İntermoleküler potansiyel farkı ve spektrum çizgileri üzerindeki etkisi

Abstract

ÖZET Asal gaz ile basınca tabi tutulan alkali metallerin absorbsiyon ve emisyon spektraları incelendiğinde, spektral çizgi şiddetinin frekansa bağlılığı oldukça kompleks özellik gösterir. Özellikle ana profillerin yanında gözlenen ve spektral uydular olarak tanımlanan küçük spektral oluşumlar, profilin teorik hesaplamalarını güçleştirmektedir. Bu çalışmada helyum, argon ve ksenon gibi asal gaz matrisi içindeki Cs atomun, bu asal gaz atomları ile etkileşimi sonucunda belirli enerji seviyelerindeki değişimi incelenmiş, Ch'en[34-35] tarafından 62 5I/2 - > 62 Pm ve 62 Sın - » 62 PJ/2 geçişleri için deneysel olarak gözlenen spektral profiller, teorik olarak hesaplanmaya çalışılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında moleküler potansiyelin Lennard-Jones (12,6) formuna uyması durumunda genel basınç metodu kullanılarak açıklanamayan deneysel dataların, potansiyel farkının seri açılımında alınan terim sayısını arttırarak elde edilebilineceği düşünülmüş, ancak sonuçların terim sayısından çok potansiyel parametrelerine bağlılık gösterdikleri gözlenmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasını, moleküler potansiyelin Lennard-Jones olması durumunda, genel basınç metodu kullanılarak elde edilemeyen spektra profilini, teorik olarak elde edebilecek yeni bir moleküler potansiyel tanımlamak oluşturmaktadır. Cs-He pertürbasyonunda özellikle çekirdeğe yakın mesafelerde Lennard-Jones potansiyelinden farklılık gösteren Buckingham potansiyeli kullanılarak gerek PV2 -» SU2 geçişleri gerekse PV2 -» SV2 geçişlerinden elde edilen spektral çizgi profilleri elde edilmeye çalışılmış ve sonuçların deneysel veriler ile uyumunun oldukça iyi olduğu görülmüştür. Benzer çalışma Cs-Ar ve Cs-Xe karışımları için de yapılmaya çalışıldı, ancak potansiyel farkının seri açılımında terim sayısı arttınlsa bile genel basınç metodu ile P - > S1 gerek Lennard-Jones gerekse Buckingham potansiyeli kullanılarak i`2 '^ ve XIp > ç* 3/2 1/2 geçişlerinde gözlenen spektra profilleri için yapılan teorik hesaplamaların deneysel verileri açıklamada yetersiz kaldığı görülmüştür. Bu durumda analitik potansiyellerin kullanılması ile açıklanamayan uydu profillerinin teorik olarak elde edilebilmesi için, deneysel spektruma benzerliği sağlanana kadar etkileşim potansiyelleri modifiye edilmiş ve bu yolla elde edilen nümerik potansiyellerin kullanılması sonucunda hesaplanan spektral profillerin tüm bağıl yoğunluklarda deneysel verilerle uyumunun oldukça iyi olduğu gözlenmiştir. Elde edilen nümerik potansiyeller incelendiğinde kırmızı uydu şiddetinin etkileşimdeki çekici kuvvet ile mavi uydu şiddetinin ise, itici kuvvet ile değiştiği gözlenmiş, teorik ve deneysel verilerin uyumu için etkileşim potansiyellerinde lokal değişikliklerin ise kaçınılmaz olduğu saptanmıştır. Çalışmanın son aşamasında bağıl yoğunluk ve sıcaklık değişiminin kırmızı ve mavi uydu profilleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bağıl yoğunluğun arttırılması durumunda her iki uydu profili şiddetinin arttığı gözlenmiş, sıcaklık değişiminin uydu profilleri üzerindeki etkisinin ise önemsenmeyecek kadar az olduğu görülmüştür. XII

ABSTRACT Examining absorbtion and emission spectra of alkali metals pressurised with inert gases, it becomes clear the relationship between intensity of the spectral lines and frequency shows complex properties. Especially, small intensity profiles, occuring on both sides of the main spektral profiles so called satelites complicates the theoretical calculations of spektral profile. In this study, changes in the energy levels of Cs atom interacting with inert gases such as Helium, Argon and Xenon were examined and the experimental spectral profiles observed for 62 SU2 -> 62 PU2 and 62 S]/2 -» 62 Pm transitions which were reported by Ch'en [39-40]. In the first phase of the study, assuming that molecular potential is of Lennard-Jones (12.6) type, it was expected that experimental data could be obtained by increasing the degree of power series, otherwise they could not be theoretically explained by the general pressure method. However, we observed that the results are more sensitive to potential parameters than the degree of power series. In the second phase of the study a new molecular potential was defined by which spectral profile could be obtained, since it was impossible to obtain the profile by the general pressure method when molecular potential is of Lennard-Jones type. The result obtained, in the case of Cs-He perturbation, spectral line profiles resulting from Pm -> SU2 or Pm - > Sm transitions by using Buckingham potential which differs considerably from the Lennard-Jones potential especially at the distances near to the nucleus, found to be quite in agreement with the experimental data. Similar studies were also carried out for Cs-Ar and Cs-Xe mixtures. However theoretical calculations for spectral profiles obtained for Pm ->. Sm and Py2 -> SU2 transitions were found to be insufficient to explain the experimental data, even when the theoretical calculations were carried out by using increased degree of power series or general pressure method with either Lennard-Jones or Buckingham potential. To obtain satelite profiles theoretically, interaction potentials were modified where they showed similarity to experimental spectra. Spectral profiles calculated using these IXmodified potentials were found to be in good agreement with experimental data at any relative density conditions. By examination of these numeric potentials we observed that intensities of red and blue satelites were changing by attractive and repulsive forces respectively during the phase of interaction. We also observed that it was unescapable to make local changes on interaction potentials to maintain similarity between theoretical and experimental data. In the final phase of the study, effects of changes in the relative density and temperature on red and blue satelite profiles were examined. It was found that the relative density increases the intensities of both satelite profiles. On the other hand, effects of temperature changes on satelite profiles were too small to be taken into consideration. X