Відділ електронних процесів


Завідувач відділу
- доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник
О.В. Снігурський

Співробітники відділу - Доктори фізико-математичних наук: старший науковий співробітник О.О. Боровик, провідний науковий співробітник Г.М. Гомонай, кандидати фізико-математичних наук: старші наукові співробітники В.С. Вукстич, Г.Г. Богачьов, науковий співробітник, Ю.І. Гутич, кандидат хімічних наук, науковий співробітник Л.Г. Романова, інженер - Р.В. Тимчик.

Аспірант - О.В. Папп

 Відділ електронних процесів створено у 1992 році. Свого часу завідувачами відділу працювали лауреати Державної премії України в галузі науки і техніки д.ф.-м.н. проф. Іван Прохорович Запісочний та д.ф.-м.н. Арпад Йосипович Імре.


Основні наукові напрямки діяльності відділу:

  •   фотонна спектроскопія іонів при їх зіткненнях з моноенергетичними електронами контрольованої енергії;
  •   електронна спектроскопія атомів при їх взаємодії з моноенергетичними електронами;
  •   фотонна спектроскопія атомів та іонів при електрон-атомних зіткненнях;
  •   мас-спектрометрія складних органічних (у т.ч. біологічних) молекул.

У відділі створені та успішно функціонують чотири сучасні оригінальні високовакуумні експериментальні установки: "Іон", "ВУФ-спектрометр", "Електронний спектрометр", "Магнітний мас-спектрометр".


За роки існування відділу електронних процесів співробітниками відділу досягнуто такі найважливіші наукові результати

Установка "Іон". Установка створена на базі оригінальних розробок конструкцій компактних та економічних джерел електронних та іонних пучків регульованої енергії, різних типів високоякісних монохроматорів та енергоаналізаторів електронів; сучасної модуляційної системи детектування надслабких потоків фотонів; оригінальних спектральних монохроматорів для ультрафіолетової та вакуумно-ультрафіолетової областей спектру; автоматизованої системи вимірювання з управлінням за допомогою комп'ютерів та пакетів програм для проведення вимірів і математичної обробки результатів. На вказаній установці спектроскопічним методом в умовах пучків електронів та іонів, що перетинаються під прямим кутом, отримані важливі фундаментальні результати з дослідження процесів збудження, іонізації, діелектронної рекомбінації іонів лужних, лужноземельних металів, цинку, кадмію, талію та індію, які мають широкий спектр прикладного застосування - в астрофізиці, фізиці плазми, квантовій електроніці тощо. У процесі досліджень цих процесів при зіткненнях електронів з багатоелектронними іонами було встановлено, що:

  • домінуюча роль резонансних явищ, пов'язаних з діелектронним захопленням налітаючого електрона іоном, утворенням та розпадом (електронним та/чи радіаційним) автоіонізаційних станів, призводить до більш тісного взаємозв'язку процесів збудження, рекомбінації та іонізації;
  • крім спін-обмінних процесів (спричинених релятивістським ефектом спін-орбітальної взаємодії), суттєвими є також кореляційні ефекти, конфігураційне змішування рівнів, які значно збільшують ймовірність збудження оптично заборонених та інтеркомбінаційних спектральних переходів;
  • кореляційна взаємодія у поєднанні з релятивістським та поляризаційним ефектами суттєво впливають на динаміку процесів. (Г.М. Гомонай, Ю.І. Гутич).

Установка "ВУФ-спектрометр". У ВУФ області нижче 120 нм уперше виявлений радіаційний розпад автоіонізаційних станів (АІС) лужних атомів (K, Rb, Cs), утворених при збудженні в електрон-атомних зіткненнях одного з електронів зовнішньої замкнутої p6 підоболонки, з переходом на звичайні стаціонарні стани атомів. У вказаній спектральній області з використанням подібної експериментальної методики виявлені нові спектральні лінії для лужноземельних металів (Ca, Sr, Ba), які відповідають радіаційним переходам як з атомних, так і з іонних автоіонізаційних станів на звичайні атомні або іонні стани.

У ближній ВУФ (близько 200 нм) та УФ областях спектрів літію, збуджених при електрон-атомних зіткненнях, виявлена група ліній, які відповідають випромінювальним переходам усередині самої системи автоіонізаційних станів.

Використання комп'ютеризованої системи реєстрації дозволило ретельно досліджувати структуру функцій збудження слабких спектральних ліній, що відповідають радіаційним розпадам автоіонізаційних станів. Так, для лінії 67.4 нм удалося виявити біляпороговий максимум, поява якого зв'язується із процесом порушення й розпаду короткоживучого стану негативного іона калію.

Для ряду атомів було встановлено вплив непрямих процесів за участю короткоживучих АІС, які проявляються у випромінювальному каналі розпаду збуджених атомів за посередництвом так званого ефекту взаємодії після зіткнення (ВПЗ). Для магнію (при енергетичному розкиді збуджуючих електронів Δ E~0.7-0.8 еВ) експерименти показали наявність досить помітних структур на функціях збудження для чотирьох членів його головної серії, що виходять з рівнів np 1Po1 (n=4-7), пов'язаних із внеском у заселення вихідних рівнів за рахунок ВПЗ за участі АІС 3p4s 1Po1. Аналогічні дослідження, виконані для збудження головних серій атомів цинку (n=5, 6, 7) і кадмію (n=6, 7, 8) з Δ E~0.7 еВ і Δ E~0.6 еВ, відповідно, дозволили виявити помітні структури, які можна пояснити впливом ефекту ВПЗ за участі АІС нижніх конфігурацій - 3d94s24p (Zn) і 4d95s25p (Cd). Подібний ефект виявлений також на функціях збудження ряду ліній атомів талію та свинцю. (Г.Г. Богачьов).

Установка "Електронний спектрометр" є унікальною в плані досліджень процесу автоіонізації атомів металів з високим енергетичним розділенням. Спеціально розроблені конструкції електронних аналізаторів і джерел електронних пучків дозволяють проводити прецизійні дослідження електронних спектрів при низьких енергіях зіткнень. На установці проведений цикл досліджень резонансних процесів при збудженні автоіонізаційних станів атомів лужних і лужно-земельних металів моноенергетичним електронним пучком. Зокрема, уперше виявлені й класифіковані резонанси негативних іонів літію, натрію, калію й стронцію, що утворюються у біляпороговій області енергій збудження атомних автоіонізаційних станів. Також уперше виявлені осциляції в енергетичній залежності збудження ліній в електронних спектрах атомів літію та калію в результаті ефекту ВПЗ. Як було показано, зазначений ефект проявляється при енергіях взаємодії, коли утворюються резонанси негативних іонів, і є пов'язаним з високою поляризованістю цих атомів. На даний час установка модернізована для роботи з хімічно агресивними елементами й розпочаті дослідження біляпорогового електронного збудження автоіонізаційних станів атомів рубідію та цезію. (О.О. Боровик)

Установка "Магнітний мас-спектрометр". Внаслідок проведеної суттєвої модернізації з використанням сучасних засобів комп'ютерної техніки, установка на даний час дозволяє не тільки вимірювати і аналізувати спектри мас досліджуваних об'єктів, але і визначати енергетичні залежності перерізів іонізації та дисоціативної іонізації складних багатоатомних молекул та їх молекулярні константи. Модернізація стосувалася як системи розгортки мас аналізатора, так і системи реєстрації корисного сигналу. Сучасні системи моніторингу вакууму у всіх вузлах експериментальної установки, модифіковані джерела молекулярного пучка та іонів у поєднанні з комп'ютеризованою системою збору, накопичення та обробки даних експерименту з використанням спеціального програмного забезпечення надають можливість візуалізації процесу накопичення експериментальних даних, їх збереження, обробки і виводу на сучасні носії інформації.

Отримано принципово нові дані з фрагментації складних молекул біологічного призначення під дією термічного нагріву та електронного удару. Виявлено основні продукти розпаду молекул гліцину та вияснено головні механізми їх утворення. Отримано нові дані з енергій іонізації та потенціалів появи іонізованих фрагментів вказаної молекули, які дозволяють суттєво доповнити наявні бази даних молекулярних констант і встановити основні закономірності термічної та ударної фрагментації біомолекул. (О.В. Снігурський, В.С. Вукстич, Л.Г. Романова).

Співробітники відділу електронних процесів неодноразово виконували наукові дослідження за програмами конкурсних грантів Міжнародного Наукового фонду, Міжнародного Фонду Європейської Співдружності INTAS, Фонду Цивільних Оборонних Досліджень CRDF, Фонду Фундаментальних досліджень України, національних наукових грантів та грантів молодих вчених. Науковці відділу регулярно беруть участь у організації та роботі численних міжнародних та національних наукових конференцій. Співробітники відділу були неодноразово відзначені науковими стипендіями Президента України та Президента НАН України, ставали лауреатами Державної премії України в галузі науки і техніки. У доробку співробітників відділу наукові публікації у найпрестижніших вітчизняних і міжнародних виданнях, патенти на оригінальні розробки, монографії.

У рамках міжнародного наукового та науково-технічного співробітництва відділ постійно підтримує творчі зв'язки і проводить спільні наукові дослідження з колегами з Манчестерського університету (Великобританія), Лабораторією позитронної фізики Лондонського Університетського коледжу (Великобританія), Інституту іонної фізики Університету ім. Л. Франценса (Австрія), Гданського Політехнічного університету (Польща), Інститутом неорганічної методології і плазми (Італія), Лабораторією атомної спектроскопії Інституту твердого тіла Болгарської Академії наук, Інститутом атомної фізики Угорської Академії наук, Фізико-технічним інститутом ім. Ф.Й. Йоффе (Росія), Інститутом теоретичної фізики та астрономії Вільнюського університету (Литва).

У рамках відділу регулярно виконуються курсові та дипломні роботи студентів вищих наукових закладів, наукові роботи школярів у рамках Малої Академії наук, дисертаційні роботи здобувачів наукових ступенів та аспірантів.