Experimentelle Untersuchungen zur reaktiven Streuung laserangeregter Teilchen

Thema der vorliegenden Arbeit ist die Streuung von Na im Grundzustand und im ersten elektronisch angeregten Zustand (3P) an mehratomigen Molekülen. Dazu wurden Experi- mente mit der Methode der gekreuzten Molekularstrahlen durchgeführt. Gemessen wurden doppelt differentielle Streuquerschnitte, d. h. es wurde die gestreute Intensität in Abhängig- keit von Winkel und Geschwindigkeit der Teilchen ermittelt. Diese Messungen wurden für den Grundzustand des Natriums und fiir die Differenz zwischen angeregtem und Grundzu- stand aufgenommen. Aus diesen Messungen wurden die jeweiligen Streuquerschnitte für die Wechselwirkung mit Na(3S) und Na(3P) bestimmt. Für die Wechselwirkung zwischen Natrium und SF6 konnte nachgewiesen werden, daß die nichtreaktive Streuung auf großen Ablenkwinkeln von inelastischen Prozessen dominiert wird. Es findet ein Übertrag von bis zu 60 % der verfügbaren Translationsenergie in die innere Energie des SF 6 statt. Die reaktive Streuung zeigt im Grundzustand eine winkelabhängige Geschwindigkeits- verteilung des nachgewiesenen Produktes (NaF) : Für Vorwärts- und Rückwärtsstrcuung wird eine größere Geschwindigkeit beobachtet als für dazwischenliegende Streuwinkel. Die Winkelverteilung der Produkte zeigt ein Maximum in Vorwärts- und ein niedrigeres Maxi- mum in Rückwärtsrichtung. Mit zunehmender Stoßenergie wird die Verteilung symmetri- scher. Zwischen den beiden Extrema zeigt sich eine konstante Winkelverteilung. Das Ver- halten wird derart interpretiert, daß die Reaktion zwischen Na und SF6 einen Grenzfall zwi- schen der Bildung eines Stoßkomplexes und einer direkten Reaktion darstellt. Für die reak- tive Streuung an Na(3P) sind die Produkte deutlich schneller als für die reaktive Streuung im Grundzustand. Eine deutliche Asymmetrie der Verteilung der Geschwindigkeiten mit dem Winkel zeigt sich nicht. Die Winkelverteilungen ähneln im Verhalten den für den Grundzu- stand beobachteten. Für d! ie Zunahme des Reaktionsquerschnittes mit der Anregung ergibt sich eine fallende Tendenz mit der Stoßenergie. Sowohl fiir den Grundzustand als auch für den angeregten Zustand wird die verfiigbare Energie zum größten Teil in die innere Energie der Produkte transferiert. Zusammen mit den in [55] dargestellten Messungen liegen nun umfangreiche experi- mentelle Ergebnisse vor. Wünschenswert ist jetzt eine adäquate theoretische Betrachtung des Systems. Das System Na -SiF4 zeigt weder im Grundzustand noch im angeregten Zustand des Natriums reaktive Streuung. Für den Grundzustand wird ausschließlich elastische bzw. für größere Ablenkwinkel inelastische Streuung beobachtet. Die Streuung im angeregten Zu- stand zeigt zusätzlich zu dem im Grundzustand beobachteten Prozeß noch einen Anteil ge- streuten Natriums, der eine deutlich geringere kinetische Energie aufweist. Dieser Anteil wird aufeinen Löschprozess ("quenching") zurückgefiihrt, also die Abregung des Natriums im Stoß mit gleichzeitigen Energieübertrag auf das SiF4. Der Energieübertrag wird durch ein einfaches statistisches Modell gut wiedergegeben. Daraus ergibt sich die Interpretation der Dynamik des Prozesses als Bildung eines langlebigen Stoßkomplexes. Für das System Na -NH3 wird im Grundzustand elastische Streuung beobachtet. Be- findet sich das Natrium im angeregten Zustand, wird eine Reaktion beobachtet. Die nach- weisbaren Produkte werden ausschließlich in Rückwärtsrichtung gestreut. Daraus und aus energetischen Überlegungen folgt, daß das Produkt Natriumhydrid sein muß und weiterhin, daß es sich bei der Reaktion um einen direkten Prozeß handelt. Die in dieser Arbeit untersuchten Systeme habe im Gegensatz zu vielen bisher mit der Molekularstrahltechnik untersuchten als gemeinsames Merkmal, daß es 'sich um verhält- nismäßig große Moleküle handelt. Dadurch liegt den Untersuchungen die verallgemeinerte Fragestellung nach dem Einfluß vieler Freiheitsgrade auf die Reaktionsdynamik zugrunde. Es zeigt sich deutlich verschiedenes Verhalten bezüglich der elektronischen Anregung des atomaren Stoßpartners. Als Gemeinsamkeit läßt sich feststellen, daß ein großer Teil der zur Verfugung stehenden Energie in die Vibrations- und Rotationsfreiheitsgrade des Systems übertragen wird. Außerdem zeigt sich eine indirekte Rückwirkung dieser Eigenschaft auf die Reaktivität. Wenn auch angesichts der Vielfalt möglicher Targetmoleküle eine Verallge- meinerung nicht offensichtlich ist, läßt sich abschließend feststellen, daß auch diese Syste- me experimentellen Untersuchungen mit exakten Methoden zugänglich sind, die detaillierte Aussagen ermöglichen.Not available