Optical emissions of oxygen, nitrogen and nitrogen-oxygen mixtures stimulated by 20-100 keV protons

Utah State University, France.

Abstract

The excitation of oxygen, nitrogen and their atmospheric mixture by impact of 20-100 keV protons has been studied at gas pressures from 1-100 mT. Radiation emitted from excited structures has been spectrally analyzed to obtain absolute emission cross sections for dominant features in the spectral interval 3 400-5 700 Å. The spectra from protons on nitrogen showed the N₂⁺ First Negative and the N₂ Second Positive band systems, plus multiplets from N, N⁺, and N⁺⁺. O⁺ multiplets and the O₂⁺ First and Second Negative systems were predominate in the protons on oxygen spectra, although a few О and O⁺⁺ lines were also present. The emission cross sections for the atomic lines maximized at about 40 keV, whereas the band emissions increased as the energy of the incident protons decreased over the energy range studied. Absolute cross sections are given for selected bands and lines.

Résumé

L’excitation de l’oxygène, de l’azote et de leur mélange atmosphérique par choc de protons de 20-100 keV a été étudiée à des pressions de gaz allant de 1 à 100 mT. La radiation émise par ces structures excitées a été analysée spectralement de façon à obtenir la valeur absolue des sections d’émission pour les caractéristiques dominantes dans l’intervalle spectral 3 400-5 700 Å. Les spectres des protons sur l’azote présentaient le premier système négatif de bandes N₂⁺ et le second système positif N₂, plus les multiplets de N, N⁺ et N⁺⁺. Les multiplets O⁺ et les premier et second systèmes négatifs O₂⁺ étaient prédominants dans les protons sur les spectres d’oxygène, quoique quelques raies O et O⁺⁺ fussent aussi présentes. Les sections d’émission pour les raies atomiques atteignaient un maximum à environ 40 keV, tandis que les émissions des bandes augmentaient à mesure que diminuait l’énergie des protons incidents, dans tout le domaine d’énergie étudié. Les sections absolues sont données pour certaines bandes et raies.