Задача 7. Тонкая структура спектральных линий натрия. (Задачи атомного практикума), страница 3

В соответствующем месте стеклянного баллона лампы имеетсяокошко из увиолевого стекла, пропускающее излучение в ультрафиолетовой области спектра.20hω = E n 0 +ЗдесьEn 0µv22.(4)- энергия связи электрона в атоме,относительная скорость электрона и иона,µv-- их приведеннаямасса. Энергия связи электрона в атоме - определенная величина ( мы обозначили ее E n 0 , а не E , чтобы подчеркнуть то0обстоятельство, что образовавшийся при рекомбинации иона21атом может быть и не в основном состоянии; скорость же v может иметь различные значения в разных элементарных актах).Рассмотрим совокупность тех актов рекомбинации, в результатекоторых возникли атомы, находящиеся в связанном состоянии сэнергией E n 0 .

Частота излучения, возникающего при реком-длины волн линий поглощения, является ртутная лампа 1 (рис.3)типа ДРГС-12. Длины волн спектра сравнения приведены на фотокопии пластинки, находящейся возле компаратора.3. Кварцевые конденсоры 2 и 4 (рис.3) направляют свет, идущийот источников, на щель спектрографа.бинации, естьµ v 2 1 1 µv 2ω=E n0 += ω n0 +2 h h 2.(5)здесь :ω n0 =E n0h4. Поглощающая среда создается следующим образом. Кусочекщелочного металла (натрия) помещается внутрь цилиндрической вакуумной кюветы из нержавеющей стали (рис.4) с внутренним диаметром в 30 мм.

Торцы кюветы закрыты кварцевымиокошками 1, которые шайбами и винтами через резиновые вакуумные уплотнения прижаты к фланцу кюветы. Для того, чтобыщелочной металл не окислялся, кювета откачивается форвакуумным насосом до давления.10 − 2 − 10 − 3ммHg,азатем для предохранения насоса от паров щелочного металлаотключается от него зажимом.ω = ω n 0 , если v ≠ 0 , то ω > ω n 0 . Видно, что спектр излучения имеет "красную границу" - ω n 0 .

ДляЕслиv =0, торазличных энергетических уровней, характеризуемых значениями E n 0 , "красные границы" будут, конечно, разными. Границасплошного спектра со стороны больших частот ("фиолетоваяграница") отсутствует.Однако, вероятность рекомбинации при больших относительных скоростях иона и электрона мала, т.е. практически (напластинке) всегда можно найти эту границу. В отличие от "красной границы", "фиолетовая граница" не является физическойпостоянной, а зависит от условий разряда в лампе. Кроме областей непрерывного спектра, при рекомбинации наблюдаютсятакже спектральные линии, соответствующие обычному эмиссионному спектру. Они возникают за счет высвечивания атомов,образовавшихся в возбужденных состояниях.2.Источником спектра сравнения, необходимого для построенияградуировочной кривой спектрографа, по которой определяются22Рис.4.

Схема кюветы: 1-кварцевые окна; 2-корпус кюветы; 3асбестовые прокладки; 4-нихромовая спираль; 5-щелочной металл; 6-термопара; 7-система охлаждения; 8-кожух; 9-сильфон(для предотвращения деформации корпуса кюветы при нагревании); 10-электроразъем; 11-ввод для манометрической лампы.23Для получения паров щелочного металла кювета нагревается с помощью намотанной на ее корпус 2 нихромовой спирали 4. Горячую кювету следует держать строго горизонтально,не допуская перекоса.

Необходимо помнить, что щелочные металлы сильно взаимодействуют с кварцем, попадание капельрасплавленного металла на окошки выводит их из строя. В целях предотвращения конденсации паров щелочного металла наторцевых кварцевых окошках 1 и предохранения их вакуумныхрезиновых уплотнений от воздействия повышенной температурытоpцы кюветы охлаждаются водой (система 7).Как уже указывалось, при прохождении света, имеющегонепрерывный спектр, через кювету с парами щелочного металлапроисходит его поглощение. Спектр поглощения атомарного щелочного металла состоит из ряда отдельных линий и называетсялинейчатым спектром. Спектр поглощения молекул состоит изтесно расположенных повторяющихся групп линий и называетсяполосатым спектром поглощения.Поскольку молекулы могут образовываться, в частности,при испарении щелочного металла, количество молекул в кювете (а, следовательно, и развитость полос поглощения) определяется, в конечном счете, температурой кюветы. Регулируя температуру, можно подобрать такую плотность поглотителя, в котором линии поглощения атомарного элемента резко выражены,а полосы поглощения практически отсутствуют.

От температурыкюветы зависит также ширина линий поглощения. С увеличением температуры эта ширина растет (доплеровское уширение,уширение за счет столкновений - все это относится в равной мере как к линиям эмиссии, так и к линиям поглощения) и точностьизмерений уменьшается. Поэтому необходимо следить за температурой кюветы и не допускать ее перегрева.При температуре печи, превышающей на150 − 200 o Cтем-пературу плавления щелочного металла, давление его паровдостаточно, чтобы обеспечить необходимую для уверенной регистрации спектра поглощения оптическую длину при длине кюветы в 450 мм.

Кювета с помощью специальных держателейразмещается на оптической скамье между источником света испектрографом (см.рис.3). Конструкция держателей позволяет,не снимая кюветы со скамьи, отводить ее в сторону от оптической оси установки, что дает возможность, не нарушая юстиров-24ки, впечатывать на пластинку, наряду со спектром поглощения,эталонный спектр, а также наблюдать и фотографировать спектры источников света.5.Выбранная температура кюветы поддерживается постоянной спомощью терморегулятора ВРТ-3.

Терморегулятор состоит изтрех блоков: измерительного И-101, регулирующего Р-111 и усилителя У-252 с тиристорным выходным каскадом. Термопара 6контролирует температуру кюветы в точке максимальной температуры в середине кюветы. Сигнал с термопары (напряжение,пропорциональное температуре) подается в измерительныйблок: здесь происходит сравнение этого сигнала с опорным.Рис.5. Передняя панель блока управления: 1-тумблер включенияблока (сеть); 2, 3-тумблеры включения анода и накала лампДРГС-12 или ДВС-25 соответственно; 4-тумблер переключенияпитания на лампы ДРГС или ДВС; 5-тумблер включения печикюветы; 6-тумблер переключения печи на режим терморегулирования или ручного управления (ЛАТР); 7-ЛАТР; 8измерительный блок И-101; 9-переключатели установки напряжения датчика; 10-регулирующий блок Р-111; 11-переключательрежима работы Р-111; А—режим автоматического регулирования; В-выкл.; Д—режим дистанционного управления; 12индикатор рабочего тока; 13-индикатор разбаланса.25Напряжение, пропорциональное разности этих двух сигналовпоступает в блок Р-111, который формирует управляющий сигнал для усилителя У-252, включенного в цепь питания кюветы.Изменение сигнала управления на входе блока У-252 приводит кувеличению или уменьшению мощности в цепи активной нагрузки (кюветы) усилителя.Схема расположения органов управления и индикаторов системы ВРТ-3 приводится на рис.

5.Индикатор 12 контролирует рабочий ток системы, индикатор 13 сигнал ошибки в задании температуры.Тумблер 6 позволяет переключать систему в режим ручногоуправления. В этом случае в цепь питания кюветы вместо У-252будет включен автотрансформатор. Его напряжение регулируется ручкой 7.Рис.6. Оптическая схема спектрографа ИСП-30; 1-источниксвета; 2, 3, 4,-трехлинзовый осветитель; 5-щель; 6-коллиматор сзеркальным объективом, отклоняющий лучи; 7-призма; 8объектив; 9-поворотное зеркало; 10-фотопластинка.чивает пучок.

В фокальной плоскости объектива расположенафотопластинка 10.2. Порядок выполнения работы.1.Зарядитe кассету. В середину кассеты закладывается пластинка, чувствительная к ультрафиолетовой области спектра (изоорто; 9х12). На этой пластинке фиксируется ультрафиолетоваяобласть спектра сλ < 3500 A° .Видимая область спектpа, а именно желтая линия натpия, непопадает в поле зpения пластинки и не фиксиpуется ею.Пластинки закладывают в кассету эмульсионнойстороной к падающему на них свету.Режим обработки пластинок указан в фотокабине. Припроявлении пластинки необходимо класть в ванночку с проявителем и фиксажом эмульсией вверх и следить, чтобы во времяпроявления они были полностью покрыты проявителем. Тщательно промойте пластинки после фиксирования (не менее 5мин).

Если на пластинке остался серый налет, продолжайте фиксирование.2.Проверить ширину входной щели спектрографа. Рабочая ширина щели спектрографа должна быть0,03 мм (см.[1]). Отсчет ширины щели производят по шкале барабанчика с ценой деления 0,001 мм. (Предварительно необходимо визуально определить положение нуля барабанчика).диапазоне длин волн от 2000 до 6000 A° . На рис.6 приведенаего оптическая схема. Параллельный пучок от зеркального объектива 6 падает на призму 7, разлагающую его в спектр. Объектив 8 собирает лучи в фокальной плоскости. Зеркало 9 повора-Ограничить высоту щели. Это делают при помощи диафрагмы с вырезами (так называемая диафрагма Гартмана), которую помещают в насадке перед щелью.В данной работе обычно используют либо прямоугольный вырез (в средней части диафрагмы) высотой 4 мм, либо такназываемый "ласточкин хвост", установленный на эту же высоту.Это позволяет, перемещая кассету по высоте, фотографироватьна одну и ту же пластинку как исследуемые спектры, так и спектры сравнения.Следует отметить, что для очень точных измерений длинволн спектральных линий рекомендуется пользоваться cтоящей26276.Поскольку в основном линии главной серии натрия лежат вультрафиолетовой области, в работе используется кварцевыйспектрограф ИСП-30, позволяющий фиксировать излучение вперед щелью диафрагмой Гартмана, а кассету не трогать.