Диссертация (1149576), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Поглощение на линии 5016А HeI отчетливо наблюдалось в фазеразряда (первые 128 мкс на Рис. 2.4.1.2) и в начальной фазе послесвечения(приблизительно до 400 мкс на Рис. 2.4.1.2). Относительное поглощениепревышало в максимуме 50% (Рис. 2.4.1.2).52,4x105I5016A, число квантов2,2x1052,0x1051,8x1051,6x1051,4x1051,2x1051,0x1048,0x1002004006008001000t, мксРис.

2.4.1.2. Интенсивность просвечивающей разрядной трубки после прохождениячерез основную разрядную трубку.Из данных, приведенных на Рис. 2.4.1.2., видно, что в поздней стадиипослесвечения(после400мкс)поглощениеналинии5016Апрактическиотсутствует.

Это позволило нам использовать интенсивности линии 5016А в2930последнихканалахпросвечивающегосчетчикаисточника.фотоновТакимдляобразом,определениянаоднойинтенсивностирегистрограммефиксировались световые потоки от просвечивающего источника, как при наличиипоглощения, так и в его отсутствии.( )Концентрация метастабильных атомов гелия He 21S 0определялась поизвестной формуле [65, 66]:Ni =где,∆ν D κ 0mc⋅⋅fike2 π ln 2 2(2.4.1.1)Ni -концентрация атомов в состоянииi , в нашем случае He ( 2 1S0 )  ,fik = (0.15±0.01) - сила осциллятора линии гелия 5016А HeI , расчитанная извероятностисоответствующегопереходаAki = (0.13±0.01)·108c-1[67].κ0 -коэффициент поглощения в центре линии 5016А, m и e , и c , соответственно,масса и заряд электрона, и скорость света, ∆ν D - доплеровская ширина контуралинии гелия 5016А HeI в основной трубке, определяется по формуле:∆ν D =2 ln 2 ⋅ kT 2⋅M Heλ(2.4.1.2)где k - постоянная Больцмана, T - температура атомов в основной трубке, M He масса атома гелия, λ - длина волны исследуемого перехода ( 31P1 → 2 1S0 ) .Зависимость A(κ 0 ⋅ l ) относительного поглощения от оптической толщиныпоглощающего слоя κ 0 ⋅ l (l – геометрическая толщина поглощающего слоя, длинаразрядной трубки l = 20 см) была рассчитана с учетом фойгтовских контуров линииизлучения и линии поглощения.Какизвестно,фойгтовскийконтуруширенияспектральнойлиниипредставляет собой учет совместного и независимого действия несколькихмеханизмов уширения – доплеровского (гауссовский контур спектральной линии),столкновительного и естественного (дисперсионный контур спектральной линии), идается выражением [65, 66]:3031+∞I (ν ) = I ( 0 ) ∫−∞∆ν Lπ⋅  ν ′ −ν  2 0exp  −   ν D  22(ν −ν ′ ) + ( ∆ν L )dν ′(2.4.1.3)где ∆ν L - ширина лоренцевского контура, ν D - доплеровская частота ν D =1λ⋅2kT.M HeДисперсионный и доплеровский контуры спектральных линий даются,соответственно, выражениями:( ∆ν L )I (ν ) = I ( 0 )22(ν ki −ν ) + ( ∆ν L )2 Mc 2  ν −ν 2 0,I (ν ) = I ( 0 ) ⋅ exp  − 2kT  ν 0  где ∆ν L = γ ki / 4π - полуширина дисперсинного контура без учета столкновений,γ ki = γ k + γ i = 1/ τ k + 1/ τ i (значение каждого из коэффициетов γ k и γ i определяетсячерез сумму вероятностей переходов γ k = ∑ Akj ), M - масса излучающей частицыj(в нашем случае M He ), T - температура в абсолютной шкале, где ν 0 - частота вцентрелинии.Следуетзаметить,чтоприучетеуширениявызванногостолкновениями и радиационным распадом полуширина дисперсионного контура внашем случае будет равна∆ν LCollision =12πA8kT⋅  ki + [ He] ⋅ Q0 ⋅  u + 2π M He  ,(2.4.1.4)где Aki - вероятность перехода на длине волны 5016А,[ He] ,u – концетрация искорость атомов гелия, соответственнно, Q0 - сечение уширения линии 5016Авследствие столкновений [68].Таким образом, принимая во внимание фойгтовский контур спектральнойлинии, величина относительного поглощенияA(κ 0 ⋅ l ) от оптической толщиныпоглощающего слоя κ 0 ⋅ l была рассчитана численно по следующим формулам.3132В общем случае величина относительного поглощенияA(κ 0 ⋅ l ) может бытьвыражена через световые потоки, регистрируемые в экспериментеA (κ 0 ⋅ l ) =Φ1 + Φ 2 − Φ12,Φ1(2.4.1.5)где Φ1 - световой поток, регистрируемый от просвечивающей трубки (источник),Φ 2 - световой поток от разрядной трубки с исследуемой смесью (основная трубка),Φ12 - световой поток, регистрируемый оптической системой при 2-х включенныхтрубках.ВеличинаотносительнопоглощенияA(κ 0 ⋅ l )выражаетсячерезкоэффициент поглощения κ 0 (ν ) на частоте ν таким образом:∞1 − A (κ 0 ⋅ l ) =∫ Φ (ν ) ⋅ exp ( −κ (ν ) ⋅ l ) dν10(2.4.1.6).∞∫ Φ (ν ) dν10В условиях эксперимента полагается, что формы контуров линии поглощения κ (ν )и излучения Φ1 (ν ) фойгтовские:κ (ν ) =+∞∫ κ0 ⋅∆ν LAbsorptionπ−∞Φ1 (ν ) =+∞∫−∞∆ν LSourceπ  ν −ν  2 10exp  −  Absorption  ν D dν 1⋅22Absorptionννν−+∆( 1)L()  ν −ν  2 exp  −  2Source0    νD dν 2⋅22Sours−+∆ννν( 2)L((2.4.1.7)(2.4.1.8))При численном расчете величины относительно поглощения использоваласьследующая подстановка, позволяющая перейти от частот к безразмернымвеличинам и упрощающая запись формул: x1 =ν 1 −ν 0ν −νν −ν, x 2 = 2Source0 , x = Source0 .AbsorptionνDνDνDТаким образом зависимость A(κ 0 ⋅ l ) от κ 0 ⋅ l может быть расчитана численнона основе формул (2.4.1.1) - (2.4.1.8) (см.

Рис. 2.4.1.3)32330,70,60,5A(κ 0 ⋅ l )0,40,30,20,10,00,00,51,01,52,0κ0 ⋅l2,53,0Рис. 2.4.1.2. Зависимость A(κ 0 ⋅ l ) от κ 0 ⋅ l .Полученные значения κ 0 ⋅ l были использованы для расчета концентрацииметастабильных атомов гелия (2.4.1.1)2.4.2. Измерение концентрации метастабильных атомов гелия He(23S1)(Для определения концентрации метастабильных атомов гелия He 2 3S1)методом двух трубок измерялись величины относительного поглощения на линии()3889А. Алгоритм вычисления концентрациии He 2 3S1 проводится аналогично тому,какбылавычислениянайдена(концентрациии(He 2 3S1)He 2 1S0 .концентрация)являетсяОтличительнойучетособенностьютриплетнойструктурыспектральной линии 3889 Ǻ( 3 P0,1,2 → 3S1 ), неразрешенной в настоящем эксперименте(3889.605 Ǻ( 3 P0 → 3S1 ), 3888.645 Ǻ( 3 P1 → 3S1 ), 3888.649 Ǻ ( 3 P2 → 3S1 ) [69]), с учетомкоторой формулы (2.4.1.3), (2.4.1.7), (2.4.1.8) должны быть модифицированы.Известно, что интенсивности составляющих узкого мультиплета пропорциональны3334статистическим весам расщепленного уровня [70].

Состояния атома гелия 3 P0 , 3 P1 ,3P2имеютзначенияэнергийE0 = 185564.85 см-1,E1 = 185564.58 см-1,E2 = 185564.56 см-1 [69], соответственно, вероятность перехода одинакова для всех3-х переходов и составляет величину Aki = (9.86±0.30)·106 c-1 [67]. Очевидно, чтоотношения интенсивностей спектральных линий узкого мультиплета 3 P0,1,2 → 3S1 собщим нижним уровнем, определяются не только отношением вероятностейпереходов и частот линий, но и отношением населенностей внутри мультиплета[70]. Поскольку величина энергетического зазора внутри мультиплета составляетмалую величину и вероятность перехода 3 P0,1,2 → 3S1 имеет одно и тоже значениедля всех 3-х переходов, можно предположить, что имеет место Больцмановскоераспределение внутри триплетной структуры3P0,1,2 . Таким образом, величиныинтенсивностей спектральных линий узкого триплета 3 P0,1,2 → 3S1 пропорциональныстатистическим весам расщепленного уровня.Модификация формул для контуров линии поглощения κ (ν ) и излученияΦ1 (ν ) (2.4.1.7) и (2.4.1.8) состоит в том, чтобы в подынтегральных выражениях дляκ (ν ) и Φ1 (ν ) была учтена триплетная структура линии 3889 Ǻ.Обратимся к более подробному рассмотрению этого вопроса.

Без учетатриплетной структуры зависимость коэффициента поглощения от частоты (2.4.1.7)κ (ν ) =+∞∫ κ0 ⋅∆ν LAbsorption−∞π  ν −ν  2 10exp  −  Absorption  ν D ⋅dν 1 .22(ν −ν 1 ) + ∆ν LAbsorption()Для простоты и наглядности преобразования формул введем обозначениеK (ν 1 ) = κ 0 ⋅∆ν LAbsorptionπ  ν −ν  2 10⋅ exp  −  Absorption  , ν D тогдакоэффициент поглощения будет равен κ (ν ) =дляK (ν 1 )+∞∫−∞синглетного(ν −ν 1 ) + ( ∆ν LAbsorption )22переходаdν 1 .Принимя во внимае триплетную структуру перехода ( 3 P0,1,2 → 3S1 ), приведемвыражение для коэффициента поглощения к виду3435κ (ν ) =5Kν∫−∞ ( 1 )  ν −ν 2 + ∆ν AbsorptionL1)(+∞(3+) (ν −ν2(−ν 12 ) + ∆ν LAbsorption211+) (ν −ν2(−ν 02 ) + ∆ν LAbsorption21)dν2 1(2.4.2.1)где множители 5, 3, 1 у каждой дроби отвечают статистическому весу g = 2 ⋅ J + 1 длякаждого верхнего состояния, величиныν12 = ν1 −ν 2 и ν 02 = ν 0 −ν 2 составляютразности частот между триплетными состояниями.ДляконтураизлучениялинииΦ1 (ν )проводитсяаналогичноепреобразование.

Характеристики

Список файлов диссертации