Большая техническая энциклопедия
0 1 3 4 9
D V
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ь Э Ю Я
А- АБ АВ АГ АД АЗ АК АЛ АМ АН АП АР АС АТ АУ АФ АЦ АЭ

Атомная пучка

 
Атомные пучки в качестве источника света в вакуумном ультрафиолете только начинают применяться. Особое место среди не газоразрядных источников занимают источники пучок - фольга.
В опыте с атомными пучками внешним магнитным полем выделено направление, перпендикулярное к атомному пучку.
Удовлетворяющая указанным требованиям аппаратура ( атомные пучки и трубки с полым катодом, охлаждаемым жидким азотом) хорошо разработана и применена в многочисленных работах по изучению сверхтонкой и изотопической структуры атомных спектров.
Однако чего-либо принципиально нового указанные опыты с атомными пучками не дают: магнитный момент атомных ядер JA / снова может быть рассчитан лишь по расщеплению термов.
Газовые мазеры ( квантовые генераторы излучения СВЧ-диапа-зона на молекулярных и атомных пучках) исторически были первыми квантовыми генераторами. В настоящее время газовые мазеры нашли ограниченное, хотя и важное, применение в качестве высокостабильных стандартов частоты.
Гипотеза о спине электрона позволяет расшифровать результаты опытов с атомными пучками для атомов разного сорта. Измерения магнитного момента являются одним из существенных способов суждения об электронном состоянии атомов. Рассмотрим, что должны дать эти опыты для первых элементов таблицы Менделеева.
Принципиальная схема получения атомных пучков. Первые работы в СССР по созданию источников света, использующих атомные пучки, относятся к 1928 г. Источник света с атомным пучком был создан для исследования сверхтонкой структуры линии натрия Л. Н. Добрецовым и А. Н. Терениным; резонансная линия натрия возбуждалась оптическим путем.
Экспериментальное доказательство пространственного квантования при помощи опыта Штерна и Герлаха: атомные пучки направляются неоднородным магнитным полем. Атомарные магниты ориентируются во внешнем поле пространственно квантованным образом. Вследствие неоднородности поля происходит пространственное разделение атомов с различной ориентацией атомарных магнитов.
Таким образом, если атомное сверхтонкое взаимодействие известно из опытов с атомными пучками, то по наитовскому сдвигу можно найти спиновую восприимчивость.
Еще более узкие линии удается получить, в источниках света с атомными пучками, где наблюдается излучение ( или поглощение) света атомами, летящими в высоком вакууме в виде направленного пучка.
Таким образом, если атомное сверхтонкое взаимодействие известно из опытов с атомными пучками, то по найтовскому сдвигу можно найти спиновую восприимчивость.
Для галогенов величина ед т была определена Джаккарино и Кингом [1] из опытов с атомными пучками.
В опытах Штерна, Ламмерта, Эльдриджа и др. по определению закона распределения скоростей в атомных пучках показано, что при плотностях, соответствующих режиму высокого вакуума, имеет место распределение скоростей по Максвеллу. В их работах, где основой для исследования служило распределение скоростей атомов и молекул по Максвеллу, было получено хорошее согласие с экспериментальными данными.

В опытах Штерна, Ламмерта, Эльдриджа и др. по определению закона распределения скоростей в атомных пучках показано, что при плотностях, соответствующих режиму высокого вакуума, скорости распределяются по Максвеллу. В их работах, где основой для исследования служило распределение скоростей атомов и молекул по Максвеллу, было получено хорошее совпадение с экспериментальными данными.
Такая диссоциация или реакция могут осуществляться путем импульсного облучения, электрического разряда, реакций в молекулярных и атомных пучках и путем взрывных реакций.
Изменения в qc, 7ci и 7я можно учесть путем замены qpz на qar, полученное из экспериментов по атомным пучкам. Небольшие поправки на фактор Штернхаймера следовало бы учесть для членов dqd с, и y - sdqsd cl, но, как будет показано дальше, сами эти члены малы. Градиент ql обусловлен электроном, находящимся на sp - орбитали атома иода. Этот электрон влияет как на внутреннюю оболочку атома хлора, так и на другие внешние электроны на орбиталях я зсь ара, Зрх, Зру атома хлора. Поэтому для ql следует учитывать фактор Штернхаймера у1 ( который, однако, будет отличаться от фактора Штернхаймера уа, определяемого зарядом, внешним по отношению к атому хлора, нейтральному из-за перекрывания opj - и о 5сгорбиталей в молекуле.
Большинство значений, даваемых в табл. В в конце книги, определены еще не этим методом, а либо по более старому методу, также использующему атомные пучки, но существенно отличному от изложенного, либо из расстояний между отдельными компонентами сверхтонкой структуры спектральных линий. В обоих случаях в формулу для вычисления магнитного момента из экспериментальных данных входит напряженность внутриатомного магнитного поля, вызываемого электронной оболочкой в месте, где находится атомное ядро. Так как эта величина может быть определена лишь косвенным путем и с малой точностью, в результат вкрадывается значительная неопределенность.
Общий результат различных поправок может быть определен из табл. 5.4, в которой суммированы некоторые экспериментальные результаты для нейтральных атомов, полученные главным образом из измерений на атомных пучках.
Сравнение отношения величин Л ц для двух изотопов меди с известным отношением ядерных моментов дает сверхтонкую аномалию около 0 015 %, очень близкую к обнаруженной в экспериментах с атомными пучками для 45-состояния однократно ионизованной меди. Это обстоятельство дает основание предположить, что в основном магнитная сверхтонкая структура обусловлена s - электронами за счет эффекта поляризации остова, а вклад - электронов довольно мал. Последнего следовало ожидать, поскольку распределение электронной плотности в состоянии Г2 имеет почти кубическую симметрию, так что спиновая плотность будет давать в центре нулевое магнитное поле, а орбитальный момент в чистом состоянии Г2 заморожен. Оставшийся орбитальный момент, обусловленный примесью состояний ГБ, создает на ядре поле, пренебречь которым нельзя, однако оно является положительным по направлению и в случае иона Ni2 в два раза превышает наблюдаемое отрицательное поле. Различные вклады в магнитную сверхтонкую структуру ионов Cu3, Ni2 и Со суммированы в табл. 7.21, из которой следует, что оцененный вклад от поляризации остова является удивительно постоянным.
В настоящее время распространены следующие основные типьт источников: дуговые разрядные лампы низкого давления, разрядные лампы тлеющего разряда, разрядные лампы с полым катодом, разрядное лампы с безэлектродным высокочастотным разрядом, одноизотопные лампы и источники с атомными пучками.
К источникам света, удовлетворяющим отмеченным требованиям, относятся широко используемые в технике спектроскопии тлеющий разряд ( гейслсровы трубки); высокочастотный электрический разряд в газах и парах; электрический разряд в разрядных трубках с полым катодом; вакуумный электрический дуговой разряд; источники света с атомными пучками.
Атомные пучки ионизируются интенсивной электронной бомбардировкой.
Контролируют температуру печи с помощью впаянной туда термопары. Фокусируют атомные пучки, как уже упоминалось, с помощью коллиматорной щели, установленной строго параллельно апертурной щели печи. Коллиматорные системы, состоящие из целого ряда диафрагм со щелями, нужны в том случае, когда требуется длинный и узкий атомный пучок. Если же достаточно вырезать небольшой поток направленных частиц, коллиматорную систему можно свести к одной диафрагме. Что касается вакуумного кожуха, то совершенно очевидно, что он должен быть сконструирован с учетом требований современной вакуумной техники. Давление внутри кожуха следует поддерживать все время на таком уровне, чтобы длина свободного пробега атомов превышала в несколько раз реальную длину пучка. Чем длиннее желательно иметь пучок, тем выше должен быть вакуум.
Эта частота совпадает с VD. Важной особенностью магнитного резонанса в молекулярных и атомных пучках является то, что он позволяет изучать действие радиочастотного поля на снооч) ныс молекулы или атомы, не взаимодействующие между собой. Вместе с тем экспериментальные трудности работы с молекулярными пучками, необходимость специальной вакуумной техники очень усложняют измерения.
Экспериментально этот метод может быть реализован в двух вариантах. Важной особенностью магнитного резонанса в молекулярных и атомных пучках является то, что он позволяет изучать действие радиочастотного поля на свободные молекулы и атомы, не взаимодействующие между собой. Вместе с тем экспериментальные трудности работы с молекулярными пучками, необходимость специальной вакуумной техники очень усложняют измерения.
Штерна ( 1888 - 1970) с атомными пучками была измерена скорость движения атомов и молекул и экспериментально установлено, что средняя тепловая скорость пропорциональна корню квадратному из абсолютной температуры вещества.
Блок-схема цезиевого эталона частоты. Принцип работы цезиевого и рубидиевого эталонов частоты заключается в резонансном поглощении колебаний сверхвысоких частот в луче атомов цезия или рубидия соответственно; водородного - в возбуждении лучом ( пучком) атомов водорода незатухающих колебаний в объемном резонаторе, собственная частота которого равна частоте перехода между уровнями. Колебания сверхвысоких частот, сравниваемые, контролируемые и управляемые атомными пучками, получают от высокостабильных кварцевых генераторов с частотой 0 1; 1 и 5 Мгц и последовательно умножают и синтезируют до частот квантовых переходов.

Это значение показателя совпадает со значением, полученным в экспериментах с атомными пучками Аг. Последнее указывает, что в данной области давлений эффект многочастотных взаимодействий мал. Его более быстрый спад свидетельствует об уменьшении отталкивания, что является проявлением мпогочастичпых взаимодействий.
Методом электронного парамагнитного резонанса изучались свободные атомы в смеси газов и получен ряд значительных результатов. Они образуют довольно самостоятельную область, которая больше относится к результатам, полученным на атомных пучках, и к другим методам точных измерений сверхтонкой структуры, чем к парамагнетизму твердого тела, и мы не будем более их касаться.
Однако в твердых телах ядерное зеемановское взаимодействие может быть сильно изменено псевдоядерным зееманов-ским эффектом. Таким образом, значение gi часто невозможно определить с точностью, доступной методу тройного резонанса в атомных пучках, где поправки меньше и могут быть вычислены более точно.
ИН-спектры ( / и УФЭ-спектры ( / / от чистой поверхности ( 100 никеля ( значки Н и после выдержки той же поверхности в потоке атомов ртути ( значки Н Р ( а и от поверхности ( 111 кремния ( значки К и после выдержки той же поверхности в потоке атомов ртути ( значки. ИНС чувствителен к поверхностному слою, эти продиффун-дировавшие атомы ртути не регистрируются. Заканчивая рассмотрение метода ИНС, имеет смысл высказать несколько общих замечаний, касающихся методов анализа электронных спектров вещества, индуцируемых бомбардировкой ионными или атомными пучками. В целом, несмотря на некоторые отмеченные в предыдущем изложении преимущества, эти методы не получили такого широкого распространения, как методы низкоэнергетической вторично-электронной спектроскопии.
Результаты исследований Ег3 в MgO подробно обсуждаются в гл. Детальное изучение сверхтонкой структуры Ег3 в MgO подтверждает ожидаемую форму взаимодействий и для квадрупольного взаимодействия дает величину, которая хорошо согласуется с вычисленной на основе измерений в атомных пучках.
А-мультиплет линий для единственного сигнала при сверхрегенеративной схеме. Б - единственная линия при регенеративной схеме для того же сигнала, что и в А. Ква-друпольный момент eQ является мерой отклонения распределения электрического заряда ядра от сферически симметричного. Величина eQ может быть измерена в экспериментах с атомными пучками.
Зависимость расщепления от параметра т ]. Для данного изотопа величина eQ постоянная. Эта величина может быть измерена в экспериментах с атомными пучками.
Значения Л /, полученные таким путем для основного состояния / стабильных изотопов, приведены в табл. 5.5. До того, как были проведены прямые измерения ядерных магнитных моментов лантанидов, эти значения А3 использовались для вычисления ядерных моментов посредством оценок величин ( г3) в предположении, что эффект поляризации остова отсутствует. С появлением методов двойного электронно-ядерного резонанса и тройного резонанса на атомных пучках многие ядерные моменты были определены непосредственно, благодаря чему стал возможен контроль оценок ( г - 3, если вклад от поляризации остова известен.
Низкий квадрупольный момент этого ядра делает его одним из наиболее трудных для изучения, но в то же время это одна из наиболее благодарных областей исследований. Помимо слабости резонанса имеется еще одно обстоятельство, усложняющее в настоящее время его интерпретацию. В случае С135 и вообще атомов галогенов возможно измерение градиента поля, возникающего благодаря одному р-электрону ( qp), путем измерения констант взаимодействия атома хлора в опытах с атомными пучками. В случае азота это невозможно в связи с тем, что его основное состояние обладает сферической симметрией 4S и поэтому qp для азота должно быть рассчитано иным путем, например из функций Слетера. Метод измерения состоит в наблюдении резонанса N14 в твердом молекулярном азоте, где градиент возникает вследствие / 2 р-электрона; возможно также улавливание N2 в отверстиях подходящей кристаллической решетки.
Этот метод требует перекрытия спектральных линий ионов разл. Идея накачки за счет перезарядки ионов близка к идее рекомбинац. При перемешивании ионов с атомными пучками или при распылении плазмы в газ возможны ионизация атомов и образование ионов меньшей кратности. Последние образуются, как правило, в возбужденной состоянии. Дальнейшие процессы релаксации и возникновение инверсии предположительно будут происходить так же, как и в лазере с рекомбинац.
Поглощая фотон, атом получает импульс в направлении лазерного пучка и переходит в возбужденное состояние. Далее, спонтанно испуская фотон, атом приобретает импульс ( световая отдача) в произвольном направлении. & 2пД / Я - импульс одного фотона, о Я2 - сечение поглощения резонансного фотона, А, - длина волны света. Столь большие силы позволяют селективно управлять атомными пучками, варьируя частоту света и по-разному воздействуя на группы атомов, мало отличающиеся частотами резонансного поглощения. В частности, удается сжимать максвеллов-ское распределение по скоростям, убирая из пучка высокоскоростные атомы.
В случае иона СГ, замкнутая электронная оболочка которого обладает сферической симметрией, обусловленный электронами градиент электрического поля у ядра равен нулю. Поэтому следует ожидать, что в чисто ионных соединениях, где влиянием соседних ионов можно пренебречь, ядерный квадрупольный резонанс не будет наблюдаться. С другой стороны, в свободном атоме хлора наличие / 7-электронной дырки приводит к появлению большого градиента электрического поля у ядра. Величина этого градиента хорошо известна из опытов с атомными пучками [1], и на основании ее можно определить, что частота ЯКР для атома 35С1 должна быть равна 54 87 Мгц. В случае типичных органических соединений частоты ЯКР обычно составляют 30 - 40 Мгц, например для С Н5С1 частота равна 34 6 Мгц.

В первом методе пучок частиц, обладающих магнитным моментом, отклоняется в постоянном неоднородном магнитном поле и приемник фиксирует число частиц, испытавших в постоянном магнитном поле некоторое определенное отклонение. Если этот пучок одновременно подвергнуть действию переменного радиочастотного магнитного поля, направленного перпендикулярно направлению постоянного магнитного поля, то оно вызовет переходы между подуровнями зеемановского расщепления. Когда частота v переменного поля не совпадает с частотой переходов ( другими словами, с частотой v0 прецессии вокруг постоянного поля), в приемник попадает то же число частиц, что и в отсутствие переменного поля. При совпадении частоты переменного поля с частотой переходов ( с частотой прецессии) все частицы, для которых проекция магнитного момента на направление Н постоянного поля изменилась, будут иначе отклоняться в неоднородном поле и не попадут в приемник. Экспериментально этот метод может быть реализован в двух вариантах. Важной особенностью магнитного резонанса в молекулярных и атомных пучках является то, что он позволяет изучать действие радиочастотного поля на свободные молекулы или атомы, не взаимодействующие между собой. Вместе с тем экспериментальные трудности работы с молекулярными пучками, необходимость специальной вакуумной техники очень усложняют измерения.
В первом методе пучок частиц, обладающих магнитным моментом, отклоняется в постоян-ном неоднородном магнитном поле и приемник фиксирует число частиц, испытавших в постоянном магнитном поле некоторое определенное отклонение. Если этот пучок одновременно подвергнуть действию Переменного радиочастотного магнитного поля, направленного перпендикулярно направлению постоянного магнитного поля, то оно вызовет переходы между подуровнями зеемановского расщепления. Когда частота v переменного поля не совпадает с частотой переходов ( другими словами, с частотой v0 прецессии вокруг постоянного поля), в приемник попадает то же число частиц, что и в отсутствие переменного поля. При совпадении частоты переменного поля с частотой переходов ( с частотой прецессии) все частицы, для которых проекция магнитного момента, на направление постоянного поля изменилась, будут иначе отклоняться в неоднородном поле и не попадут в приемник. Эк-спериментздьно этот метод может быть реализован в двух вариантах. Важной особенностью магнитнбго резонанса в молекулярных и атомных пучках является то, что он позволяет изучать действие радиочастотного поля на свободные молекулы и атомы, не взаимодействующие между собой. Вместе с тем экспериментальные трудности работы с молекулярными пучками, необходимость специальной вакуумной техники очень усложняют измерения.
В первом методе пучок частиц, обладающих магнитным моментом, отклоняется в постоянном неоднородном магнитном поле и приемник фиксирует число частиц, испытавших в постоянном магнитном поле некоторое определенное отклонение. Если этот пучок одновременно подвергнуть действию переменного радиочастотного магнитного поля, направленного перпендикулярно направлению постоянного магнитного поля, то оно вызовет переходы между подуровнями зеемановского расщепления. Когда частота v переменного поля не совпадает с частотой переходов ( другими словами, с частотой v0 прецессии вокруг постоянного поля), в приемник попадает то же число частиц, что и в отсутствие переменного поля. При совпадении частоты переменного поля с частотой переходов ( с частотой прецессии) все частицы, для которых проекция магнитного момента на направление постоянного поля изменилась, будут иначе отклоняться в неоднородном поле и не попадут в приемник. Экспериментально этот метод может быть реализован в двух вариантах. Важной особенностью магнитного резонанса в молекулярных и атомных пучках является то, что он позволяет изучать действие радиочастотного поля на свободные молекулы и атомы, не взаимодействующие между собой. Вместе с тем экспериментальные трудности работы с молекулярными пучками, необходимость специальной вакуумной техники очень усложняют измерения.
Заполненная электронная оболочка иона С1 сферически симметрична, градиент электрического поля у ядра равен нулю. Поэтому следует ожидать, что в чисто ионных хлоридах ядерный квадрупольный резонанс не будет наблюдаться. В свободном атоме хлора электронное окружение несимметрично, имеется градиент электрического поля у ядра. Величина этого градиента известна из опытов с атомными пучками, из этих данных можно оценить частоту ЯКР для атома 35С1: 54 87 МГц. В органических соединениях частоты ЯКР 35С1 обычно равны 30 - 40 МГц, а в большинстве неорганических - порядка 10 МГц. Таким образом, значение частот ЯКР позволяет получить представление о том, насколько ионным является то или иное соединение.
Инверсия населенностей уровней в этих пучках достигается при помощи специальных сортирующих систем ( электрических или магнитных), оставляющих в пучке преимущественно те молекулы ( или атомы), которые находятся на высшем энергетическом уровне. После выхода пучка из сортирующей системы в нем преобладают молекулы ( или атомы), находящиеся на высшем энергетическом уровне. Попадая в объемный резонатор, настроенный на частоту, очень близкую к частоте квантов, соответствующих переходу молекул ( или атомов) с высшего на низший уровень, под действием поля объемного резонатора молекулы ( или атомы) будут излучать кванты, увеличивающие энергию колебаний в объемном резонаторе. Если энергия излученных квантов превышает все потери в объемном резонаторе, то колебания будут нарастать до того момента, когда потери энергии в объемном резонаторе достигнут величины энергии, отдаваемой всеми излучаемыми квантами объемному резонатору. Такое положение наступает потому, что в сильном поле электромагнитной волны, вызывающей индуцированное излучение, суммарная энергия излучаемых квантов растет медленнее, чем напряженность поля волны. Поэтому потери энергии в объемном резонаторе в конце концов достигают величины энергии, отдаваемой всеми излучаемыми квантами, после чего в объемном резонаторе устанавливаются колебания с постоянной амплитудой - автоколебания. В К - г. на молекулярных и атомных пучках для инверсии уровней населенности применяются также методы оптической накачки. В этом случае роль вспомогательного излучения играет мощное оптическое излучение, но частоты квантов индуцированного излучения лежат в раднодиаиазоне.
Лекторов J и I, соответствующий эффекту Па-шена - Бака. В этом случае наблюдается сверхтонкое расщепление каждого зеемановского компонента. Вывод многочисленных экспериментов по изучению сверхтонкой структуры таков, что атомы с четным атомным весом обладают целочисленным ядерным моментом, но в большинстве случаев равным нулю, тогда как при нечетном атомном весе момент ядра всегда полуцелый. С помощью ядерного механического момента, однако, еще нельзя определить магнитного момента ядра, поскольку для ядер нам неизвестна связь между этими моментами. Очень малая величина сверхтонкого расщепления приводит к тому, что если провести приближенный расчет возмущения термов магнитным диполем ядра, то получится, что величина магнитного момента ядра порядка ядерного магнетона. Прямые измерения в атомных пучках приводят к тому же результату. Это представляет собой первое возражение против выдвигавшегося ранее предположения о ядерных, электронах, так как с их спином связан магнитный момент, равный магнетону Бора.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11