangan. Bu borada oxirgi yillarda lazer fotoionizasion metod yordamida yakka atomni qayd qilinganligi, analitik olimlarni qiziqtirmoqda. Bu metodlarni analiz qilish maqsadida to ‘ g ‘ ridan- to ‘ g ‘ ri ishlatish uchun ba’zi bir qo ‘ shimcha texnologik masalalarni hal qilish kerak bo ‘ ladi. Bular: 1) analiz qilinadigan elementning erkin atomlarini hosil qilish; 2) bu atomlarni analitik zonaga (lazer nurlari bilan ta’sirlashish zonasiga) yetkazish; 3) lazer nurlari yordamida optimal sxema bo ‘ yicha uyg ‘ otish, ionlashtirish va qayd qilish. Bu analiz bosqichlarini amalga oshirish uchun moddani yuqori temperaturali atomizatorda bug ‘ latish va hosil bo ‘ lgan bug ‘ lar dastasiga lazer nurlarini 90 0 burchak ostida yuborish orqali hosil bo ‘ lgan ionlarni maksimal qayd qilish lozim bo‘ladi. Bu yo‘lda eng ko‘p ishlatiladigan usul, bu elektrotermik qizdirish va lazer nuri ta’sirida lokal qizdirish hisoblanadi. U yoki bu qizdirish usulini tanlash analizda qo‘yilgan masalaga bog‘liq. Termik qizdirish jarayoni nisbatan sekin kechadigan jarayon bo‘lib, dastlab na’muna qizdiriladi, keyin eritiladi, bug‘latiladi va nihoyat atomlar dastasi shakllantirilib, neytral atomlar holiga keltiriladi va lazer nurlari bilan ta’sirlashishga tayyorlanadi. Atomlar dastasidagi to‘yingan bug‘ bosimi atomizator t emperaturasi orqali boshqariladi. Bitiruv malakaviy ishida indiy atomlar dastasining parametrlarini fotoionizasion usul bilan aniqlangan. 4 I NAZARIY QISM L azer fotoionizatsion spektro skopiya metodlari 1.1. Atomlarni bosqichma-bosqich fotoionizatsiyalash metodi Fotoionizatsion spektroskopiya ko‘p chastotali rezonans lazer maydonida atom va molekulalarning rezonans uyg‘otishga va so‘ngra, uyg‘ongan atomlarning ionlashtirishiga asoslangan. Atomlarning selektiv fotoionizatsiyasi bir nechta sxemalar bo‘yicha amalga oshirilishi mumkin. 1.1–rasm . Atomlarni lazer nuri yordamida selektiv uyg‘otish va fotoionizatsiyalash sxemalari a) ikki fotonli fotoionizatsiya, b) uch fotonli fotoionizatsiya, v) avtoionizatsion holatning selektiv uyg‘otilishi, g) ridberg holatlariga selektiv uyg‘otish va uyg‘ongan atomlarni infraqizil nur yordamida ionlashtirish, d) atomlarni ridberg holatiga selektiv uyg‘otish va ularni elektr maydoni yordamida ionlashtirish Ularning umumiy jihati shundaki, bir yoki bir nechta oraliq kvant uyg‘otishlar lazer nuri yordamida hosil qilinadi. Ionlashtirishning so‘nggi bosqichi qo‘shimcha lazer nuri yoki boshqa zarrachalar bilan to‘qnishish tufayli sodir bo‘ladi. Bosqichma-bosqich uyg‘otishning bir nechta sxemasi 1.1-rasmda keltirilgan . Ko‘p bosqichli fotoionizatsiya metodining eng sodda usul ikki bosqichli fotoionizatsiya usuli hisoblanadi (1.1-a) rasm). Yuqori ionlashish 5 potensialiga ega atomlar uchun uch bosqichli ionizatsiya sxemasi juda qulay bo‘lishi mumkin. Bu usulda ionizatsiya jarayoni ko‘zga ko‘rinar sohada nur chiqaruvchi lazerlar yordamida amalga oshiriladi. ( 1.1 -b) rasm). Atomlarning pastki uyg‘ongan holatdan ionizatsiya holatigacha to‘g‘ridan- to‘g‘ri ko‘p bosqichli fotoionizatsiyasi kvant o‘tishlarning ko‘ndalang kesimi yuzasi ( ) bilan bog‘liq. Odatda σ 1 uyg‘otishning ko ‘ ndalang kesma yuzasi, ionlashtirishning ko ‘ ndalang kesma yuzasi σ 2 ga nisbatan kattadir. Shuning uchun ham bu oddiy usullarning turli sxemalari mukammal ishlab chiqilgan. Bu o‘tishlar, uyg‘otilgan atomlar ionizatsiyasi kesim yuzasining orttirishga qaratilgan. Bu sxemalar 1.1 – rasm, d v da keltirilgan. Fotoionizatsiya kesma yuzasini orttirish uchun ikkinchi nurlanish chastotasini avtoionizatsiya ( spontan yoki induksiyalangan elektr maydoni) chastotasiga moslashtirish kerak. So‘nggi usulda esa atom infraqizil nurlari yordamida ionlashtirilgan ( 1.1-g) –rasm). Metod quyidagi asosiy xarakteristikalariga ega: metodning sezgirligi, spektral ajrata olish qobiliyati, vaqtli ajrata olish qobiliyati, selektivligi va universallik darajasidir. Bularni qisqacha qarib chiqamiz. 1.2. Fotoionizatsiya metodning asosiy хarakteristikalari a) Metodning sezgirligi juda yuqori bo‘lib, bitta atom yoki bitta molekulani qayd qilish imkoniyatiga ega. Lazer nurining bir impulsi davomida ma’lum kvant holatda joylashgan bir turdagi atom yoki molekulalarni qayd qilish mumkin. Yakka atomni qayd qilish bugungi kunda fotoionizatsion metod uchun oddiy bir holga aylandi. Bu metodda tajriba qurulmasiga ma ` lum talablar qo ‘ yiladi xolos, ya ` ni har bir bosqichda kvant holatlarining energetik to‘yinishini taminlash kifoyadir. Bunday ish rejimida u yg‘ongan atomlarning 50-100% ion holatga o‘tkaziladi. Metodning yuqori sezgirlik darajasi kuzatish oblastida atomlarning fluktuatsiyasini kuzatish imkoniyatini beradi, ya’ni bevosita moddaning atomistik korpuskulyar strukturasini o‘rganish imkoniyatini beradi. 6 b) Metodning spektral ajrata olish qobiliyati , asosan atom va molekulalarni ko‘p pog‘onali uyg‘otuvchi lazerlarning generatsion spektral kengligi bilan va qo‘llanilayotgan atomlar dastasining (dopplercha kengayishdan holi bo‘lgan), tabiiy spektral kengligi bilan aniqlanadi. Hozirda mavjud bo‘lgan lazer spektroskopiya metodlari yordamida atomlar spektridagi dopplercha kengayishni yo‘qotish va bir jinsli tabiiy spektral kenglikka ega bo‘lish mumkin. Shu narsani qayd qilish mumkinki, metodning yuqori sezgirlik qobiliyati bilan, spektrlarni ajrata olish qobiliyatini birlashtirish natijasida analitik kimiyada amaliy ahamiyatga ega bo‘lgan muhim qo‘llanilish sohalarini ko‘rsatish mumkin. v) Metodning vaqtli ajrata olish qobiliyati ni eng yuqori chegaraviy qiymatlarigacha yetkazish mumkin. Buning uchun ionlarni qayd qilish lazer nurining bir impulsi davomida amalga oshiriladiki, bu impulsning davomiyligi, kvant holatlarning yashash vaqtidan bir muncha kichik. Bu vaqt atomlarda bir necha ~10ns bo‘lsa, molekulalarda, asosan aralashma molekulalarda ~1 ns atrofida. Shu sababli, atomlarni uyg‘otish va ionlashtirish uchun bunday qisqa impulsli lazerlarning qo‘llanilishi, metodning vaqtli ajrata olish qobiliyatini uyg‘ongan holatning relaksatsiya vaqti darajasigacha oshiradi. Agar atomlarning bir jinsli spektral kengligi, ularning relaksatsion vaqti bilan bog‘liq bo‘lgan spektral kenglikdan katta bo‘lsa, prinsipial jihatdan eng yuqori chegaraviy vaqtli ajrata olish qobiliyatiga erishiladi. g) Metodning selektivlik darajasi . Odatdagi spektroskopiyada selektivlik darajasiga, chegara qo‘yadigan holat, ikkita o‘zaro yaqin joylashgan spektral chiziqlarning kengligi tufayli bir-biriga kirishish hodisa ekanligini yaxshi bilamiz. Shu sababdan odatdagi spektroskopiyada, masalan, uglerod 12 S atomi spektridan radiouglerod 11 S spektrini alohida ajratib ko‘rsatishning iloji yo‘q, chunki ularning spektral chiziqlari o‘zaro juda yaqin joylashgan. Bu noqulayliklarga qaramasdan lazer fotoionizatsion usul bilan bu qiyinchilikni osonlashtirib, 11 S radiouglerod spektrini alohida qayd qilishga erishilgan. Bosqichma-bosqich ionlashtirishning muhim qulayligi shundaki, umumiy fotoionizatsiya jarayonidagi selektivlik har bir bosqichdagi selektivliklar 7 ko‘paytmasiga teng. Shu sababli umumiy selektivlik darajasini nazariy jihatdan ~10 17 ¸ 10 20 qiymatlargacha yetkazish mumkin. d) Va nihoyat metodning universalligi shundaki, uni istalgan atom yoki molekulaga nisbatan qo‘llash mumkin. Yutilish spektrlari lazerlarining generatsiya sohasida yotgan murakkab tuzilishdagi atomlarga ham muvaffaqiyat bilan qo‘llash mumkin. Ba’zi bir qiyinchiliklar mavjud vodorod, geliy, galogenlar, inert gaz atomlarini uyg‘otishda. Chunki, ularning birinchi rezonans holati vakuum ultrabinafsha oblastida yotibdi. Atomlarni rezonans ionlashtirish bir nechta usullar asosida amalga oshirilishi mumkin. 1.2- rasm. Uyg‘ongan atomlarni rezons ionlashtirish usullari a-to‘g‘ridan-to‘g‘ri kontinumga norezonans usulda fotoionlashtirish, b-elektr maydon impulslari ta’sirida ionlashtirish, v-avtoionizatsion sathlarga rezonans uyg‘otish orqali ionlashtirish Bu sxemalarni rasmiy ravishda quyidagicha klassifikatsiyaga ajratish mumkin. Atomlarning uyg‘ongan sathlari ionlashtirish chegarasidan uzoqda joylashgan bo‘lsa, faqat lazer nuri yordamida effektiv ionlashtirish mumkin. Bu y erda ikkita variant mavjud: biri to‘g‘ridan-to‘g‘ri kontinumga norezonans usulda fotoionlashtirish bo‘lsa, ikkinchisi avtoionizatsion sathlarga rezonans uyg‘otish orqali ionlashtirish. 8 Atomlarning birinchi rezonans sathlari asosiy sathdan yetarlicha uzoqda bo‘lmasa, unda yuqori uyg‘ongan ridberg sathlari orqali bosqichli ravishda uyg‘otish mumkin. Atomning yuqori uyg‘ongan ridberg holatlari quyidagi yo‘llar bilan effektiv ionlashtiriladi: elektr maydon ta’sirida, infraqizil nurlar yordamida va begona atomlar bilan to‘qnashishi natijasida. Ridberg va avtoionizatsion sathlar ishtirokidagi ionlashtirish sxemalari odatda bir, ikki va uchta bosqichdagi uyg‘otuvchi lazerlarini qo‘llash bilan amalga oshiriladi. Atomlarning ko‘p bosqichli selektiv fotoionizatsiya sxemalarini taqqoslash shuni ko‘rsatadiki, eng yuqori chegaraviy sezgirlik darajasiga tor avtoionizatsion sathlar orqali ionlashtirish sxemasi yordamida erishish mumkin. Bu usulda lazer impulslarining eng kam energiyasida ham 100% li ionlashtirish effektivligiga erishishi mumkin. Bu sxemani faqat tor spektral kenglikka ega bo‘lgan avtoionizatsion sathlari mavjud bo‘lgan atomlargagina qo‘llash mumkin. Shu ma’noda bu sxemani barcha atomlarga nisbatan qo ‘ llab bo‘lmaydi. Davriy sistemadagi rangli metall atomlari uchun eng qulay sxema, bu neytral atomni bosqichli ravishda lazer nurlari tasirida yuqori uyg‘ongan ridberg sathlarigacha uyg‘otish, so‘ngra faqat uyg‘ongan atomlarni qisqa elektrik maydon ta’sirida ionlashtirishdir. Chunki bu atomlarda tor avtoionizatsion sathlar mavjud emas, agar bo‘lsa ham, ionlashish chegarasidan juda yuqorida. Maxsus holatlardagina (qaysiki ta’sirlashish zonasiga elektrodlar o‘rnatish mumkin bo‘lmagan hollardagina) infraqizil nurlar ta’siridagi ionlashtirish sxemasini qo‘llash mumkin. Va nihoyat, ba’zi turdagi atomlarni, atomlar dastasida emas, balki atom bug‘lari yoki bufer gazlar ishtirokida ionlashtirish qulayroq. Bunday hollarda norezonans ionlashtirish sxemasidan foydalaniladi. Unda bir, ikki yoki uch bosqichli uyg‘otish sxemasidan foydalanish mumkin. Har bir sxemalarda ionlashtirishning effektivligini xarakterlovchi ko‘ndalang kesma yuza parametri kiritiladi. Bu ta’sirlashish sohasidagi barcha atomlarni to ‘ liq ionga aylantirish uchun zarur bo‘lga lazer nurlarining energetik zichligini 9 xarakterlaydi. Bu parametr bo‘yicha eng qulay sxema, ridberg holatlar orqali, qisqa elektrik impulslar yordamida ionlashtirishdir. Agar kontinumga ionlashtirishning effektiv kesma yuzasi 10 -19 ¸ 10 -17 sm 2 bo‘lsa, ridberg holatlar uchun bu parametr 10 -14 ¸ 10 -12 sm 2 tengdir. 1.3. Ikki bosqichli fotoionizatsiya jarayonining kinetikasi Ko‘p bosqichli selektiv fotoionizatsiyalashning eng oddiy usuli- bu ikki bosqichli oraliq uyg‘ongan energetik sath orqali kontinuumga, ya’ni yalpi spektr sohasiga fotoionizatsiyalash hisoblanadi. Bu usulni juda takomillashgan optimal sxema deb bo‘lmasada, lekin birinchi muvaffaqiyatli tajriba rubidiy atomlari misolida o‘sha usul yordamida amalga oshirilgan. Atomlarni lazer nurlari yordamida selektiv fotoionizatsiyalash bir necha usullar bilan amalga oshiriladi, lekin ular asosan atomlarning oraliq kvant holatlariga bir yoki bir necha lazer nurlari yordamida uyg‘otiladi va keyin faqat uyg‘ongan atomlargina qo‘shimcha lazer nurlari, yoki elektr maydoni yordamida ionlashtiriladi. Biz bu jaroyonning kinetikasini qarab chiqamiz. Faraz qilaylik, birinchi lazer nuri 1 chastota bilan atomlarni asosiy birinchi sathdan, uyg‘ongan ikkinchi sathga o‘tkazsin. Bir vaqtning o‘zida 2  chastotali ikkinchi lazer nuri faqat uyg‘ongan atomlarnigina fotoionizatsiyalashtirsin. U holda 211    h h E h i    (1.1) 1.3- rasm. Ikki bosqichli fotoionizatsiyaning kinetikasi 10 iE - atomni ionlashtirish chegaraviy energiyasi. Uzluksiz lazer yordamida atomlarni birinchi energetik sathdan ikkinchi energetik sathga uyg‘otish tezligi quyidagicha aniqlanadi. 11 1 I W  Bu yerda 2 1 21 1 2 A        (1.2) 1  - radiatsion kvant o‘tishlarning ko‘ndalang kesma yuzasi 1 I - u yg‘otuvchi lazer nurining intensivligi (foton•sm -2 •s -1 ) 21A - kvant o‘tishlar uchun Eynshteyn koeffitsenti  - atomning tabiiy spektral kengligi. Kvant o‘tishlarni energetik to ‘ yintirish uchun quyidagi shart bajarilishi zarur (1) 1 1 1 1 (2 ) нас I I       (1.3) )1( насI - b irinchi kvant o ‘ tishlarning t o ‘ yinish intensivligi Agar 1 21 21 1    А   bo‘lsa, u holda 2 1 1 1 2         (1.4) Uzluksiz lazer nurlari yordamida atomlarni fotoionizatsiyalash tezligi 2 2 2 IW   (1.5) 2  - fotoionizatsiyalashning ko‘ndalang kesma yuzasi. Har bir u yg‘ongan atom ion holatga to‘liq o‘tish uchun 2I ionlashtiruvchi lazer nurining intensivligi q u yidagi shartni qanoatlantirishi zarur. ( 2 ) 1 2 2 1 ( ) нас I I       (1.6) Agar (1.3) ni hisobga olsak ( 2) (1) 1 2 2нас пас I I I      (1.7) yoki 11 ( 2 ) (1) 2 1 нас насI I    (1.8) (1.8) dan ko‘rinadiki, barcha uyg‘ongan atomlarni to‘liq ionlashtirish uchun uyg‘otuvchi lazer nuri intensivligi 1 22   nisbatni qanoatlantirish kerak bo‘ladi. Agar biz atomlarni uzluksiz nurlanishi emas, balki (1)н va ( 2 ) н  vaqt davom etadigan lazer impulsiga ega bo‘lgan va atomlarning 1 - radiatsion vaqtidan kichik bo‘lgan lazer impulslari bilan uyg‘otsak, u holda lazer nurlanishlarining energetik zichligi (  ) quyidagi shartlarni qanoatlantirishi zarur. 1)1( 1 )2(    нас 1 2)2( 2       нас (1.9) Hozirgacha qaralgan kinetika jarayonlarda atomlar zichligini (qatlamini) juda yuqori deb hisoblamadik. Optik jihatdan yupqa qatlam deb qaradik. Agar atomlar qatlami zich bo‘lib, uyg‘otuvchi yoki ionlashtiruvchi lazer nurlari dastlabki qatlamda kuchli yutilsa (energetik to‘yinish yuz bermasa) unda bu tenglamada atomlar soni ( 0 N )ni hisobga olishga to‘g‘ri keladi. Ikki bosqichli fotoionizatsiya jarayonining kinetikasini qaraganda atomlar zichligi D hisobga olinadi: ya’ni u quyidagi shart orqali yoziladi. 1 0 1 D N l    (1.10) 0N - atomlar soni , l - optik qatlam qalinligi . Agar kvant o‘tishlarda energetik to‘yinish yuz bersa, u holda asosiy holatidagi barcha atomlar 0(N ) birinchi uyg‘ongan sathga chiqariladi va barcha uyg‘ongan atomlarning yarimi ion holatga o‘tadi, ya’ni 2 1 1 2 N N  bo‘ladi. Bu sohadagi dastlabki tajriba 1971 yil Rossiya Fanlar Akademiyasining Spektroskopiya Instituti (ISAN)da prof. V.S. Letoxov rahbarligida rubidiy atomlari misolida amalga oshirilgan. Rubidiy atomlari to ‘ lqin uzunligi silliq o‘zgara oladigan lazer yordamida A 7950 1  lazer nuri bilan 2 2 1 2 1 25 5 s S p P  oraliq sathga selektiv ravishda uyg‘otildi. Rubin lazerining ikkinchi garmonikasi ( 3471 ) A    12 yordamida uyg‘ongan atomlar ionlanish chegarasidan yuqorigacha (kontinuumgacha) chiqarilib, ionlashtirildi. Maxsus kamirada rubidiy atomlariС t 0 44  ga qizdirildi va 10 -3 mm. simob ustuniga teng bug‘ bosimi hosil qilindi. Tajriba natijasida rubidiy atomlariga tegishli quyidagi parametrlar aniq lan di. - Rb atom i spektrining doppler ch a kengligi 9 1 4 10 D c    ( 100 )T C   - uyg‘otishning ko‘ndalang kesma yuzi σ 1 = 10 -1 1 sm 2 - uyg‘ongan holatdan fotoionizatsiyalashning ko‘ndalang kesma yuzi σ 2 = 10 -1 8 sm 2 - uyg‘ongan k vant holatni ng radiatsion vaqti σ 1 =2,6· 10 -8 sm 2 - u yg ‘ otishni to‘yinish energiya zichligi (1) 8 2 1 1, 2 10 нас h дж см        - f oto io n izatsiya lashni ng t o‘ yinish energiya zichligi ( 2 ) 8 2 2 0, 42 10 нас h дж см        Bunday optimal sxema orqali rubidiy atomlarini fotoionizats i ya si amalga oshirildi. Chunki, lazerning barcha parametrlari, rubidiy atomlarining to‘yinish qiymatidan yuqori edi. Endi selektiv ravishda uyg‘otilgan atomlarni ionlashtirishning bir necha usullari bilan tanishamiz. Ikki bosqichli fotoionizatsiya jarayonining kinetikasini optik jihatdan yupqa qatlamli atomlar uchun qarab chiqamiz. U holda (1.10) formula birinchi va ikkinchi bosqich uyg‘otishlar uchun quyidagi shartni qanoatlantirishi kerak.       1 1 2 2 1 1 l N l   (1.11) Asosiy holatdagi atomlar soni 1N , oraliq holatga uyg‘otilgan atomlar soni 2 N va ionlashgan atomlar soni iN deb olib, atomlarni uyg‘otish va ionlashtirish jarayonini quyidagi vaqtga bog‘liq bo‘lgan differensial tenglama orqali yozish mumkin: 13 1 1 1 2 2 1 2 1 1 2 2 2 2 2 1 2 2 1 ( ) ; N ( ) 0 1 ( ) ; N ( 0) 0 ; ( ) 0 a i idN W N N N t v dt dN W N N W N N t dt dN W N N t v dt                        (1.12) Ushbu jarayonda energetik sathlarning multipletligini 1 3 5 ( , , ) 2 2 2j  hisobga olmaymiz va barcha energetik sathlar yagona energetik sathdan iborat deb qaraymiz. (1.12) kinetik tenglama atomlar sistemasiga uzluksiz uyg‘otuvchi lazer ta’sir qilganda to‘g‘ri hisoblanadi. U holda energetik sath larning radiatsi o n vaqti 1 1 21 A    teng. Agar uyg‘otuvchi lazer nurining impulsini to‘g‘ri burchakli impuls shaklda deb qarab , ular ikkinchi lazer bilan sinxron ishlasa, fotoionizatsiya jarayonida hosil bo‘lgan ionlar soni quyidagicha aniqlanadi:    t t а а а а i е а а а е а а а N N 2 1 2 1 2 2 1 2 2 1 0 2 2 1            (1.13) (1.13) formulada 1a va 2 a lar mos ravishd a quyidagiga teng. 2 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 (1 ) 2 1 2 W a W W W a W W                           (1.14) (1.13) dagi 1 2 1 2 ( ) ( )a a a a  nisbat 2 1 2W W  va 0.18 qiymatlarda maksimumga erishadi. Shunday qilib, fotoionizatsiya jarayonining vaqti 14 1 1 2 2 2 2 1 2 1 1 1 1 1 1 1 2 2 i W W T a a W W W                               (1.15) (1.15) formuladan iT ning maksimal qiymatiga 2 1 2 W W  bo‘lganda erishadi. Demak , har bir uyg‘ongan atomning ion holatiga o‘tishi uchun quyidagi shart bajarilishi zarur : 112 1 ,  WW yoki 2 1 1 2 2 I I    (1.16) (1.16) dan shunday xulosa chiqadiki, barcha uyg‘ongan atom lar ion holatiga o‘tishi uchun ionlashtiruvchi lazer nurining intensivligi 2I uyg‘otuvchi lazer nuri intensivligi 1I dan taxminan 1 2 (2 )   marta katta bo‘lishi kerak. Albatta biz, bu yerda lazer nurlarining kogerentligi va energetik sathlarning mult i pletligini hisobga olmadik. Agar bu ikki faktorni hisobga olsak, tenglama ancha murakkablashadi. 1.4. Atomlarni bosqichli u yg‘otish va ionlashtirish usullari Atomlarni bosqichma-bosqich selektiv u yg‘otishning eng sodda yo‘li bu ikki bosqich li u yg‘otish. Bunda 1  chastotali lazer yordamida atomlar oraliq holatga uyg‘otiladi va so‘ngi 2  chastotali lazer bilan uyg‘ongan atomlar ionlashtiriladi. (1.4- rasm a) Ionlashtirish potensiali yuqori bo‘lgan atomlarda uch bosqichli usul qo ‘ llaniladi. Bunda 1 h va 2 h energiyali lazer nurlari yordamida yuqori kvant sathlarga uyg‘otiladi va 3h energiyali lazer nuri bilan faqat uyg‘ongan atomlar ionlashtiriladi. (1.4 rasm b). 15 1.4- rasm. Atomlarni bosqichli uyg‘otish usullari a- ikki bosqichli, b- uch bosqichli Ushbu ikki usulning asosiy kamchiligi uyg‘otish va ionlashtirish jarayonlari ko ‘ ndalang kesma yuzasining kichikligi. Ushbu kamchiliklarni kamaytirish maqsadida uyg‘otishning oxirgi bosqichida ionlashtirish uchun infraqizil lazer nurlarini yoki qisqa elektrik impulslarni qo ‘ llash yaxshi natija beradi. Bunda o‘zaro ta’sir jarayoni norezonans xarakteridan – rezonans xarakterga o‘tadi. 1.5- rasm. Uyg‘ongan atomlarni ionlashtirish usullari Uyg‘otilgan atomlarni ionlashtirishning bir-biridan farq qiladigan uchta yo‘li mavjud: 1). Uyg‘ongan atomlarni qo‘shimcha lazer nuri yordamida to‘g‘ridan-to‘g‘ri kontinumga ionlashtirish.(1.5- a-rasm). 2). Uyg‘ongan atomlarni yetarlicha tor spektral kenglikka ega bo‘lgan avtoionizatsion holatlar orqali ionlashtirish. ( 1.5- b -rasm). 16 3). Atomlarni ionlanish chegarasiga yaqin joylashgan ridberg holatlaridan qisqa impulsli elektr maydoni ta’sirida ionlashtirish.(1.5- c –rasm.) Ushbu usullar bir-biridan ko ‘ ndalang kesma yuzasining katta yoki kichikligi bilan farq qiladi. Birinchi usulda uyg‘otish norezonans xarakterga ega bo‘lganligi uchun kvant o‘tishlarning effektivligi yoki ko ‘ ndalang kesma yuzasi σ k =10 -19 -10 -18 sm 2 ga teng. Ikkinchi usulda fotoionizatsion jarayonining effektivligi avtoionizatsion sathning spektral kengligiga bog‘liq bo‘lib, σ avto = 10 -1 7 -10 -15 sm 2 ga teng. Uchinchi usulda jarayonning effektivligi oxirgi ridberg sathlarining spektral kengligi va ossillyator kuchlari bilan bog‘liq. Odatda bu qiymat σ rid = 10 -1 4 -10 -12 sm 2 atrofida bo‘ladi. Endi har bir usullarni alohida ko‘rib chiqamiz. Ko‘pchilik atomlar uchun fotoionizatsiya jarayonining ko ‘ ndalang kesma yuzasi (k ) asosiy holat uchun o‘lchangan, lekin uyg‘ongan oraliq sathlardan bu kattalik o‘lchangan emas. Shu sababli uyg‘ongan sathlardan 2 ni o‘lchaganda oraliq sathning to‘yinish darajasi kuchsiz yoki kuchli bo‘lgan ikki holat mavjud: Uyg‘otish tezligi yuqori bo‘lgan holda (  1 111 1  ФWG i   ) kvant o‘tishlarda to‘yinish yuz beradi. U holda (1.13) formulaga asosan ionlar zichligi quyidagicha aniqlanadi.       22 21 0 1 Ф i eN  (1.17) (1.17)dan ko‘rinadiki, ionlashtirishning ko‘ndalang kesma yuzasi  2 ni aniqlash uchun ionlar soni va ionlashtiruvchi nurning energiya zichligini bilish kerak. Ionlashtirish tezligi yuqori bo‘lgan holda (  222 22 ФWG i    ) ionlashtirish jarayonida to‘yinish yuz beradi. Bunda (1.13) formulaga muvofik hosil bo‘lgan ionlar zichligining ionlashtirish tezligiga bog‘lanishini ikkita chegaraviy holatda qarash mumkin. 1. Uyg‘otuvchi nurning kuchsiz to‘yinishi mavjud bo‘lganda ( 1 1 G ) fotoionizatsiyalashning ikki holati bo‘lishi mumkin: 17 A) ( 1 2 G ) bo‘lganda hosil bo‘lgan ionlar soni: 0211 21 NGGN  (1.18) B) ( 1 2 G ) bo‘lganda, ionlar soni0 1 1 N G N  (1.19) teng. Agar uyg‘otuvchi lazer nurlari tomonidan kvant o‘tishlarni energetik to‘yinishlariga erishilsa, unda ionlanish tezligiga bog‘liq bo‘lmaydi. U holda (1.18) va (1.19) quydagicha aniqlanadi. 2 2 2 2    G (1.20) 2. Uyg‘otuvchi lazer nurining kuchli to‘yinishi mavjud bo‘lganda ( 1 1 G ), (1.13) formuladan: 02 21 NGN i  qachonki 1 2 G (1.21) 0N Ni qachonki 1 2 G (1.22) (1.21) va (1.22) to‘g‘ri chiziqlarning kesishgan nuqtasi   А (1.20) bilan aniqlanadi va u 1.6- rasmdagi grafikda ko‘rsatilgan. 1.6- rasm. Kvant o‘tishlarning energetik to‘yinishi Shunday qilib, fotoionlar soni ( iN ) ning lazer energiyasi zichligiga bog‘lanish grafigi orqali uyg‘ongan sathdan fotoionlashtirish kesma yuzasi 2 ni aniqlash mumkin. Ushbu usul bilan seziy va rubidiy atomlarining uyg‘ongan sathlaridan fotoionizatsiyaning ko‘ndalang kesma yuzalari tajribalarda aniqlangan. 18 Endi atomlarni uyg‘ongan holatdan avtoionizatsion holatlar orqali ionlashtirish jarayonlarini kengroq qarab chiqamiz. 1.5. Atomlarni yuqori uyg‘ongan avtoionizatsion holatlar orqali ionlashtirish Umuman atomning avtoionizatsion holatlari uning valent elektroniga nisbatan olingan, ionlanish chegarasidan yuqorida joylashgan diskret holatlar hisoblanadi. Bu holatlar atomning ichki qobig‘idagi elektronlarni uyg‘otish natijasida hosil bo‘ladi. Lekin ko‘p elektronli atomlarda quvvatli lazer nuri ta’sirida bir vaqtning o‘zida ikkita va undan ortiq valent elektronlarning uyg‘otilishi natijasida ham avtoionizatsion holatlar hosil bo‘lishi mumkin. Bunday holatlarni siljigan elektron holatlar deb ataydi. Atomning pastki elektron holatlaridan avtoionizatsion holatga o‘tkazish rezonans xarakterga ega bo‘lib, bunday kvant o‘tishlarning ehtimoliyati, to‘g‘ridan-to‘g‘ri kontinuumga ionlashtirishga nisbatan ikki tartibga katta ( σ avto ≈ 10 -17 sm 2 ). Avtoionizatsion holatga uyg‘otilgan atomlar nur chiqarish yo‘li bilan asosiy holatlarga qaytishi mumkin, yoki nur chiqarmasdan bir elektronini yo‘qotgan holda, ion holatga o‘tishi mumkin. Bu ikki holda ham qaysi birining ehtimoliyati katta bo‘lsa, elektron shu kanal bo‘yicha avtoionizatsiyaga uchraydi. Avtoionizatsiya vaqti qisqa bo‘lsa, holatning kengligi kengroq bo‘ladi. Hozirgacha davriy sistemadagi inert gazlardan argon  Ar , kripton   Kr , ksenon   Xe va ishqoriy-yer elementlarining ba’zilari, uran va lantanoid guruhidagi qator elementlarning avtoionizatsion holatlari o‘rganilgan. Avtoionizatsion holatlar - ko‘p pog‘onali lazer fotoionozatsion spektroskopiya metodining o‘rganishi mumkin bo‘lgan tabiiy ob’ektlaridan biridir. Ular ham ridberg holatlari kabi ikki yoki uch pog‘onali usul bilan uyg‘otiladi. Ikkinchidan avtoionizatsion holatga uyg‘ongan atomlar tezda ion-elektron juftligi hosil qilib yemiriladi va ularni ionizatsion usul bilan qayd qilish juda oson. Lazer spektroskopiya metodlari ko‘p elektronli atomlardagi juda tor spektral kenglikka ega bo‘lgan avtoionizatsion holatlarni o‘rganishga imkon beradi. Bunga misol sifatida, godaliniy atomidagi spektral yarim kengligi Г=0,05 sm -1 19 yashash vaqti нс5,0   bo‘lgan o‘ta tor kenglikdagi avtoionizatsion holatning kuzatilishini misol keltirish mumkin. O‘ta tor spektral kenglikka ega bo‘lgan avtoionizatsion holatlarning paydo bo‘lishi ularning kontinuum bilan o‘zaro ta’siri natijasida yuz berishi mumkinligi to‘g‘risida qator avtorlarning nazariy va eksperimental ishlari mavjud. Avtoionizatsion holatlar to‘g‘risida eng to‘liq nazariya U.Fano tomonidan ishlab chiqilgan. U atomlarning ionlanish chegarasidan yuqorida, ya’ni yalpi spektr sohasida diskret holatlarning mavjudligi, bu holatning ionlanish chegarasi, pastdagi diskret holatga ta’sir qilishi, ya’ni interferensiyasi mavjudligini birinchi bor aniqladi. Natijada avtoionizatsion spektrlarning formasi o‘zgarib asimmetrik holatga keladi. Kuchli lazer nuri maydonida avtoionizatsion spektrlar o‘zgarib, yangi avtoionizatsion spektrga o‘xshash holatlar paydo bo‘lishiga olib keladi. U esa diskret energetik holatlar o‘rtasidagi interferension hodisalarni yanada kuchaytiradi. Lazer nurlari yordamida atomlarni ko‘p bosqichli fotoionizatsiya usuli bunday hodisalar ustida sistematik ravishda tadqiqotlar olib borishga imkon beradi. Kvanto mexanik nuqtai nazaridan avtoionizatsion holatlarning paydo bo‘lish mexanizmi ikki yo‘l bilan tushuntiriladi. a) birinchidan, avtoionizatsion holatlar atomning ichki qobig‘ida joylashgan elektronning uyg‘otilishi natijasida hosil bo‘lishi mumkin. Bunda bo‘sh qolgan elektron o‘ringa, yaqin joylashgan qobiqdan elektronning siljishi kuzatiladi va elektron atomdan uzib olinadi. b) ikkinchidan, avtoionizatsion holatlar bir vaqtda ikkita valent elektronning bir vaqtda, bir impulsda uyg‘otilishi natijasida ham paydo bo‘ladi. Avtoionizatsion holatlarni K - qobiq yoki F — qobiqdan uyg‘otish energiyasi s6 holatdan valent elektronini uzib olish uchun yetarli bo‘ladi. Agar valent elektronlarning yig‘indi energiyasi, atomning ionlanish energiyasidan katta bo‘lsa, u holda valent qobig‘ida elektronning ikkilangan uyg‘otishi yuz beradi va avtoionizatsion holat hosil bo‘ladi. 20 Avtoionizatsion holatlarni izlash, atom fizikasidan tashqari, lazer fotoionizatsion metodning effektiv sxemalarini ishlab chiqish uchun ham muhim ahamiyatga ega. Bunday holatlarga uyg‘otishning effektiv kesma yuzasi 10 -16 –10 -15 sm 2 bo‘lib, bu to‘g‘ridan-to‘g ‘ ri kontinumga ionlashtirishning effektiv kesma yuzasidan bir-ikki tartibda ziyod. Bu esa o‘z navbatida ko‘p bosqichli uyg‘otish usulidagi effektiv sxemalarni ishlab chiqishda qo‘l keladi. O‘ta tor spektral kenglikka ega bo‘lgan avtoionizatsion holatlarning tajribada kuzatishga o‘tishdan oldin, biz ko‘p elektronli atomlarda tor avtoionizatsion holatlarning paydo bo‘lish mexanizmini itterbiy atomi misolida qarab chiqamiz. Itterbiy atomining asosiy elektron konfiguratsiyasi2 6 2 14 2 70 6 5 5 4 ... 1 s p s f s Yb  . s6 -elektron -valent elektronlaridir, qolganlari qoldiq atomni tashkil qiladi. Bunday elektron sistemalar uchun ikki tipdagi avtoionizatsion holatlar mavjud: Birinchi tipdagi avtoionizatsion holatlar ichki elektron qobiqdan uyg‘otilgan elektronlarga tegishli bo‘lsa, ikkinchi tipdagi avtoionizatsion holatlar valent elektronining ikki karra uyg‘otilishidan hosil bo‘ladigan holatlar hisoblanadi. 1.7- rasm. Atomlarda avtoionizatsion holatlarning paydo bo‘lish mexanizmi 1.7- rasmda itterbiy atomlarning avtoionizatsion holatlari paydo bo‘lishi sxematik ravishda keltirilgan. Atomlarning ionlanish chegarasi "0" raqami bilan belgilangan. 21 a) K - elektronlarni u yg‘otish orqali hosil bo‘ladigan avtoionizatsion holatlar ; b) f 4 - elektronlarni u yg‘otish orqali hosil bo‘ladigan avtoionizatsion holatlar ; c ) s6 - elektronlarni (valent elektronlarni) u yg‘otish orqali paydo bo‘ladigan avtoionizatsion holatlardir. Valent elektronlarni ikki karrali uyg‘otganda ham avtoionizatsion holatlar hosil bo‘lishi mumkin, agar valent elektroni uyg‘otishining ikki karrali energiyasi, atomning ionlanish energiyasidan katta bo‘lsa, oddiy hisob-kitoblarning ko‘rsatishicha, ikki karrali uyg‘otish orqali hosil bo‘ladigan avtoionizatsion spektrlar juda tor kengayishga ega bo‘ladi. Model potensial metodi orqali avtoionizatsion holatning o‘rni va spektral kengligini aniq hisoblash mumkin. 1.6. Atomlarni yuqori uyg‘ongan ridberg holatlari orqali ionlashtirish Atomlarni rezonans ionlashtirishda eng keng qo‘llaniladigan effektiv universal yondashuv bu-atomlarni ko‘p bosqichli rezonans usul bilan ionlanish chegarasi pastida joylashgan yuqori uyg‘ongan (ridberg) holatlarigacha uyg‘otish va so‘ngra, faqat uyg‘ongan atomlarni qisqa impulsli elektr maydoni yoki, infraqizil lazer nurlanishi yoki begona atomlar bilan to‘qnashish natijasida ionlashtirish hisoblanadi. (1.8-rasm). 22 1.8- rasm. Yuqori uyg‘ongan atomlarni ionlashtirish usullari Bu yondashuv ridberg holatlarining o‘ziga xos spektroskopik xossalariga asoslangan. Shu sababli ridberg atomlarining elektr maydon ta’sirida yuz beradigan ba’zi o‘zgarishlarga to‘xtalamiz. Atomlarning radiuslari bosh kvant soni n o‘zgarishiga qarab quydagicha o‘zgaradi : 2 0n a r  (1.23) bu y erda a o - Borning birinchi radiusi n - bosh kvant soni Yuqori uyg‘ongan ridberg holatlarigacha u yg‘otilgan atomlarning elektronlari yadroning Kulon maydonida bo‘ladi. Atomlarining yuqori uyg‘ongan ridberg holatlarini tadqiq qilish, atom energetik sathlaridagi nozik va o‘ta nozik strukturalarni, kvant defektlarni, izotopik siljishlarni, ridberg va avtoionizatsion holatlar o‘rtasidagi o‘zaro ta’sir mexanizmlarini o‘rganishga imkon beradi. Atomlarning uyg‘ongan holatlari ichida birinchi guruhni yuqori uyg‘ongan holatlar egallaydi. Ko‘pchilik hollarda ionlanish chegarasiga yaqin joylashgan energetik holatlarni ridberg holatlari deb ataydilar. Ridberg holatlarida atomlarning valent elektronlari atomning yadrosi bilan kuchsiz bog‘langan. Shu sababli bunday atomlarni kuchsiz tashqi maydon ta’sirida osongina ionlashtirish mumkin. Ikkinchi tomondan, elektronning yadro bilan kuchsiz bog‘langanligidan bu holatlarning yashash vaqti ham odatdagi energetik holatlar vaqtidan bir necha barobar katta. Bu xususiyati jihatdan yuqori uyg‘ongan Ridberg holatlari atomning rezonans va metastabil holatlari oralig‘ida joylashgan holatlardir. Endi yuqori uyg‘ongan Ridberg holatlarning ionlanish potensialini, ya’ni elektronning bog‘lanish energiyasini aniqlaymiz. Elektronning atom yadrosi bilan o‘zaro bog‘lanish potensiali quyidagicha aniqlanadi. )()( 2 rV re rU  (1.24) 23 bu y erda r - elektron va yadro o‘rtasidagi masofa e - elektron zaryadi rV - elektronning atom yadrosi bilan qisqa ta’sirlashish potensiali. Bu y erda asosiy rolni K ulon o‘zaro ta’sir maydoni o‘ynaydi. Agar faqat qisqa ta’sirlashish potensialini hisobga olsak, biz vodorod atomiga ega bo‘lamiz. Uning potensiali 20 nE E n  (1.25) bu yerda n - bosh kvant soni 2 4 0 me E  eV6, 13 - ionlashtirish potensiali  - Plank doimiysi m - elektron massasi. E ndi Kulon o‘zaro ta’sir asosiy rolni o‘ynagani holda qisqa ta’sirlanishning asosiy qiymatini aniqlaymiz. Bu ta’sir natijasida qaralayotgan energetik holatlar siljiydi, ya’ni: ______ 2 0 )(/ rVnEE n  (1.26) ______ )(r V dagi chiziqcha elektronlarning atomdagi o‘rtacha taqsimotini xarakterlaydi. Bu o‘z navbatida quyidagicha aniqlanadi. WVV )(~__  (1.27)   aV - qisqa ta’sir potensiali W - uyg‘ongan atomlarning ta’sirlashish oblastida paydo bo‘lish ehtimoliyati. O‘z navbatida 3 1 ~ n W qaysiki 1  n bo‘lsa bularni hisobga olgan holda (1.26) ni quyidagicha yozish mumkin. 2 02 0 /)/(   nInII en    2*0 20 nE nE E n   (1.28) 24 (1.28) dagi  - kvant defekti deb ataladi. Bu parametr energetik holatlarning qisqa ta’sirlashish potensial maydoni ta’sirida siljishini ifodalaydi.*n - esa effektiv kvant soni deyiladi. Energetik holatlarning kvant deffekti orbital momentning oshishi bilan keskin kamayadi. Haqiqatdan ham orbital momentning oshishi elektronning yadro atrofidagi qisqa ta’sirlashish potensialida paydo bo‘lish ehtimoliyatini kamaytiradi. Bu qisqa ta’sirlashish potensialining oshishi bilan va o g‘ ir atomlarda bosh kvant sonining boshlanish hisobi bilan bog‘liq. Masalan: s eziy atomi s6 valent elektroni uchun ionlanish potensiali eV 89,3 ga teng, bunda 6n , 87.1 *   n , albatta 13,4 * n n . bu farq bosh kvant sonining oshishi bilan juda katta qiymatlarga o‘zgarmaydi. S eziyning s elektroni uchun bu qiymat 4 atrofida. Yuqori uyg‘ongan atomlarning yana bir muhim parametrlaridan biri uning nurlanish vaqti . Y uqori uyg‘ongan holatlarning nurlanish vaqtini quyidagicha ifodalash qulay. 3* n nin    (1.29) Elektr maydoni atomlarni lazer nurlari yordamida u yg‘otilgandan so‘ng, impuls ta’riqasida beriladi. Shu sababli Shtark effekti bu holda kuzatilmaydi, chunki elektr maydon impulsi ridberg holatlari lazer nurlari ta’sirida uyg‘otilgandan so ‘ ng beriladi. Bunda energetik sathlar bo‘linmaydi, kengaymaydi va siljimaydi. Ionlashishning effektivligi 100% ga bormasligi mumkin, chunki atomlar pog‘onali ravishda uyg‘otilishda oraliq holatlarda qolib ketadi. Yuqorida qayd etilgan ridberg holatlarga uyg‘otilgan atomlarni ionlashtirishdagi uch yondashuv haqida qisqacha to‘xtalamiz: a) Elektr maydon ta’sirida ionlashtirish Atomning elektron spektrini elektr maydoni shunday o‘zgartiradiki, natijada ionlanish chegarasidan pastda joylashgan bir qism diskret energetik holatlar kontinuumga tutashib ketadi va avtoionizatsiya yuz beradi. Bu sxematik ravishda 1 .9 - rasmda keltirilgan. 25 1.9- rasm. Yuqori uyg‘ongan atomlarni elektr maydoni orqali ionlashtirish Avtoionizatsiyaning ehtimoliyati bosh kvant sonining oshishi bilan oshib boradi. Bu jarayonni nazariy yo‘l bilan baholash mumkin. Yuqori holatlarga uyg‘otilgan elektronning tashqi elektr maydonidagi potensial energiyasi  zE rrV  1 (1.30) E -elektr maydon kuchlanganligi z -o‘qi bo‘yicha yo‘nalgan r - yadro markazidan elektrongacha bo‘lgan masofa. Potensial energiya 21 max  E r da maksimal qiymatga ega bo‘ladi, ya’ni   21 max 2 ErV  (1.31) Bosh kvant sonining n qiymatida elektron energiyasi   1 2 2   nE n (1.32) Bosh kvant soni n bo‘lgan diskret holatning elektr maydon ta’sirida kontinuumga o‘tishi uchun   maxr V En (1.33) bo ‘ lishi kerak. U holda elektr maydon kuchlanganligining kritik qiymati ( krE ) teng.   4 2   nE kr (1.34) (1.34) dan ko‘rinadiki, har bir bosh kvant soniga elektr maydon kuchlanganligining bitta kritik qiymati mos keladi. Lazer nurlari va elektr maydonining atomga birgalikdagi ta’sirining effektiv kesma yuzasi 26 u R u      (1.35) R - ridberg holatini uyg‘otishning ko‘ndalang kesma yuzasi u - ionlashtirish ehtimoliyati. Elektr maydon kuchlanganligini tanlash yo‘li bilan 1u erishish mumkin. Natijada butun jarayonning effektivligi ridberg holatlariga uyg‘otishning ko‘ndalang kesma yuzasiga bog‘liq bo‘ladi. Bu esa o‘z navbatida 2 15 12 10 10 sm R   ¸   atrofida bo‘ladi. Elektr maydon kuchlanganligining kritik qiymati natriy atomi misolida tajribada o‘lchangan. Natriy atomlari ikki bosqichli lazer nurlari bilan ridberg holatlarigacha uyg‘otilgan va uyg‘ongan atomlar elektr maydonida ionlashtirilgan. Natriyning 15n energetik holati uchun smkV E kr 12 ekanligi aniqlangan. Bu esa (1.34) formulaga to‘la mos keladi. b) Infraqizil lazer nurlari yordamida ionlashtirish Infraqizil lazer nurlari yordamida atomlarni yuqori uyg‘ongan ridberg holatlaridan ionlashtirishda effektiv kesma yuzasi quyidagicha aniqlanadi: 5 2 03 33 64 naE i nu          (1.36) (1.36) da  - diskret holatlarning nozik struktura doimiyligi Atomning ionlanish chegarasi quyidagi tenglikdan aniqlanadi: 2 nE i  (1.37)  -chastotaning oshishi bilan fotoionizatsiyaning kesma yuzasi kamayadi. Fotoionizatsiyaning kesma yuzasi maksimal qiymatga 2 nE i  bo‘lganda erishadi va u umumiy holda quyidagiga teng bo‘ladi. 2 0max 34,0 an nu   n -ning oshishi bilan 216 105 sm nu    gacha oshadi. Albatta bu qiymat elektr impulslari orqali ionlashtirishga nisbatan 100 yoki 1000 marta kichik. Tajribada infraqizil lazer nuri sifatida 2 CO -lazeri ishlatiladi. U qulay v samarador lazer hisoblanadi. Bu lazer yordamida uran atomlarining ridberg holatlari o‘rganilgan. 27 c ) Begona atomlar bilan to ‘ qnashish natijasida ionlashtirish Lazer nurlari ta’sirida yuqori uyg‘ongan ridberg holatlariga uyg‘otilgan * А atomning begona М atom bilan to‘qnashishi natijasidagi jarayonni qaraymiz. Bunda ionlashtirish jarayoni quyidagi yo‘llar bilan amalga oshishi mumkin:           М А М е А М А* (1.38) е М А М А     * (1.39)     МАеМАМА * (1.40) (1.38) , (1.39) va (1.40) formulalar bilan ifodalangan jarayonlarni qisqacha xarakterlaymiz. (1.38) bilan ifodalangan jarayonga “elektronning ishg‘ol qilinishi” deyiladi. Bunda uyg‘ongan atom to‘qnashish natijasida o‘z energiyasini begona atomga beradi va o‘zi manfiy ionga aylanadi. (1.39) bilan ifodalangan jarayonga “assotsiativ ionizatsiya” deyiladi. Bunda to‘qnashish natijasida     МА assotsiat hosil bo‘ladi. (1.40) bilan ifodalangan jarayonga “elektronning yulib olinishi” deyiladi. Bu to‘qnashish jarayonida * А atom energiyani o‘zida saqlab, musbat ionga aylanadi. Ushbu jarayonlarning ko‘ndalang kesma yuzasi yuqorida qaragan ikki usuldan ham kichikroq ( 21917 10 10 sm  ¸ ). Lekin bu yondashuv molekulalararo o‘zaro to‘qnashuvda energiya almashish mexanizmlarini o‘rganishda yaxshi natija beradi. 28 II TAJRIBA QISMI Lazer fotoionizatsion spektrometr ning tuzilishi va ishlash jarayonini o‘ rganish 1.1. Lazer fotoionizatsion spektrometr Endigi navbat, tajribada yuqori uyg ‘ ongan holatlarning qanday qayd qilish mumkinligi haqida. Ko ‘ p pog ‘ onali uyg ‘ otish usulida albatta bir nechta to ‘ lqin uzunligi silliq o ‘ zgara oladigan lazerlar qo ‘ llaniladi. Masalaning nozik tomoni shundaki, lazerlardan λ 1 va λ 2 , to ‘ lqin uzunligidagilar doimiy qolgani holda λ 3 to ‘ lqin uzunligidagi lazerni chastotasini juda yuqori aniqlik bilan o ‘ lchash, ayniqsa uning chastotasi biror avtoionizatsion holatning chastotasiga mos bo ‘ lganda o ‘ lchash ishlarini olib borish muhim ahamiyatga ega. Ko ‘ pchilik hollarda murakkab strukturali ko ‘ p elektronli atomlarning energetik holatlari ham juda xilma-xilligi uchun uchinchi pog ‘ ona lazerning λ 3 to ‘ lqin uzunligi biror diskret energetik sathga mos kelib qolishi natijasida «lojniy» energetik holatlar kuzatiladi. Shu hollardan qochish uchun tajribani juda ehtiyotkorlik bilan olib borish kerak. Tajriba qurilmasining optik sxemasi 2.1 - rasmda keltirilgan. U quyidagi asosiy qismlardan tuzilgan: impuls rejimda ishlaydigan azot lazeri, bo’yoq lazeri, fotoionizatsion kamera va qayd qiluvchi qurilmalar. 29 Bo ‘ yoq lazeri sinxron ravishda ishlaydi, chunki ularni bir vaqtda azot lazeri uyg ‘ otadi. Lazer nurlari optik oynachalar yordamida qaytarilib atomlar dastasi hosil qiluvchi fotoionizatsion kameraga yuboriladi. Fotoionizatsion kamerada 10 mm simob ustuni vaakuum ostida atomlar dastasini lazer nurlari ikki elektrodlar orasida kesib o ‘ tadi. Elektrodlarga esa elektr kuchlanishlarni hosil qiluvchi generatordan yuqori kuchlanishli, qisqa vaqtli impuls yuboriladi. Impuls generator ham azot lazeri bilan sinxronlashtirilgan. 2.1-rasm. Lazer fotoionizatsion spektrometrning umumiy sxemasi 1-azot lazeri, 2-4-bo ‘ yoq lazerlari, 5- nochiziqli kristal, 6-atom dastasi, 7-elektrodlar, 8-atomizator, 9-impulsli kuchlanish generatori, 10-yuqori kuchlanishli tok manbasi, 11-fotoelektron ko ‘ paytirgich, 12-strobintegrator, 13-o ‘ zi yozuvchi qurilma, 14-LPC tipli lampa, 15-Fabri-Pero interferometri, 16-linza, 17-fotoelektron ko ‘ paytirgich, 18-monoxramator, 19-fotodiod, 20-ossilograf Bo ‘ yoq lazerlari yordamida yuqori ridberg holatlariga uyg ‘ otilgan atomlar elektrik impuls yordamida ionlashtiriladi va hosil bo ‘ lgan ionlar elektrodlarning biridagi tirqish orqali ikkilamchi elektron ko ‘ paytirgichga yuboriladi. Ion signallari FEK orqali strabintegratorga yuboriladi. Unda impuls signallari doimiy signallarga aylantirilib o ‘ zi yozar asbobga yuboriladi. O ‘ zi yozar asbobda fotoion spektri yozib 30 olinadi va qayta ishlanishi mumkin. Lazer nurlarining to ‘ lqin uzunligi monoxramator yordamida tegishli atomning rezonans yutilish chizig ‘ iga moslanadi va rezonans signal hosil qilinadi. Spektroskopik tadqiqotlar o ‘ tkazish uchun spektrlar orasidagi masofani aniq o ‘ lchash uchun lazer nurining bir qismi Fabri- Pero interferometrga yuboriladi. Uning dispertsiyasini bilgan holda fotoion spektrlari orasidagi masofani aniq o ‘ lchash mumkin. Endi tajriba qurilmasining asosiy qismlariga qisqacha to ‘ xtalamiz: 1.2. Azot lazeri Azot lazeri gaz molekulalari lazerlari turkumiga kiradi, Azot molekulasining elektron - tebranish energetik sathlari sxemasi 2.2-rasmda keltirilgan. Azot molekulasining uyg ‘ ongan elektron-tebranish S 3 P i (ν=0) sathdan pastki energetik elektron- tebranish V 3 P d (ν=0) sathga o ‘ tishda (S 3 P i V 3 P d ) ultrabinafsha (1=337, 1 nm) yorug ‘ lik nuri paydo bo ‘ ladi va u lazer nurlanishini hosil qiladi. Uyg ‘ ongan azot molekulasi S 3 P i energetik sathda 38 nanosekund va pastki V 3 P d energetik sathda esa 8 mikrosekund yashaydi. Azot molekulasining yuqori uyg ‘ ongan energetik sathda yashash muddati pastki energetik sathda yashash muddatidan qariyb 100 marta kam. Molekulaning bu xususiyati pastki V 3 P d energetik sathda ko ‘ pchilik azot molekulalarining soni to ‘ planib qolishiga sabab bo ‘ ladi. O ‘ sha V 3 P d energetik sathda joylashgan molekulalar sonining oshishi azot gazida invers ko ‘ chganlikni tezda chegaralab qo ‘ yadi. O ‘ sha sababli azot lazeriga o ‘ z-o ‘ zidan chegaralangan energetik o ‘ tishli aktiv modda asosida ishlaydigan lazer ham deyiladi. Azot gazida uzluksiz inversiya hosil qilib bo ‘ lmaydi va shunga ko ‘ ra azot lazeri uzluksiz rejimda ishlay olmaydi, faqat impulsli rejimda ishlaydi xolos. Azot gazida inversion ko ‘ chganlikni hosil qilish uch energetik sathli aktiv modda kabi bo ‘ lib, impulsli elektrik damlash usuli bilan amalga oshiriladi. Impulsli energetik damlash muddati 38 nanosekunddan kichik bo ‘ lishi talab qilinadi. Impulsli elektrik damlash qancha qisqa muddatli bo ‘ lsa, azot molekulalarida o ‘ shancha samarali ravishda inversion ko ‘ chganlikni hosil qilish boshlanadi. Azot gazida inversion ko ‘ chganlikni hosil qilishda impulsli 31 gazorazryaddan foydalaniladi. Katta kuchlanishli elektr toki azot gazi orqali o ‘ tkazilganda tok kuchining o ‘ zgarish tezligi di/dt katta qiymatga erishadi. Razryad davomida azot molekulalari elektron bilan elektron - tebranish energetik sathdan (Frank - Konden prinsipiga asosan) uyg ‘ ongan S 3 P i elektron- tebranish sathga ko ‘ chiriladi. Azot molekulasining S 3 Pi sathga o ‘ tish ehtimoli V 3 P d sathga o ‘ tish ehtimolidan ancha kattadir. Hozirgi kunda S 3 P i va V 3 P d energetik sathlarda inversiya hosil qilish mexanizmi aniq o ‘ rgatilgan. S 3 P i va V 3 P d energetik sathlarga ikkinchi musbat sistema deyiladi. Pastdan yuqoriga yo ‘ nalgan uzun strelka elektrik damlashni ifodalaydi. Yuqoridagi energetik sathlarda tebranish va kvant sonlari nolga teng bo ‘ lgan energetik sathlar oralig ‘ ida bo ‘ ladigan kvant o ‘ tishga mos keladi. Azot molekulasida inversiya hosil qilish uch energetik sathli aktiv moddalar sxemasiga o ‘ xshashdir. Azot lazerida kuchayish koeffisienti katta qiymatga ega. Impulsli damlash osonlik bilan ko ‘ pchilik azot molekulalarini yuqoriligi S 3 P i energetik sathga ko ‘ chiradi va uyg ‘ ongan azot molekulalari deyarli qisqa vaqt ichida nurlanadi. Bu esa o ‘ ta nurlanishni hosil qiladi. Agar moddada katta inversion ko ‘ chganlik hosil qilinsa va juda qisqa muddatda yuqori energetik sathlardagi molekulalar rezonatorsiz nurlanishsa, bunday nurlanishga o ‘ ta nurlanishi yoki o ‘ ta lyuminessensiya nurlanishi deyiladi. Azot molekulalari joylashgan lazer kyuvetasi (lazer kamerasi) bo ‘ ylab lyuminessensiya nurlanishi va majburiy nurlanishning kuchayishi juda katta bo ‘ lgani sababli optik rezonatorning qo ‘ llanish zaruriyati ham qolmaydi. Lazer kyuvetasi o ‘ qi bo ‘ ylab majburiy nurlanish kuchayishi 60db/m ga teng. Bu kuchayishni quyidagicha tasavvur qilish mumkin: azot molekulasi yuqori energetik sathda juda kam vaqt yashagani uchun barcha uyg ‘ ongan molekulalar deyarli bir vaqtda yuqori sathdan pastki sathga o ‘ tadi. O‘ sha pastki oraliq energetik sathda molekula uzoq saqlanib qoladi va u molekulani qayta uyg ‘ otish jarayonini qiyinlashtiradi. Azot molekulasining qayta uyg ‘ onishi uchun u asosiy elektron tebranish sathda joylashgan bo ‘ lishi zarur. Shunga ko ‘ ra elektrik damlash juda qisqa muddatli impuls bo ‘ lib, bir yo ‘ la 32 azot gazining ko ‘ pchilik qismini uyg ‘ ota oladi. Shu talablarga ko ‘ ra azot lazeri rezonatorsiz ham ishlay oladi, lekin yakka ko ‘ zgu qo ‘ llaniladi, u ko ‘ zgu lazer kamerasidan qarama-qarshi tomonga tarqalayotgan nurlanishni bir tomonga yo ‘ naltirish vazifasini bajaradi xolos. Shuni aytish lozimki, ko ‘ pchilik azot lazerlari ishlagan vaqtda, lazer kamerasida azot gazi oqib o ‘ tib turadi. Azot gazining oqim tezligi 3 ¸ 4 l/min ga teng. Shu xil tezlik azot gazini kamerada yangilaydi, bu esa azot gazida yangidan inversion ko ‘ chirishni hosil qilishga imkoniyat yaratadi. Lazer kamerasida gaz bosimi 30 ¸ 60 mm sim. ustuniga teng bo ‘ ladi. Azot lazerining tuzilishi va ishlashi sxematik ravishda 2.2-rasmda ko'rsatilgan. 2.2-rasim. Azot lazerining ishlash va tuzilish sxemesi Kameraning uzunligi 80 ¸ 100 sm, balandligi 4 sm , devorlari qalinligi 0 ,56 sm , elektrodlari oralig'i 3,6 sm, elektrodlarining qalinligi 0,4 sm. Kameraning ikki qarama-qarshi tomonlariga kvars plastinasi bilan berkitilgan va o ‘ sha plastinalarning biri orqali lazer nuri tashqariga tarqaladi. 33 Azot lazeri quyidagicha ishlaydi: 2.2-rasmda yuqori kuchlanishli elektr manbai R 3 qarshilik yordamida S n kondensatorni zaryadlaydi. Tashqi generatordan tiratron lampasining turiga impuls beriladi va tiratron ochiladi. Tiratron ochilishi bilan S n kondensaterda to ‘ plangan elektr energiya S l kondensatorga uzatiladi va kondensator zaryadlanadi. S l kondensator lazer kamerasidagi asosiy elektrodlarga parallel joylashgan. S l kondensator zaryadlanib bo ‘ lishi bilan ikki elektrod oralig ‘ ida, lazer kamerasida, elektr zaryadi boshlanadi. O ‘ sha vaqtda ikki elektrod orasida katta kuchlanishli impulsli elektr razryadi paydo bo ‘ ladi. Kuchlanishning o ‘ sishi juda tez (vertikal) tik ravishda ko ‘ tarilib juda qisqa muddatli bo ‘ ladi. Razryad toki ham juda qisqa muddatli 15 ¸ 20 nanosekund davom etadi. 2.2- rasmda razryad toki kuchlanishining va generasiya kinetikasining grafigi ko'rsatilgan. Ana shunday qisqa muddatli razryad lazer kamerasida elektron haroratini oshiradi va azot gazi molekulalarini samarali ravishda uyg ‘ otadi. O ‘ sha sharoitda lazer kamerasidan azot lazeri nurlanishi chiqadi va generasiya nurlanishi 5 ¸ 10 nanosekund davom etadi. Shuni aytish lozimki, sanoat tayyorlab chiqarayotgan azot lazerlarining quvvati juda past va foydali ish koeffisiyenti 0,001-0 , 01 % ni tashkil etadi. Nazariy jihatdan azot lazerining FIK 16% ni tashkil etadi. Ayrim mualliflar tajriba yo ‘ li bilan mitti azot lazerlarida FIK ni 1% yetkazishgan. Azot lazeri bo ‘ yoq lazerlarini ishga tushirishda samarali damlash manbai sifatida o ‘ z o ‘ rnini mustahkam egallab turibdi. Bunda bayon qilingan azot lazeri quvvati 1Megavatt bo ‘ lib, FIK esa 0,1% ni tashkil etadi. 1.3. Bo ‘ yoq lazerlari Bo ‘ yoq eritmalari asosida ishlaydigan lazerga bo ‘ yoq lazerlari deyiladi. Aktiv moddaning agregat holatiga ko ‘ ra bo ‘ yoq lazeri suyuqlik lazeri turkumiga kiradi. Bo ‘ yoq lazeri 1966-yilda ishga tushirildi. Bo ‘ yoq lazerining ajoyib xususiyatlari mavjud: 34 a) keng spektral oraliqda (binafsha sohasidan to infraqizil to ‘ lqin uzunligi sohasigacha) lazer nurlanishini hosil qiladi; b) keng spektral oraliqda lazer nurlanishi o ‘ z chastotasini (to ‘ lqin uzunligini) tekis va uzluksiz o ‘ zgartirish qobiliyatiga ega; v) nurlanish vaqtini juda qisqa, ya'ni 10 -12 10 -13 s gacha qisqartirish mumkin; g) bo ‘ yoq eritmalarining majburiy nurlanishini kuchaytirish qobiliyati juda yuqoridir. Quyidagi 1-jadvalda majburiy nurlanishni kuchaytiruvchi boyoq aktiv moddalari va ularning generasiya sohalari keltirilgan. Bo ‘ yoq eritmalari keng spektral oraliqda nurlanish va yutilish qobiliyatiga ega. Bo ‘ yoq molekulasining eng ko ‘ p tarqalgan vakili sifatida Rodamin-6J molekulasini qaraymiz. Rodamin-6J molekulasining yutilish va nurlanishining lyuminessensiya spektral konturi keltirilgan. Uyg ‘ otuvchi yorug ‘ lik manbaini olib qo ‘ yish bilan molekulaning spontan nurlanishi tamom bo ‘ lishi lyuminessensiya (fluoressensiya) nomi bilan yuritiladi. Bo ‘ yoq molekulasining nurlanishi tashqi yorug ‘ lik ta’sirida, ya’ni optik damlash tufayli sodir bo ‘ ladi. Optik damlash tamom bo ‘ lishi bilan lyuminessensiya nurlanishi ham tamom bo ‘ ladi. Bo ‘ yoq molekulasining keng spektral oraliqda nur yutishi va nur chiqarishi molekulaning energetik sathlari orqali va energetik sathlarining kengligi orqali tushuntiriladi. Bo ‘ yoq molekulasining energetik sathlari ko ‘ rsatilgan. Bo ‘ yoq molekulasi elektron, tebranish va aylanish-tebranish kabi energetik sathlarga ega. Aylanish-tebranish energetik sathlari tebranish energetik sathlariga zich joylashib ingichka chiziqchalar orqali ifodalangan. Elektron energetik sathlari vertikal yo ‘ nalishda bir-biridan ancha katta oraliqda joylashgan. Asosiy elektron tebranish energetik sathi S 0 va uyg'ongan elektron-tebranish energetik sathlari S 1 , S 2 singlet holatlardir. Har bir elektron energetik sathi qator tebranish va aylanish energetik sathchalardan iborat. Tebranish energetik sathlari oralig'i 14 ¸ 17 sm -1 . Bo ‘ yoq molekulasining nurlanishi va nur yutishi uzluksiz (yalpi) spektrni hosil qiladi. Energetik sathdagi 35 elektronlarning spin kvant sonlari yig ‘ indisi S=0 bo ‘ lsa, multipletligi 2S+1=1 bo ‘ ladi, shu holatga singlet elektron energetik sath deyiladi. Yig ‘ indi spin S=l bo ‘ lsa, multipletligi 2S+1=3 bo ‘ ladi va bu holatga triplet elektron energetik holat deyiladi. Har bir uyg ‘ ongan singlet holatga bitta triplet holat to ‘ g ‘ ri keladi, lekin triplet holat energiyasi singlet holat energiyasidan kichikdir. Triplet energetik holat T harfi bilan belgilanadi. Tanlash qoidasiga ko ‘ ra faqat singlet-singlet o ‘ tishga ruxsat etilgan bo ‘ lib, ΔS=0. Singlet-triplet o ‘ tish man etilgan. Shu tanlash qoidasiga asosan bo ‘ yoq molekulalari elektromagnit yorug'lik to ‘ lqini ta’sirida S 0 holatdan uyg ‘ ongan S 2 energetik holatga o ‘ tadi. Uyg ‘ ongan molekula 10 -12 s ichida eng pastki S 0 tebranish energetik sathiga nurlanmasdan qaytadi. S 2 -S 1 ga o ‘ tish ham nurlanmasdan 10 -11 s davomida bajariladi. S 1 sathning pastki tebranishi energetik sathida elektronlar to ‘ planadi va asosiy S 0 energetik sathga nurlanib qaytadi. S 1  S 0 o ‘ tish lyuminessensiya nurlanishini va lazer nurlanishini hosil qiladi. Lyuminessensiya nurlanishining spektral konturi bo ‘ yoq eritmasidagi majburiy nurlanishning kuchayish koeffisiyenti konturiga aynan mos keladi. Uyg ‘ ongan energetik holatdagi molekulalar boshqa molekulalar bilan to ‘ qnashib singlet S 1 holatdan triplet T 1 holatga (singlet-triplet konversiya energetik) o ‘ tishni ham taminlaydi. Tanlash qoidasiga asosan S 1  T 1 o ‘ tish man etilgan. Singlet triplet konversiya o ‘ tishi nurlanmasdan sodir bo ‘ ladi. Molekulalar o ‘ zaro to ‘ qnashishi sababli yana T 1  S 0 o ‘ tish ham kuzatiladi. T 1  S 0 o ‘ tish fosforessensiya nurlanishini hosil qiladi. T 1  S 0 o ‘ tish man etilgan va shu sababli fosforessensiya uzoq vaqt davomida nur chiqarish qobiliyatiga ega bo ‘ ladi. Bo ‘ yoq molekulalarida sodir bo ‘ ladigan S 1  T 1 o ‘ tish aktiv molekulalarning sonini kamaytiradi. T 1  T 2 o ‘ tish ham mavjud va bu o ‘ tish lyuminessensiya nurlanish chastotasiga mos keladi va lyuminessensiya nurlanishini yutadi. S 0  S 1 o ‘ tish tashqi yorug ‘ lik nurining bo ‘ yoq eritmasidagi yutilishi tufayli mavjud. Bo ‘ yoq molekulasining yutish kesimi τ yut =5 . 10 -19 sm 2 . Uyg ‘ ongan molekulaning S 1 da yashash vaqti τ s bir necha nanosekund. esa ~ 100 nanosekund. bo ‘ lgani uchun S 1 holatdagi molekulalar tezda S 0 asosiy holatga o ‘ tadi va 36 ko ‘ pchilik uyg ‘ ongan molekulalar lyuminessensiya nurlanishida bir vaqtda qatnashadi. S 1  S 0 ga spontan o ‘ tishining relaksasiya vaqti . Spontan S 1  S 0 o ‘ tish vaqti τ sp va S 1 sathda yashash vaqti deyarli bir-biriga teng bo ‘ lgani uchun kvant chiqish qiymati: Sl. Shunga ko ‘ ra lazer nurlanishining chastotasi lyuminessensiya nurlanish konturining aynan markaziy qismidan o ‘ rin olgan. Bo ‘ yoq molekulasini uyg ‘ otish uchun optik damlashdan (impulsli chaqmoq lampasidan yoki lazer nuridan) foydalaniladi. Ayniqsa keyingi amaliy va ilmiy tajribalarda, ilmiy tekshirishlarda qo ‘ llaniladigan bo ‘ yoq lazeri impulsli gaz lazeri yordamida ishga tushiriladi. Bo ‘ yoq, molekulasini uyg ‘ otishda eng samarali optik damlash manbalariga N 2 lazeri, eksimer lazerlari va qattiq jism lazerlarining garmonikalari kiradi. Bu lazerlar ichida eng qulayi va texnologiyasi jihatdan oson bo ‘ lgani azot lazeridir. 2.2-rasmda azot lazeri yordamida uyg ‘ otiladigan, bo ‘ yoq lazerining sxematik tuzilishi ko ‘ rsatilgan. Bo ‘ yoq lazeri optik damlash vazifasini bajaruvchi azot lazeri, bo ‘ yoq eritmasi joylashgan kyuveta, teleskop, difraksiya panjara va yassi shisha plastinadan tashkil topgan. Azot lazeridan chiqayotgan ultrabinafsha nur bo ‘ yoq eritmasi kyuvetasiga silindrik linza yordamida fokuslanib, optik damlashni taminlaydi. Eritma joylangan kyuveta kvarsdan yasalgan. Rezonatordagi teleskopning vazifasi lazer kyuvetasidan chiqayotgan tor dastali lazer nurini kengaytirib, sochib difraksion panjaraning keng qismiga tushirishdan iborat. Difraksion panjara dispersiyali rezonatorni hosil qiladi. Difraksion panjara o ‘ z o ‘ qi atrofida silliq buralib, o ‘ ziga tushgan majburiy nurlanishning to ‘ lqin uzunligini tanlab va difraksiyalantirib lazer kyuvetasiga yo ‘ naltiradi. Difraksion panjara generasiya davomida o ‘ z o ‘ qi atrofida kichik burchakka silliq burilib, generasiya chastotasini uzluksiz o ‘ zgartiradi. Difraksion panjarali selektiv rezonatorning ishlash jarayonini qaraymiz. Difraksiya panjarasi avtokollimasion rejimda va birinchi tartibda ishlaydi. Panjaraga tushgan yorug ‘ lik difraksiyalangandan keyin yana iziga qaytsa, 37 avtokollimasiya rejimi deyiladi. Shu rejimdagi difraksiya sharti quyidagicha bo'ladi: 2d sinφ = mλ (2.1) m - difraksiya tartibi, d -difraksiya panjarasining davri, φ — difraksiya burchagi. Burchak dispersiyasi: (2.2) Difraksion panjarali rezonatordan chiqqan lazer nurlanishining spektral kengligi quyidagicha aniqlanadi: (2.3) Difraksiya panjaraning ajrata olish qobiliyati quyidagiga teng: (2.4) N - generasiyada qatnashayotgan difraksiya panjarasining chiziqlar soni. Bu formuladan Δλ ni topamiz: (2.5) yoki (2.6) Difraksiya panjarasining chiziqlari soni N, Rodamin bo ‘ yoq lazerining to ‘ lqin uzunligi λ=600 nm, difraksiya tartibi m= 1 . Teleskop yordamida difraksion panjaraning yuzini yoritayotgan yorug ‘ lik dastasining o ‘ lchami D 1 2.2-rasmda keltirilgan sxemadan topsak: D 1 =D 0 COS Φ (2.7) (2.8) (2.9) D 0 - difraksion panjaraning chiziqlari o ‘ rnatilgan qismning uzunligi d=1/1600 mm , D 0 =30 mm, D 1 =25 mm bo ‘ lsa, lazer nurining spektral kengligi dv gen = 1,0 sm -1 teng bo ‘ ladi. 38 Keyingi yillarda bo ‘ yoq lazeri rezonatorida teleskop o ‘ rnida prizmali kengaytiruvchi samarali ravishda qo ‘ llanilmoqda. Prizmali kengaytiruvchining teleskopga nisbatan ustunligi bor. Prizmaning yonlariga dielektrik qatlam o ‘ rnatib, prizma yonlaridan yorug ‘ likning qaytishini kamaytirish mumkin. Prizmaning yonlariga Bryuster burchagi ostida nur yuborib, lazer nurining to ‘ la o ‘ tishini taminlash mumkin. Prizmalardan yorug ‘ likning qaytishini kamaytirish lazer nurlanishidagi yo ‘ qotish koeffisiyentini kichiklashtirishga olib keladi va generasiyaning effektivligi oshadi. 2.2-rasmda prizmali kengaytirish asosida ishlaydigan dispersiyali bo ‘ yoq lazerining sxematik ko ‘ rinishi ifodalangan Rezonatorda yassi to ‘ lqinni hosil qilish uchun bitta sferik linzani rezonatorga kiritiladi. O ‘ sha linzadan keyin oltita uch yonli shisha prizma o ‘ rnatiladi. Prizmalarga kiruvchi yorug ‘ lik dastasining diametri D quyidagi formula yordamida aniqlanadi: (2.10) a - lazer kyuvetasidan chiqayotgan nur dastasining radiusi, f -linzaning fokus masofasi (odatda a =0,l mm; λ=600 nm). Qutblangan lazer nuri bitta uch yonli prizmadan o ‘ tishida nurning chiziqli kattalashishi sxematik ravishda ko ‘ rsatilgan. Lazer nuri prizmaga Bryuster burchagi ostida tushadi. Prizmaning chiziqli kattalashtirish koeffisienti prizmaning sindirish ko ‘ rsatkichiga proporsionaldir: , (2.11) yoki , (2.12) Olti prizmaning kattalashtirishi esa (2.13) 39 Prizmali kengaytiruvchining kattalashtirishi 27,6 ga teng. Agar shu tipdagi rezonatorga Fabri-Pero interferometrini kiritsak, lazer nurlanishining spektri juda ham tor bo ‘ ladi. Demak, dispersiyali rezonatorlar bo ‘ yoq lazeridan qisqa spektral kenglikdagi lazer nurlanishini hosil qilish imkoniyatiga ega. Rezonatorga Fabri-Pero interferometri kiritilsa, plastinaning o ‘ tkazish konturi bir-birida oraliqda joylashadi. Bo ‘ yoq lazeri generasiyasining spektrini Fabri-Pero interferometri yordamida qisqartirish mumkin. Δ v gen — generasiya spektral kengligiga Fabri-Pero plastinasining bitta o ‘ tkazish konturi joylasha oladi va generasiya spektri juda qisqaradi, monoxromatikligi juda oshadi. Quyidagi hisoblashdan spektral kenglik aniqlanadi: interferometr ko ‘ zgularining qaytarish koeffisienti R 1 =R 2 = : 0,9 ko ‘ zgular orasidagi masofa L = 0,3 sm, . Fabri-Pero interferometrining o ‘ tkazish spektral kengligi quyidagi formuladan aniqlanadi: (2.14) Demak, difraksion panjara va Fabri-Pero interferometri yordamida bo ‘ yoq lazeri spektrini birmuncha qisqartirish va lazer nurlanishining monoxromatik darajasini oshirish mumkin. Dispersiyali rezonator yordamida bo ‘ yoq lazeri nurlanishining chastotasini (to ‘ lqin uzunligini) uzluksiz o ‘ zgartirish mumkin. Energetik sathli moddalarda kvant o ‘ tishlarini qaraganda o ‘ sha sathlarni lazer nurlanishi hosil qiladigan ishchi energetik sathlar degan edik. Agar modda faqat ikki energetik sathdan iborat bo ‘ lsa, u holda moddada inversion ko ‘ chganlikni hosil qilib bo ‘ lmaydi, shu jumladan damlash yo ‘ li bilan ham hosil qilib bo ‘ lmaydi. Ikki energetik sathli modda asosida ishlaydigan lazer asbobi ham yo ‘ q, chunki bunday aktiv modda mavjud emas. Energiyasi yetarli darajada katta bo ‘ lsa, ko ‘ pchilik atomlarni ε 2 sathda to ‘ play oladi. ε 2 sathda atomlar soni ε 1 sathga nisbatan ko ‘ p bo ‘ ladi va moddada inversion ko ‘ chganlik hosil bo ‘ ladi. Atomlar ε 2 sathdan ε 1 sathga o ‘ tganda hv 21 kvant nurlanishini hosil qiladi. Lekin to ‘ rt energetik sathli 40 moddalarda inversion ko ‘ chganlikni hosil qilish ancha yengil va katta damlash energiyasini talab qilmaydi. Sababi: to ‘ rt energetik sathli moddaning birinchi energetik sathi hamisha bo ‘ sh, chunki atom ε 3 dan ε 2 ga va ε 1 dan ε 0 ga kvant o ‘ tishlar juda katta tezlik bilan sodir bo ‘ ladi. Bu kvant o ‘ tishlar nurlanishsiz sodir bo ‘ ladi. ε 1  ε 0 , ε 3 ε 2 o ‘ tish ehtimoli ε 2 dan ε 1 ga o ‘ tish ehtimoliyatiga nisbatan ancha kattadir. Shu sababli lazer nurlanishini hosil qiladigan birinchi energetik sath doim bo ‘ sh bo ‘ lib, neodim shishasi kabi moddalar misol bo ‘ la oladi. Buning uchun difraksion panjara va interferometr rezonator o ‘ qiga nisbatan uzluksiz ravishda burchaklarga burilishi zarur. Dispersion elementlar burulganda rezonator o'qiga burchak hosil qilib qaytgan nurlar rezonatordan chiqib yo ‘ qoladi va rezonator o ‘ qiga parallel qaytganlari esa generasiyada ishtirok etib kuchayadi va lazer nurlanishini hosil qiladi. Shu usulda generasiya to ‘ lqin uzunligi uzluksiz o ‘ zgarib boradi. 1-jadval . Bo ‘ yoqning nomi Konsen- trasiya S opt mol Optik damlash quvvati (Vt) To ‘ lqin uzunligini o ‘ zgartirish sohasi (nm) Energiyaning maksimumga mos kelgan to ‘ lqin uzunligi (nm) Lazer Nurlanishi- ning quvvati (tVt) Rodamin 110 3,5-10 -4 2,2 45 545 400 Rodamin 6 8-10 -4 3,5 40 573 360 Rodamin V 5-10 -4 2,5 50 605 350 Oksazin 5-10 -3 3,0 75 670 600 Bo ‘ yoq lazerining ishlashini ta ‘ minlash uchun avvalo bo ‘ yoq eritmasining optimal konsentrasiyasini aniqlash zarur. 1-jadvalda ayrim bo ‘ yoq lazerlarining qisqacha xarakteristikasi va eritmaning optimal konsentrasiyasi berilgan. 41 1 .4 . Fotoionizasion kamera va qayd qilish sestemasi Fotoionizatsion kamera po‘lat qotishmadan s ilindr shaklida yasalgan bo‘lib, uning diametri 300 mm. Tashqi qismi xromlangan, ichki qismi silliqlangan. Kamera o‘zaro simmetrik joylashgan 8 ta diametri 40 mm li teshiklar bilan jihozlangan, gorizontal joylashgan ikkita teshigiga kvar s shishalar b e rkitilgan, ulardan lazer nurlari o‘tkaziladi. Vertikal joylashgan teshiklarning pastkisiga yuqoriga yo‘nalgan atomlar dastasini hosil qiluvchi yuqori temperaturali atomizator joylashgan. Vertikal joylashgan yuqori teshikda esa temperaturani optik usul bilan o‘lchab beruvchi parametr joylashgan. Qolgan 4 ta teshik kuzatu v olib borish uchun shishalar bilan yopilgan. 2.3-rasm. Neytral atomlarning yuqori haroratli manbasining sxemasi Neytral atomlar manbasini yaratish. Ushbu loyihani amalga oshirish uchun biz yuqori haroratli atomizatorni yaratdik - grafit tigelli tantal trubkasi asosida neytral atomlar manbai 2.3-rasmda ko ‘ rsatilgan. Pech ichida 2000C gacha haroratni yaratish imkonini beradi. Atomizator vakuumli fotoionlash kamerasiga biriktirilgan bo ‘ lib, u yerda 10 -5 mmHg qoldiq gaz bilan yuqori vakuum hosil 42 bo ‘ ladi. Bug ‘ lantiriladigan modda elektr toki bilan isitiladigan tantal trubkasi ichiga o ‘ rnatilgan tigelga joylashtiriladi. Korpus nozik va atomizatorning yuqori qismi suv oqimi bilan sovutiladi va shu bilan atomizatorning butun tanasining tashqi qismi uchun xona haroratini taminlaydi. Muqarrar ravishda hosil bo ‘ lgan termal ionlar atomizatorning yuqori qismiga o ‘ rnatilgan elektrostatik himoya tizimi tomonidan kechiktiriladi. Ijobiy va salbiy potentsiallar atom nurining yo ‘ li bo ‘ ylab ketma-ket joylashgan to ‘ rtta diafragmaga qo ‘ llaniladi, ular atom nurini termal tanlanmaydigan ionlardan butunlay tozalaydi. Shunday qilib, atomizatorning chiqishida sof, neytral atom nurlari hosil bo ‘ ladi, ular Doppler ovozisiz har qanday spektroskopik vazifalar uchun ishlatilishi mumkin. Bu kamera VA-01-75 tipidagi vakuum agregatiga mahkamlangan. Kamerani yopib t uradigan qopqoq qismiga ionlarni qayd qiluvchi sistema ikkilamchi elektron ko‘paytirgich o‘rnatilgan. Bu agregat yordamida kameradan havo so‘rib olinadi va kamerada chuqur vakuum mm simob ustuni hosil qilinadi. Atomizatorga tekshiriluvchi modda solinadi va temperaturasini oshirib tegishli b u g‘ bosimdagi atomlar dastasi hosil qilinadi. Hosil bo‘lgan fotoion signallar qisqa impuls tarzida bo‘lganligi , qayd qiluvchi sistemaga ma’lum talablarni qo‘yadi. Ionlar ikkilamchi elektron ko‘paytirgich ning kuchlanish maydonida tezlatilib , uning katodiga kelib uriladi va elektronni urib chiqaradi. Keyin elektronlar ikkilamchi elektron ko‘paytirgich kanaliga yo‘nalti rilib, maxsus sxemadagi emitterga yu bori ladi. Emitterda signal yuqori amplitudaga kuchaytirilib, ma’lum shaklga keltiriladi. Fotoion signallari dastlab -70 tipidagi os s illografda kuzatiladi. Bir vaqtning o‘zida signal strob - integrator orqali o‘tib, KSP-2 tipidagi samopisets d a yozib olinadi. Shunday qilib, yuqorida qayd qilingan lazerlar sistemasi murakkab, lekin ishonchli. Agar tajriba davomida lazer impulsining qaytalanish chastotasi katta bo‘lishi talab qilinsa, u holda bo‘yoq lazerlarini eksimer lazerlari bilan uyg‘otish maqsadga muvofiq, chunki u chastota bilan bemalol ishlaydi. Agar atomlar dastasida uchib chiqayotgan xar bir atom bilan lazer nurining 43 uzluksiz ta’sirlashishini tashkil etmoqchi bo‘lsak, u holda uzluksiz rejimda mis bo‘g‘larida ishlaydigan lazerni ishlatish yaxshi natija beradi. 1.5. Atomlar dastasini hosil qiluvchi yuqori temperaturali pech Atomizatorlar. Atomizatorlarning asosiy vazifasi spektral analiz qilinishi kerak bo‘lgan moddalarni qizdirish yo‘li bilan atomlar holatga keltirishdan iborat. Bu yo‘lda eng ko‘p ishlatiladigan usul, bu elektrotermik qizdirish va lazer nuri ta’sirida lokal qizdirish hisoblanadi. U yoki bu qizdirish usulini tanlash analizda qo‘yilgan masalaga bog‘liq. Termik qizdirish jarayoni nisbatan sekin kechadigan jarayon bo‘lib, dastlab na’muna qizdiriladi, keyin eritiladi, bug‘latiladi va nihoyat atomlar dastasi shakllantirilib, neytral atomlar holiga keltiriladi va lazer nurlari bilan ta’sirlashishga tayyorlanadi. Atomlar dastasidagi to‘yingan bug‘ bosimi atomizator t emperaturasi orqali boshqariladi. Atomizatorning konstruktiv sxemasi 2. 4-rasmda keltirilgan. 2.4- rasm . Elektrotermik atomizatorning konstruktiv sxemasi 1-ion himoyasi, 2-grafit tigel, 3- ekran, 4-izolyator, 5-atomizator korpusi, 6-grafit elektrodlar Atomizator temperaturasini pasaytirish yo‘li bilan atomlar dastasidagi to‘yingan bug‘ bosimini shu darajaga pasaytirish mumkinki, uning tirqishidan 44 sanoqli miqdordagi analiz qilinadigan element atomlari uchib chiqadi. Bu konstruksiyadagi elektrotermik atomizator tuzilishi sodda va imkoniyati esa katta. U 20 0 C dan 3000 0 C temperaturagacha qizdira oladi. Tajriba jarayonida na’muna yoki tigelni tezlik bilan almashtirish va uni vakuum fotoionizatsion kameraga qulay holda joylashtirish, lazer fotoionizatsiya sxemasiga va ionlarni qayd qilish sxemasiga moslashtirish imkoni mavjud. Qizdirish jarayonida hosil bo‘ladigan teploionlar va elektronlarni (fon signallarni) yo‘qotish uchun elektrostatik himoya vositasi atomizator tirqishi ustiga o‘rnatilgan. Uning vazifasi qizdirish jarayonida hosil bo‘ladigan teploionlar va elektronlarni o‘zida saqlab qolib, faqat neytral atomlar dastasini analitik zonaga o‘tkazishdan iborat. Tajriba jarayonida na’munaning tabiiy holdagi mg massasi tigelga joylashtiriladi va qizdirish yo‘li bilan atom-molekulalar dastasi hosil qilinadi. Agar na’muna suyuq, aralashma holda bo‘lsa, dastlab na’muna tigelga solinib past temperaturada bug‘latib, uning namligi yo‘qotiladi, keyin tigel atomizatorga joylashtirilib, bosqichma-bosqich qizdiriladi va kerakli temperaturaga yetkaziladi. Ikkala holda ham atomizator yordamida atomlar dastasi hosil qilinadi va analitik zonada fotoionizatsiya jarayoni amalga oshiriladi. Albatta fotoionizatsion kamera shunday tuzilganki, atomizatordan 4-5 sm yuqorida lazer nurlarining atomlar dastasi bilan burchak ostida o‘zaro ta’sirlashuvi yuz beradi. Lekin elektrotermik atomizatorlarda analiz qilinadigan modda ko‘pchilik moddalar bilan o‘zaro kontaktda bo‘ladi, ya’ni tigel, qizdiruvchi naycha (tantal) va boshqalar. Qizdirish jarayonida ular ham na’muna bilan bir xil temperaturada qiziydi va atomlar dastasida ularga tegishli element atomlari ham ozmi-ko‘pmi uchraydi. Bu begona element atomlari umumiy fonga o‘z ulushini qo‘shib, xatolik darajasini oshiradi. Bunday xatoliklardan voz kechish maqsadida oxirgi yillarda quvvatli lazer nurlari yordamida na’muna qizdirilmoqda. Lazerli atomizator. Lazer nurlari yordamida moddalarni qizdirish, eritish va bug‘latish hamda atomlar holga keltirish mumkin. Bu usuldan spektral 45 analizda foydalanish quvvatli lazerlar paydo bo‘lishi bilan boshlangan. Uzluksiz rejimda ishlaydigan lazerlar yordamida bug‘latish, termik bug‘latishning bir turi hisoblansada, bundagi qulaylik na’munaning kichik bir nuqtasini alohida olib, lokal qizdirish va bug‘latish orqali lokal spektral analizlar o‘tkazish imkoniyatining mavjudligida. Lekin bu usulda teploionlar bilan bog‘liq fon oshib ketadi. Uni kamaytirishning birdan-bir yo‘li, impuls rejimda ishlaydigan lazerlardan foydalanish hisoblanadi. Bunda bug‘latuvchi lazerga nisbatan uyg‘otuvchi va ionlashtiruvchi lazerlarni ma’lum vaqt (10 -6 s) kechiktirish yo‘li bilan sinxron ishlashini ta’minlash orqali erishiladi. Ikkinchi qulayligi shundaki, juda noyob kam miqdordagi na’munalarni xam ehtiyotlab sarflash yo‘li bilan spektral analizni amalga oshirish mumkin. Bu atomizatorlardan tashqari moddalarni atomar holga keltirish uchun tezlatilgan elektronlar va ionlar dastasidan ham foydalaniladi. Biz ularning ishlash jarayoniga to‘xtalmaymiz, chunki bu usullar hozirgi zamon spektral analizida juda kam ishlatiladi. Spektral analizda eng muhim etaplardan biri tashqi “parazit” fonlarni yo‘qotish va foydali signalni qayd qilishdan iborat. Bugungi kunda elektron va ionlarni yuqori sezgirlik bilan qayd qilishga mo‘ljallangan bir-biridan farq qiladigan ikki xil asboblar bor: biri proporsial schyotchik, ikkinchisi ikkilamchi elektron ko‘paytirgich. Birinchi asbobda fotoionizatsiya jarayonida hosil bo‘ladigan elektronlar qayd qilinadi. Bunda gazning bosimini va tezlatuvchi kuchlanishni tanlagan holda kuchayish koeffitsientining qiymatida yakkalangan elektronni qayd qilish rejimiga erishish mumkin. Ikkinchi asbobda, ikkilamchi elektron ko‘paytirgich yordamida vakuumda fotoionizatsiya jarayonida hosil bo‘lgan ionlar qayd qilinadi. Bunda asosan talab fotoionizatsion kamerada (10 -6 mm.sim.ust) vakuum bo‘lishi va ionlarning analitik zonadan qayd qilish sistemasigacha erkin harakatini ta’minlash hisoblanadi. Misol sifatida atom-fotoionizatsion analizda qo‘llaniladigan qayd qiluvchi sistemaning ishlash prinsipiga to‘xtalamiz. Atomizator yordamida hosil qilingan atom-molekulyar dasta 90 0 burchak ostida har xil to‘lqin uzunliklardagi lazer 46 nurlari bilan uyg‘otiladi va ionlashtiriladi. Fotoionizatsion jarayonni ikki parallel plastinkalar orasida amalga oshirilib, plastinkalarga lazer impulslaridan keyin qisqa impulsli elektr maydon kuchlanganligi beriladi. Bu maydon ta’sirida ridberg holatlarigacha uyg‘otilgan atomlar oson ionlashadi va plastinkalarning biridagi tirqish orqali ikkilamchi elektron ko‘paytirgichga suriladi. Bu jarayon sxematik tarzda 2.5- rasmda keltirilgan. Hosil bo‘lgan fotoion signallar dastlab kuchaytirilib, keyin strob-integrator yordamida umumlashtirilib, amplituda analizatorida yozib olinadi. 2.5-rasm . Lazer fotoionizatsion usul bilan atomlar dastasini uyg‘otish sxemasi 1-atomizator, 2-pechka, 3-ekran, 4-lazer nurlari, 5-fotoionizatsiya zonasi, 6- VEU, 7-ionlar, 8-atom molekulya dasta, 9-elektrodlar, 10- ionlashtiruvchi impulsli elektr maydon. 47 III TAJRIBA NATIJALARI A tomlar dastasi parametrlarini o ‘ rganish Izotoplarni ajratish uchun ishlab chiqilgan atomlarni bosqichli selektiv fotoionizatsiyasi (ABSF) , atom-molekulyar darajadagi materiya texnologiyasiga yangi yondashuvni ishlab chiqishga imkon beradi, lazer nurlanishidan foydalanganda ma ’ lum turdagi atomlar yoki molekulalarni to ‘ g ‘ ridan-to ‘ g ‘ ri manipulyatsiya qilish, ya’ni har qanday matritsadan moddaning makroskopik miqdorini, bir vaqtning o ‘ zida bitta atomni yoki bir vaqtning o ‘ zida bitta molekulani yig ‘ ish. Moddaning lazerli atom-molekulyar texnologiyasining eng muhim jarayoni, shubhasiz, tog ‘ jinslaridan plyonka holida o ‘ ta toza moddalarni olishdir. Sof moddalarni olish yoki moddani aralashmalardan tozalash uchun biz atomlarni selektiv fotoionlash jarayonidan foydalanishimiz mumkin. G ‘ oya shundan iboratki, atom dastasida hosil bo ‘ lgan neytral atomlar, ikki tomonlama kollimatsiyadan so ‘ ng, ikki yoki uch bosqichda ikkita (yoki uch) tor diapazonli lazer nurlanishi bilan tanlab qo ‘ zg ‘ atiladi va ionlanadi (3.1-rasm) 3.1 -rasm. Atomlarning rezonansli ikki yoki uch bosqichli fotoionlanish sxemalari . 48 Lazer nurlanishining chiziq kengligi shunchalik torki, faqat kerakli turdagi atomlar (yoki ionlar) qo ‘ zg ‘ atiladi yoki ionlanadi. Tanlab qo zg algan ionlarʻ ʻ elektromagnit maydon yordamida atomlar dastasidan ajratiladi va kollektorga (taglikga) joylashtiriladi. 3.2 -rasm Fotoion atomlar dastasi usuli yordamida plyonka tayyorlash sxemasi Moddalar texnologiyasiga bunday yondashuv eng universal va moslashuvchan hisoblanadi. Hisob-kitoblar shuni ko‘rsatadiki, maxsus sozlangan chastotalar va tanlangan intensivliklarga ega bo‘lgan ikki yoki uchta lazer nurlari ta’sirida atomni selektiv fotoionlash uchun optimal tanlangan sxema har bir atomni 10 -5 -10 -7 s vaqt ichida ionlashtirishga imkon beradi. Atomlarni fotoionlash uchun o'rtacha quvvati 10 3 Vt bo‘lgan radiatsiya energiyasidan foydalanish soatiga taxminan bir mol moddani tanlab ionlashtirishi mumkin. Binobarin, nisbatan kichik hajmdagi o‘rnatish, qoida tariqasida, yiliga bir necha tonna toza moddani ta’minlashi mumkin. Shuning uchun atomlarni bosqichli seliktiv fotoionizatsiyasi (ABSF) usulini o‘rtacha chiqish quvvati 10 2 – 10 3 Vt bo‘lgan sozlanishi lazerlar bilan birgalikda atom-molekulyar darajada moddalarni nozik ajratish uchun juda samarali usul deb hisoblash mumkin. Ko‘rinib turibdiki, bu usuldan foydalanish lazer energiyasi uchun ma ’ lum shartlarni talab qiladi . 49 Atomlarni bosqichli seliktiv fotoionizatsiyasi (ABSF) usuli yordamida moddalarni tozalash uchun lazer texnologiyasi tozalanayotgan moddaning har qanday kimyoviy yoki fizik xususiyatlari va aralashmalaridagi farqga asoslangan moddalarni tozalashning mavjud usullariga nisbatan bir qator muhim afzalliklarga ega. Birinchidan, ma’lum bir elementni har qanday aralashmalardan ajratib olish jarayonida tozalash darajasi 10 3 dan yuqori qiymatlarga yetishi mumkin, ya’ni tozalash uchun biz 10 -7 % tozalikdagi ommaviy ishlab chiqarilgan materialni olsak, u holda atomlarni bosqichli seliktiv fotoionizatsiyasi (ABSF) usuli. 10 -10 % gacha tozalash mumkin. Ikkinchidan, usul universaldir, ya ’ ni fizik-kimyoviy xususiyatlaridan qat ’ i nazar, har qanday element uchun amalda qo‘llaniladi. Agar moddani bir yoki bir nechta o‘ziga xos elementlardan tozalash zarur bo‘lsa, unda faqat aralashmalarni tanlab ionlash va ularni moddaning atom nuridan olib tashlash mumkin. Usulning moslashuvchanligi sof plyonkalarni olish yoki ionlarni bir xil moddaga kiritish uchun ion dastasi bevosita foydalanish imkonini beradi. Ion dastasi berilgan elementning sof plyonkasini olish uchun taglik yuzasiga yo‘naltirilishi mumkin. Atom-molekulyar darajada yuqori sof moddalarni olish jarayoni unchalik oddiy emas. Bu quyidagi bosqichlarni o‘z ichiga olgan va bu bir nechta mustaqil nazorat tajribalarini o‘tkazishni talab qiladi: - birinchi, Gauss shakliga ega bo‘lgan atom dastasi ning keng diapazonida ishlashga imkon beruvchi neytral atomlar manbasini yaratish; - i kkinchidan, optimal sharoitlarda lazer nurlanishi bilan kerakli turdagi atomlarni selektiv bosqichma-bosqich fotoionlashtirishni amalga oshirish; - uchinchidan, fazodagi atomlar dastasidan ionlar kontsentratsiyasini kuzatish va nazorat qilish mexanizmini yaratish; - to‘rtinchidan, atom dastasining bir qismida elektromagnit maydon hosil qilish, kerakli turdagi atomlarning tanlab qo‘zg‘atilgan ionlarini ajratish va ularni taglikga joylashtirish. 3.1. Atomlar dastasining geometriyasi 50 Atom-molekulyar darajada yuqori toza moddalarni olish yo‘lidagi tadqiqotlarning navbatdagi bosqichi lazer nurlanishi bilan kerakli turdagi atomlarni selektiv bosqichma-bosqich fotoionlash uchun optimal sharoitlarni yaratish va atomlarning konsentratsiyasini kuzatish, nazorat qilish mexanizmini amalga oshirishdan iborat. Atomlar dastasida ionlarning fazoda taqsimlanishi va atomlar konsentratsiyasining tigel haroratiga bog‘liqligi indiy atomi misolida o‘rganildi. Lazer nurlari vakuum kamerasiga yo‘naltirildi, u yerda indiyning atom dastasi hosil qilindi va o‘rganilayotgan hajmga, o‘lchami yuzlab mikrondan kam bo‘lgan nuqtaga yo‘naltirildi. Bu nurning yuqori fazoviy o‘lchamlarini ta’minladi. Tajribada indiy atomlarini qo‘zg‘atish va ionlashtirish uchun bo‘yoq lazer nurlanishining to‘lqin uzunligi  1 =410,2 nm to‘lqin uzunligi bilan 5р 2 Р 1/2  6s 2 S 1/2 o‘tishga sozlandi. Bunday to‘lqin uzunligi bilan lazer nurlanishi bir vaqtning o‘zida indiy atomlarini qo‘zg‘atdi va ionlashdi, chunki ikki fotonning energiyasi atomning ionlanish energiyasidan oshib ketdi (3.3-rasm) [5] (indiy atomining o‘tishlari). Atom nurlari tufayli hosil bo‘ldi 1700 K haroratgacha qizdirilgan pechdan indiy bug‘ining chiqishi. Atomlar dastasi 4 mm teshikli diafragmalar to ‘ plami bilan biriktirilgan. Atomlar dastasidagi atomlarning kontsentratsiyasi 10 10 atom/sm 3 ni tashkil etdi. Kameradagi qoldiq gazlarning bosimi 10 -5 mmHg ni tashkil etdi. Lazer nurlari linzalar yordamida atom nurlari hududida diametri 0,1 mm bo ‘ lgan nuqtaga qaratilgan. Elektromexanik qo ‘ zg ‘ atgich yordamida linzalar vaqt birligida bir xilda dasta bo ‘ ylab harakatlandi. Natijada, lazer nurlari atomlar dastasini "x" yoki "y" yo ‘ nalishlaridan birida kesib o ‘ tdi. Fotoionlanish natijasida hosil bo ‘ lgan ionlar ikkilamchi elektron ko‘paytirgich tomonidan qayd qilinadi. 51 3.3-rasm. Fotoion signalining amplitudasi "x" va "y" yo'nalishlarida 3.3-rasmda "x" va "y" yo ‘ nalishlarida skanerlashda linzaning fokus holatidan fotoion signalining amplitudasi ko ‘ rsatilgan. Rasmdan ko ‘ rinib turibdiki, atom dastasining kengligi yarim maksimal qiymatida, atom dastasining oxirgi diafragmasida n 85 mm balandlikda 6,4 mm edi. Natijalarning ishonchliligi lazer nurining atom dastasi bilan o ‘ zaro ta’sir qilish zonasiga shisha taglik qo ‘ yish va uni indiy bilan o‘tqazish orqali tekshirildi. Indiy atomlari o‘tqazilgan taglik mikrofotometrda yutilish spektri qayd etildi. 3.4a-rasmda olingan mikrodensitogramma ko ‘ rsatilgan. Rasmdan ko ‘ rinib turibdiki, atom dastasi qo ‘ ng ‘ iroq shaklidagi taqsimotga ega. Yarim maksimal amplitudada intensivlikning kengligi 5,5 mm ni tashkil qiladi, bu atomlarni bosqichli seliktiv fotoionizatsiyasi (ABSF) usuli bilan olingan ma’lumotlarga yaxshi mos keladi. 3.4 b-rasm ) indiy atom dastasi bilan qoplangan taglikning fotosurati ko ‘ rsatilgan. Raqamlardan ko ‘ rinib turibdiki, dastaning qo ‘ ng ‘ iroq shaklidagi yoki shunga o ‘ xshash Gauss shakli mavjud, ya’ni. atomlar konsentratsiyasini aniqlash uchun normal shartlar bajarilgan. Boshqa tomondan, atomlar konsentratsiyasini atom dastasi ning Gauss shaklini hisobga olgan holda [3] da keltirilgan formuladan foydalanib hisoblash mumkin. Bizning holatda, manba kanalining diametri 3 mm, oxirgi diafragmaning diametri 4 mm edi. Dasta trapezoidal shaklga ega edi. Uning yarmi maksimal kengligi 7,3 mm ni tashkil etdi, bu eksperimental ma’lumotlarga yaxshi mos keladi. 3.4-rasm a)hosil bo'lgan mikrodensitogramma 52 3.4-rasm. b)asosiy nurdan indiy bilan sepilgan shisha substrat 3.2. Atomlar va ionlar konsentratsiyasini kuzatish va nazorat qilish Atomlarni bosqichli seliktiv fotoionizatsiyasi (ABSF) usuli bilan atomlar va ionlar konsentratsiyasini aniqlash uchun optimal sharoit yaratish uchun dastlab indiy atomining yuqori qo‘zg‘aluvchan Ridberg holatlari spektroskopiyasi o‘rganildi, chunki indiy atomini qo‘zg‘atish va ionlashda ishlatiladigan kvant nuqsonlari va nozik holat tuzilmalari, butun jarayonni fotoionlash samaradorligida muhim rol o‘ynaydi. Tajribada indiy atomlarining Ridberg holatlarining asosiy seriyalari o‘rganildi. Indiy atomining yuqori hayajonlangan Rydberg np 2 P 1/2,3/2 holatlari yerdan 5p 2 P 1/2 yoki 5p 2 P 3/2 holatning metastabil holatlaridan oraliq 6s 2 S 1/2 darajasi orqali quyidagi sxema bo‘yicha to‘planadi: Asosiy holat- 2 P 1/2,3/2 , dublet holatdan iborat, 2 Р 1/2 holat esa 2 Р 3/2 . holatdan pastda joylashgan. Dublet strukturasining qiymati  2212,56 sm -1 . Atomni qo ‘ zg ‘ atish uchun kuchliroq kvant o ‘ tish tanlanadi, ya’ni 5 р 2 Р 1/2  6s 2 S 1/2 . Bu to ‘ lqin uzunligi  1 =410,2 nm bo ‘ lgan birinchi bosqichli lazer bilan qo ‘ zg ‘ atiladi. Ikkinchi lazerning to ‘ lqin uzunligi  2 =448 ¸ 460 nm oralig ‘ ida o‘zgarishi mumkin. Bu esa n=17 ¸ 70. bo ‘ lgan Ridberg holatlarini qo ‘ zg ‘ atish imkonini beradi. 53 Fotoionlanish spektrlariga ko ‘ ra, kvant defektlari va holatlarning nozik strukturalari aniqlandi. Uch o ‘ lchov bo ‘ yicha o ‘ rtacha hisoblangan eksperimental natijalarga asoslanib, Ridberg holatlarining kvant o ‘ tishlari va kvant defektlarining energiya qiymatlari aniqlandi. Kvant defektlari asosiy kvant sonining o ‘ zgarishi bilan deyarli doimiy bo ‘ lib qoldi, ya’ni 5p 2 P 1/2 holatlar uchun ular 3,225 ga, 5p 2 P 3/2 - holatlar uchun esa 3,195 ga teng bo‘ldi. Tajribada indiy atomining P-holat spektrini n=53 gacha bo ‘ lgan dublet bo ‘ linishlari aniqlandi. Spektrlarni qayta ishlash natijasida Ridberg holatlari uchun nozik strukturaning dubletlararo bo linishi o lchandi va uning bosh kvant sonigaʻ ʻ bog liqligi o rganildi. Bu bog ʻ ʻ ‘ liqlik  Е =5900/n* 3 sm -1 nisbati bilan yaxshi tasvirlangan va atomning vodorodga o ‘ xshash harakati bilan mos keladi. Olingan natijalar lazer n urlanis hi bilan atom holatlarini qo ‘ zg ‘ atish bilan bog ‘ liq ba’zi texnologik muammolarni hal qilish uchun ishlatilishi mumkin. 3.5-rasm Atomizator haroratining atom konsentratsiyasiga bog ‘ liqliqligi Atom dastasining ushbu parametrlari bilan lazer nurlanishi bilan o ‘ zaro ta’sir qilish hududida bug ‘lanish bosimi va atomlarning kontsentratsiyasi hisoblab chiqilgan (uzluksiz chiziq) (3.5-rasm). U yerda fotoionizatsiya natijasida olingan fotoion signalining eksperimental qiymatlari ham berilgan(uzlukli chiziq). Grafikdan ko‘rinib turibdiki, atomizatorning harorati pasayganda, o‘zaro ta’sir hududida atomlarning konsentratsiyasi kamayadi va shunga mos ravishda fotoion signali kamayadi. Ammo, past atomlar dastasining zichligida, fotoion signali 54 beqaror bo‘lib qoladi, bu qo‘zg‘alish hajmidagi atomlar sonining o‘zgarishi bilan izohlanadi, ya’ni. 3.5-rasmdagi hisoblangan atomlar soni ionlarning qayd etilgan sonidan farq qiladi. Ultra past konsentratsiyalarni o‘lchashda nurlangan hududda bitta atom mavjud bo‘lsa, aniqlangan atomlar sonining kuchli tebranishlari muqarrar ravishda kuzatiladi. Bunday termodinamik parametrlarga ega bo‘lgan atomlar dastasi lazer nurlanishidan foydalangan holda yuqori sof materiallarni ishlab chiqarish texnologik jarayonlarida to‘liqroq qo‘llanilishi mumkin. Atom-molekulyar darajada yuqori sof moddalarni olish yo‘lidagi tadqiqotlarning asosiy va murakkab bosqichi - atom dastasida elektromagnit maydon hosil qilish, kerakli turdagi atomlarni tanlab qo‘zg‘atilgan ionlarini ajratish va ularni tagliklarga joylashtirishdir. Hozirgi vaqtda yarimo‘tkazgich texnologiyasida materiallarni tozalash uchun molekulyar dastalardan vakuumli epitaksiy a usuli qo‘llaniladi. Biroq, bu usul faqat bir o ‘ lchovli super panjaralarni yaratishi mumkin. Ishda qalinligi 10 ga teng Ga 1-x Al x As va qalinligi 60 GaAs qatlamlarining umumiy soni 100 ga yaqin. Ammo Ga + , Al + , As + fotoion nurlaridan foydalanganda asosan uch o lchamliʻ qatlamlarni yaratish mumkin. Elektromagnit fokuslash va burilish tizimidan foydalangan. To'plangan ionlarni fazoviy nazorat qilish qobiliyati kelajakda yarimo ‘ tkazgichli atom materiallari texnologiyasi uchun juda muhim ko ‘ rinadi. Bizning tajribamizda indiy atomlarining ikki bosqichli selektiv fotoionizatsiyalash natijasida lazer nurlari yordamida amalga oshirildi. Atomlarning selektiv fotoionlanishining butun jarayoni, selektiv fotoionlarni ajratib olish va ularni taglikga joylashtirish jarayoni 10 -5 mm simob ustuni vakuumda amalga oshiriladi. Jarayon tozalanayotgan moddaning taglikdan boshqa reagentlar yoki materiallar bilan aloqa qilishni talab qilmaydi. Atomlarning fotoionlashuvi natijasida hosil bo ‘ lgan ionlar birlamchi atomlar bilan deyarli bir xil issiqlik harakat tezligiga ega. Bu har qanday ion massasi ajratuvchisi uchun yaxshi ion manbai bo ‘ lishi mumkin bo ‘ lgan mo ‘ tadil elektr maydonlari yordamida ulardan osongina kollimatsiyalangan impulsli ion dastasini hosil qilish imkonini beradi. 55 Kerakli turdagi atomlarning ionlarini barcha atomlar yig ‘ indisidan ajratish dasta bo ‘ ylab 100 dan 500 V/ sm gacha intensivlik gradientiga ega bo ‘ lgan doimiy elektr maydonlari yordamida ajratilgan. Atomlar dastasi va elektr maydonlarining optimal parametrlarini tanlashda lazer nurlanishi bilan ikki bosqichli selektiv fotoionlanish natijasida hosil bo ‘ lgan indiy atomining ion dastasi asosiy atomlar dastasidan ajratilgan. 3.4 b)-rasmda. Fotoionizatsiya yo ‘ li bilan hosil qilingan indiy atomlar qatlamining shisha taglikdagi fotosurati. Atomlarni bosqichli seliktiv fotoionizatsiyasi (ABSF) usuli bilan olingan yuqori darajada toza fotoion nurlarining mumkin bo ‘ lgan qo ‘ llanilishidan biri murakkab super panjara tipidagi geterostrukturalarni ishlab chiqarishdir. Oxir-oqibat shuni aytishimiz mumkinki, ushbu usulning muvaffaqiyatli rivojlanishining asosi lazer nurlanishi bilan turli elementlarning atomlarini qo ‘ zg ‘ atish va ionlashning optimal sxemalarini ishlab chiqish va sozlanishi mumkin bo ‘ lgan nurlanish chastotalari bilan samarali, kuchli ultrabinafsha va ko ‘ rinadigan lazerlarni ishlab chiqishdan iborat. 56 Xulosa Bitiruv malakaviy ishimni bajarish jarayonida ilmiy natijalarni olib, quyidagi xulosalarga keldim: 1. Bitiruv malakaviy ishini tayyorlash jarayonida spektroskopiyaning zamonaviy metodlaridan biri bo ‘ lgan lazer fotoionizatsion spektroskopiya metodi bilan tanishdim. Uning yutuq va kamchiliklari o ‘ rganib chiqdim. 2. Zamonaviy lazer texnikalaridan tashkil topgan lazer fotoionizatsion spektrometrning ish jarayoni bilan tanishdim. Spektrometrning asosiy qismlaridan bo ‘ lgan azot lazeri, bir necha xil bo ‘ yoq lazerlari, vakuumli fotoionizatsion kamera va unda atomlar dastasini hosil qilish usullari hamda qayd qiluvchi elektron sistemalardan iborat murakkab lazer sistemasining ishlash prinsipini o ‘ rgandim. 3. Bitiruv malakaviy ishini bajarish jarayonida INDIY atomlarini ikki va uch bosqichli uyg ‘ otish jarayoni va uyg ‘ ongan atomlarni lazer spektroskopiya metodi orqali qayd qilish usullarini o ‘ rgandim. 4.Olingan ilmiy natijalar yarimo ‘ tkazgichli elektronika va mikroeliktronika texnologiyalarida qo ‘ llanilishi mumkin. 57 Foydalanilgan adabiyotlar 1. Летохов В.С., Мур С.Б. - Лазерное разделение изотопов. Часть I, II . Кв. электроника. 1976. т.3, стр. 243, 485. 2. 2.Летохов В.С., В.И.Мишин, А.А.Пурецкий. Селективная фотоионизация атомов лазерным излучением. - Сб. Ст. Химия плазмы. М. Атомиздат. 1977. №4. С.3-60. 3. Амбарцумян Р.В., Калинин В.И., Летохов В.С.- Письмо в ЖЭТФ, 1971, т.13, с.305, 4. Tuccio S.A., Dubrin J.W., Peterson O.G., Snavly B.B. - IEEE J. Of Quantum Electronics. Vol . QE -10, №9, р.790, 1974. 5. Letokhov V.S. - Spectroscopiy Letters, 1975, v.8, p.697. 6. Letokhov V.S. Nature, 1979, v.277, No.5698, p.605. 7. Eshkabilov N. B., A. S. Kurbaniyazov A. S., and Sh. R. Haidarov. - Russian Physics Journal. Pleiades Publishing, New York, 2022. -Vol. 64, - No 10, - pp. 1872-1879 8. Турсунов А.Т., Эшкобилов Н.Б. - Ав. свидетельство №1092387 “Способ измерения пространственного распределения атомных концентраций” с приоритетом от 17.01.83 9. Турсунов А.Т., Эшкобилов Н.Б. - Квантовая электроника, 1982, т.9, №10, с. 2096-2097. 10. Турсунов А.Т., Эшкобилов Н.Б. - ЖТФ. 1984. Т.54. в.1., с. 166- 168. 58 11. Н.Б.Эшкабилов, Ш.Р.Хайдаров, А.С.Курбаниязов. СамДУ ахборотномаси. 2020 й. №3 с 137-145. 12. N.B.Eshkabilov, Sh.R.Khaydarov, A.S.Kurbaniyazov Journal of critical reviews. 2020 vol. 7, ISSUE 16, p 3159-3162 13. Несмеянов А.А. Давление паров химических элементов. М. 1961. с.1-16. 14. N.B.Eshkabilov, Sh.Khaydarov – III - international conference on nanophotonics, metamaterials and photovoltaics ( ICNMP -2023). Samarkand. 23- 27 may 2023 c. 15. Смирнов Б.М. - Возбужденные атомы. М. Энергоиздат. 1982.с.171-228. 16. A.K.Kasimov, A.T.Tursunov, N.B.Eshkobilov. - /RIS-96/ USA., Rencelvani, p.141. 17. Мучник М.Л., Орлов Ю.В., Паршин Г.Д., Черняк Е.Я., Летохов В.С., Мишин В.И. - Кв. электроника. 1983. т.10. с.2331-2335. 18. Технология тонких пленок. Справочник. Перевод с анг. Под ред. М.Н.Елинсона, Г.Г.Смолко. 1977 г. I том, стр. 461-491. 19. Эшкобилов Н . Б . , Хайдаров Ш.Р . - MODERN SCIENCE АND RESEARCH. 2022 Vol 1. ISSN 2181-3906 p 173-177. 20. Зайнабидинов С.З. и др. - Физика и техника полупроводников. 2016 г. т. 50, вып. 1. с. 60-66. 21. Гусев А.И. - Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. – М. Физматиздат, 2007, с.416. Internit saytlari: 22. www. Ziyonet.uz – Oliy va o‘rta maxsus ta’lim vazirligining axborot ta’lim markazi. 23. www . lebedev . ru – Сайт Физического Института РАН . 24. http://research.samdu.uz/ “SamDU Axborotnomasi” 59

ATOMLAR DASTASI PARAMETRLARINI LAZER FOTOIONIZATSION SPEKTROSKOPIYA METODI BILAN O ‘ RGANISH MUNDARIJA KIRISH………………………………………………………………………… 3 I NAZARIY QISM L azer fotoionizatsion spektro skopiya metodlari 1.1 Atomlarni bosqichma-bosqich fotoionizatsiyalash metodi ……………….....6 1.2 Fotoionizatsiya metod i ning asosiy хarakteristikalari ………………………..7 1.3. Ikki bosqichli fotoionizatsiya jarayonining kinetikasi ……………………...11 1.4. Atomlarni bosqichli u yg‘otish va ionlashtirish usullari …………………….16 1.5. Atomlarn i yuqori uyg‘ongan avtoionizatsion holatlar orqali ionlashtirish …19 1.6. Atomlarn i yuqori uyg‘ongan ridberg holatlari orqali ionlashtirish …………23 II TAJRIBA QISMI L azer fotoionizatsion spektrometr ning asosiy qismlari va ishlash jarayoni 2 .1. Lazer fotoionizatsion spektrometr …………………………………………30 2.2. Azot lazeri.....................................................................................................32 2.3. Bo ‘ yoq lazerlari.............................................................................................35 2 .4 . Fotoionizasion kamera va qayd qilish sistemasi...........................................42 2.5. Atom lar dastasini hosil qiluvchi yuqori temperaturali pech.....................44 III TAJRIBA NATIJALARI Atomlar dastasi parametrlarini o‘rganish..................................................49 3.1.Atomlar dastasining geometriyasi..................................................................51 3.2. Atomlar va ionlar konsentratsiyasini kuzatish va nazorat qilish....................54 Xulosa............................................................................................................58 ADABIYOTLAR……………………………………………………………….59 1

KIRISH Bitiruv malakaviy ishining dolzarbligi. Lazerli atom-fotoionizasion spektraskopiya yo ‘ li bilan hozirgi zamon ilm-fani va ishlab-chiqarishi uchun element atomlarining o ‘ ta kam miqdorini aniqlaydigan metodlarni ishlab chiqish muhim va dolzarb masalalardan hisoblanadi. Bu shu bilan asoslanadiki, bugungi kunda ko ‘ pgina texnologik masalalarni yechishda xususan: o ‘ ta toza materiallar olishda, geologiya va geoximiyada, taksikologiya va atrof muhit himoyasida ba’zi element atomlari miqdorini 10 -9 ¸ 10 -10 % darajada aniqlashga to ‘ g ‘ ri keladi. Bu muammolarni an’anaviy analitik metodlar (absorbsion, fluoresent, neytral- aktivasion) bilan hal qilib bo ‘ lmaydi, chunki, ko ‘ pchilik hollarda ularning sezgirlik darajasi 10 -7 % dan oshmaydi, ya’ni chegaralangan. Lekin, lazerli atom- fotoionizasion spektraskopiya usuli bilan bu muammoni hal qilish mumkin. Bitiruv malakaviy ishining maqsadi . Hozirgi zamon yuqori texnologiyalarda qo ‘ llaniladigan atomlar dastasining tarqalish kengligi, intensivligi, birjinsliligi, atomlar konsentratsiyasi kabi parametrlarini lazer fotoionizatsion spektroskopiya usuli bilan o ‘ rganish va jarayonni optimallashtirishga qaratilgan taklif va xulosalar ishlab chiqishdan iborat. Bitiruv malakaviy ishining ilmiy – amaliy ahamiyati . Lazer nurlarining bugungi kundagi qo ‘ llanish sohasi nihoyatda keng. Ilmiy sohalarda chiziqli va nochiziqli optika, atom va molekulyar spektroskopiya, yadro spektroskopiyasi, fizikaviy-kimyo, bio-fizika, tibbiyot fizikasi va boshqalar bo ‘ lsa, amaliy sohalarda esa texnika-texnologiyalardan tortib, kosmos, harbiy sohalargacha, tibbiyot, ekologiyadan tortib, qishloq xo ‘ jaligi sohalarigacha qo ‘ llanilmoqda. Ilm-fandagi qo ‘ llanish sohalari ichida lazer nurlarining o ‘ ziga xos noyob xususiyatidan kelib chiqib, fizika, kimyo sohalarida ko ‘ plab kashfiyotlarga sabab bo ‘ lganligi bilan muhim ilmiy amaliy ahamiyatga ega. Bizga ma’lumki, o ‘ tgan asrning 60 yillarida kogerent, monoxromatik va yuqori energiyali, qat’iy yo ‘ nalishga ega bo ‘ lgan yorug ‘ lik manbalarining (lazerlarning) kashf etilishi dunyo miqyosidagi ulkan kashfiyot bo ‘ ldi. Lazer nurlarining bugungi kundagi qo ‘ llanish sohasi nihoyatda keng. Ilmiy sohalarda 2

chiziqli va nochiziqli optika, atom va molekulyar spektroskopiya, yadro spektroskopiyasi, fizikaviy-kimyo, bio-fizika, tibbiyot fizikasi va boshqalar bo ‘ lsa, amaliy sohalarda esa texnika-texnologiyalardan tortib, kosmos, harbiy sohalargacha, tibbiyot, ekologiyadan tortib, qishloq xo ‘ jaligi sohalarigacha qo ‘ llanilmoqda. Ilm-fandagi qo ‘ llanish sohalari ichida lazer nurlarining o ‘ ziga xos noyob xususiyatidan kelib chiqib, fizika, kimyo sohalarida ko ‘ plab kashfiyotlarga sabab bo ‘ lgan yangi yo ‘ nalish: lazer spektroskopiyasi sohasiga alohida to ‘ xtalamiz. Qo ‘ llanish sohalari ichida fizika, kimyo, biologiya, tibbiyot sohalarida ko ‘ plab kashfiyotlarga sabab bo ‘ lgan “Lazer nurlarining moddalar bilan selektiv ta’sirlashish” sohasi bugungi kunda muvaffaqiyat bilan rivojlanayotgan sohadir. Kogerent, monoxromatik va chastotasi silliq o ‘ zgara oladigan lazer manbalari yordamida atom va molekulalarning kvant holatlariga selektiv ta’sir qilib, fizikaviy va kimyoviy jarayonlarda ularning faolligini oshirish, yoki ushbu jarayonlarni boshqarish imkoniyati mavjud. Bu nurlanishlar orqali atom va malekulalarning 1.0 ¸ 10.0 eV energiyaga ega bo ‘ lgan kvant holatlarini selektiv uyg ‘ otish mumkin. Hozirgi optik kvant generatorlari (lazerlar) yordamida spektral sohaning infraqizil, ko ‘ zga ko ‘ rinar, ultrabinafsha va vakuumultrabinafsha sohalarida industrlangan monoxramatik nurlanishni olish mumkin. Lazer spektroskopiya uchun muhim masala ushbu diapazonda chastotasi uzluksiz, silliq o ‘ zgaradigan lazer qurilmalariga ega bo ‘ lishdan iborat. Bu masala bo ‘ yoq lazerlari va yarimo ‘ tkazgichli lazerlar kashf etilgach hal bo ‘ ldi. Lazerli atom-fotoionizasion spektraskopiya yo ‘ li bilan hozirgi zamon ilm- fani uchun element atomlarining o ‘ ta kam miqdorini aniqlaydigan metodlarni ishlab chiqish muhim va dolzarb masalalardan hisoblanadi. Bu shu bilan asoslanadiki, bugungi kunda ko ‘ pgina texnologik masalalarni yechishda xususan: o ‘ ta toza materiallar olishda, geologiya va geoximiyada, taksikologiya va atrof muhit himoyasida ba’zi element atomlari miqdorini 10 -9 ¸ 10 -10 % darajada aniqlashga to ‘ g ‘ ri keladi. Bu muammolarni an’anaviy analitik metodlar (absorbsion, fluoresent, neytral-aktivasion) bilan hal qilib bo ‘ lmaydi, chunki, 3

ko ‘ pchilik hollarda ularning sezgirlik darajasi 10 -7 % dan oshmaydi, ya’ni chegaralangan. Bu borada oxirgi yillarda lazer fotoionizasion metod yordamida yakka atomni qayd qilinganligi, analitik olimlarni qiziqtirmoqda. Bu metodlarni analiz qilish maqsadida to ‘ g ‘ ridan- to ‘ g ‘ ri ishlatish uchun ba’zi bir qo ‘ shimcha texnologik masalalarni hal qilish kerak bo ‘ ladi. Bular: 1) analiz qilinadigan elementning erkin atomlarini hosil qilish; 2) bu atomlarni analitik zonaga (lazer nurlari bilan ta’sirlashish zonasiga) yetkazish; 3) lazer nurlari yordamida optimal sxema bo ‘ yicha uyg ‘ otish, ionlashtirish va qayd qilish. Bu analiz bosqichlarini amalga oshirish uchun moddani yuqori temperaturali atomizatorda bug ‘ latish va hosil bo ‘ lgan bug ‘ lar dastasiga lazer nurlarini 90 0 burchak ostida yuborish orqali hosil bo ‘ lgan ionlarni maksimal qayd qilish lozim bo‘ladi. Bu yo‘lda eng ko‘p ishlatiladigan usul, bu elektrotermik qizdirish va lazer nuri ta’sirida lokal qizdirish hisoblanadi. U yoki bu qizdirish usulini tanlash analizda qo‘yilgan masalaga bog‘liq. Termik qizdirish jarayoni nisbatan sekin kechadigan jarayon bo‘lib, dastlab na’muna qizdiriladi, keyin eritiladi, bug‘latiladi va nihoyat atomlar dastasi shakllantirilib, neytral atomlar holiga keltiriladi va lazer nurlari bilan ta’sirlashishga tayyorlanadi. Atomlar dastasidagi to‘yingan bug‘ bosimi atomizator t emperaturasi orqali boshqariladi. Bitiruv malakaviy ishida indiy atomlar dastasining parametrlarini fotoionizasion usul bilan aniqlangan. 4

I NAZARIY QISM L azer fotoionizatsion spektro skopiya metodlari 1.1. Atomlarni bosqichma-bosqich fotoionizatsiyalash metodi Fotoionizatsion spektroskopiya ko‘p chastotali rezonans lazer maydonida atom va molekulalarning rezonans uyg‘otishga va so‘ngra, uyg‘ongan atomlarning ionlashtirishiga asoslangan. Atomlarning selektiv fotoionizatsiyasi bir nechta sxemalar bo‘yicha amalga oshirilishi mumkin. 1.1–rasm . Atomlarni lazer nuri yordamida selektiv uyg‘otish va fotoionizatsiyalash sxemalari a) ikki fotonli fotoionizatsiya, b) uch fotonli fotoionizatsiya, v) avtoionizatsion holatning selektiv uyg‘otilishi, g) ridberg holatlariga selektiv uyg‘otish va uyg‘ongan atomlarni infraqizil nur yordamida ionlashtirish, d) atomlarni ridberg holatiga selektiv uyg‘otish va ularni elektr maydoni yordamida ionlashtirish Ularning umumiy jihati shundaki, bir yoki bir nechta oraliq kvant uyg‘otishlar lazer nuri yordamida hosil qilinadi. Ionlashtirishning so‘nggi bosqichi qo‘shimcha lazer nuri yoki boshqa zarrachalar bilan to‘qnishish tufayli sodir bo‘ladi. Bosqichma-bosqich uyg‘otishning bir nechta sxemasi 1.1-rasmda keltirilgan . Ko‘p bosqichli fotoionizatsiya metodining eng sodda usul ikki bosqichli fotoionizatsiya usuli hisoblanadi (1.1-a) rasm). Yuqori ionlashish 5

Похожие

Kvanto-ximik hisoblashlar orqali dimetilsulfoksid va uning eritmalarida molekulyar agregatsiyalarni o’rganish
KVANTO-XIMIK HISOBLASHLAR ORQALI DIMETILSULFOKSID VA UNING ERITMALARIDA MOLEKULAR AGREGATSIYALARNI O’RGANISH
ANILINNING MOLEKULYAR TUZILISHINI SPEKTROSKOPIK VA HISOBLASH USULLARI YORDAMIDA O’RGANISH
Funksiya grafigi parametrlarini sozlash
Monokarbon kislotalarida COOH guruhning molekulalararo o‘zaro ta’sirdagi roli va ularning kombinatsion sochilish spektrlari