ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Задача 5. Изучение структуры резонансной линии лития Комбинационное рассеяние и инфракрасное поглощение света из "Практикум по спектроскопии " При исследовании с помощью спектральных приборов высокой разрешающей силы линии большинства элементов обнаруживают сложную структуру, значительно более узкую, чем мульти-плетная (тонкая) структура линий. Ее возникновение связано с взаимодействием магнитных моментов ядер с электронной оболочкой, приводящим к сверхтонкой структуре уровней и с изотопическим сдвигом уровней. [c.66] Ядерный магнетон в Мр1т=1836 раз меньше магнетона Бора 1б. Малая величина магнитных моментов ядер по сравнению с магнитными моментами электронов в атоме объясняет узость сверхтонкой структуры спектральных линий, составляющей по порядку величины 10-3 0 мультиплетного расщепления. [c.67] Исследуемый в настоящей задаче элемент литий (2 = 3) имеет два стабильных изотопа gLi и gLi . Для первого из них / = 3/2 и картина сверхтонкого расщепления качественно повторяет рассмотренную выше для Na. Изотоп Li имеет спин 1=1. Его нижний уровень 2 Si/2, обладающий наибольшим расщеплением, распадается на два подуровня с Р = 1/2, 3/2. Сверхтонкая структура у изотопов лития еще более узка, чем у натрия. Расщепление нижнего терма 2 5]/2 составляет 0,027 см для изотопа Li и около 0,008 см для Li . [c.68] Исследования сверхтонкой структуры спектральных линий позволяют определять такие важные величины, как механические и магнитные моменты ядер. [c.68] Спектральные линии, принадлежащие различным изотопам одного и того же элемента, несколько отличаются друг от друга по длинам волн. Это явление, получившее название изотопического сдвига спектральных линий, объясняется зависимостью энергии электронов в атоме от массы и размеров ядра. [c.69] Экспериментально наблюдаемая картина расщепления спектральных линий в общем случае обусловлена как сверхтонкой структурой, так и изотопическим сдвигом линий. [c.69] Рассмотренная простая картина ного массового эффекта для атомов с не дает количественного совпадения с экспериментом, хотя и правильно указывает порядок величины массового смещения. При наличии нескольких электронов необходимо учитывать взаимную связь их движения. Так, в двухэлектронном атоме характер движения ядра будет существенно зависеть от того, движутся ли оба электрона преимущественно в одном или разных направлениях. Это приводит к появлению дополнительного специфического массового смещения, которое может как увеличивать, так и уменьшать массовый сдвиг. Величина и знак специфического смещения зависят от характера терма. [c.71] так же как и нормальное смещение, изменяется пропорционально 1/Л2. [c.71] В средней части периодической системы изотопические сдвиги чрезвычайно малы. При дальнейшем увеличении порядкового номера элементов они начинают возрастать и у тяжелых элементов достигают значительной величины. Для тяжелых элементов характерным является отрицательное направление сдвигов. [c.71] Экспериментально измеряемое смещение спектральной линии, равное разности сдвигов верхнего и нижнего уровней, может иметь различное направление в зависимости от относительной величины сдвига уро1вней. Чаще оказывается, что нижний уровень сдвигается сильнее, в результате сдвиг линии имеет отрицательное направление. [c.72] В сдвиге линий проявляется только часть смещения уровней, обусловленная оптическим электроном. Сдвиг уровней, связанный с электронами атомного остатка, при переходах оптического электрона остается неизменным и поэтому не может быть экспериментально зарегистрирован. Исходя из этого, при расчете сдвига уровней из наблюдаемого сдвига линий его обычно полагают равным нулю. [c.72] Исследования изотопических смещений в оптических спектрах имеют важное значение как источник информации о строении атомных ядер и используются в изотопном спектральном анализе для определения количественного содержания изотопов в естественных и искусственных смесях. [c.72] Исследование сверхтошсой структуры и изотопического сдвига в оптических спектрах требует применения спектральных приборов высокой разрешающей силы, таких, как интерферометр Фабри— Перо, а также специальных источников света, дающих узкие линии. Важное место среди них занимают разрядные трубки с охлаждаемым полым катодом. В этих трубках, особенно при охлаждении катода жидким азотом, достигается существенное снижение доплеровской ширины линий (см. задачу 17, 1). [c.72] Большие возможности в изучении изотопического сдвига предоставляет использование обогащенных и разделенных изотопов. Сравнение длин волн линий различных изотопов в одноизотопных источниках позволяет измерять смещения, которые невозможно разрешить в линиях изотопов. В последнее время ряд особо прецизионных измерений изотопических сдвигов был выполнен с помощью лазеров. Для исследования сверхтонкого расщепления уровней наряду с оптическими методами применяются также методы радиоспектроскопии, обладающие очень высокой точностью. [c.73] В задаче изучается структура резонансной линии лития 1=670,78 нм, возбуждаемого в разрядной трубке с полым катодом, с применением в качестве прибора высокой разрешающей силы интерферометра Фабри—Перо. Наблюдаемая структура этой линии обусловлена изотопическим сдвигом и тонким (мультиплет-ным) расщеплением уровней. Сверхтонкая структура линии в условиях опыта остается неразрешенной. [c.73] Разрядная трубка с полым катодом. Разряд в полом катоде, широко используемый в спектроскопии высокой разрешающей силы, представляет собой разновидность тлеющего разряда с катодом особой формы в виде полости. В определенном диапазоне давлений наполняющего газа - 100 Па) внутри полости катода возникает яркое свечение с интенсивным возбуждением линий как нейтральных, так и ионизованных атомов. Это свечение является аналогом отрицательного свечения в обычном тлеющем разряде, однако имеет ряд важных особенностей. Разряд с полым катодбм характеризуется небольшой величиной катодного падения напряжения. Напряжение зажигания разряда выше, чем напряжение горения, поэтому для полого катода необходим источник питания с напряжением 1000 В. [c.73] Механизм разряда в полом катоде изучен еще недостаточно. В эмиссии электронов с поверхности полого катода наряду с ионной бомбардировкой большое значение имеет фотоэффект под действием квантов УФ-излучения, испускаемого возбужденными атомами и ионами. [c.73] Полый катод используют для возбуждения спектров как газообразных, так и твердых веществ. В последнем случае для осуществления разряда трубку- заполняют каким-либо инертным газом (Не, Не, Аг и др.)- Вещество, помещаемое в полость катода, поступает в разряд в результате катодного распыления, которое имеет место под действием бомбардировки катода ионами. [c.74] Основным механизмом возбуждения и ионизации атомов в полом катоде являются неупругие столкновения с электронами. Заметную роль в ионизации, а в ряде случаев и в возбуждении атомов исследуемого вещества, могут также играть соударения с возбужденными атомами инертных газов, находящихся в долгоживущих (метастабильных) состояниях. Гелий обладает наиболее высоким потенциалом возбуждения (19,8 эВ) и потенциалом ионизации (24,6 эВ). Вследствие этого средняя энергия электронов, характеризуемая электронной температурой, в разряде с гелием выше, чем с другими инертными газами. Поэтому в разряде с гелием удается получать спектры трудновозбудимых элементов и их ионов. Наоборот, в случае легковозбудимых элементов лучшие результаты дает использование более тяжелых газов, например аргона, поскольку они вызывают более интенсивное катодное распыление. [c.74] Литий наносят на стенки катода в виде соли сернокислого лития. Для этого полость катода заполняют водным раствором ЫгЗОг, который затем выпаривают в сушильном шкафу. Концентрацию раствора подбирают таким образом, чтобы слой соли на стенках был достаточно тонким. В процессе тренировки разрядом соль разлагается и на стенках полости остается металлический литий. [c.75] Вернуться к основной статье