1_1 (829139), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Линии Hα (слева) и Dα, (справа) в спектре излучения дейтериевойлампы ДДС-25, зарегистрированные видеокамерой.Формула (6) описывает так называемый нормальный массовый эффект. В атомах с двумя и болеевнешними электронами дело обстоит сложнее: взаимная связь движения электронов приводит кпоявлению дополнительного специфического массового эффекта, зависящего от состоянияэлектронной оболочки атома.В нижней части периодической системы, начиная примерно с A ≈ 140, изотопические смещения снованачинают возрастать. Это явление имеет совсем иную физическую основу: оно обусловлено влиянием наэнергетические уровни конечного объема ядра – объемный эффект в изотопическом смещении.На рис. 5 кривая 1 изображает кулоновскую потенциальную энергию электрона в поле точечного ядра.В случае ядер конечного размера с тем же Z потенциал внутри ядра будет отличаться от кулоновского тем5больше, чем больше радиус ядра R (кривые 2 и 3). В предположении, что заряд равномерно распределенпо объему ядра сферической формы, потенциальная энергия электронов внутри ядра равна 3 1 r 2 Ze2,U (r ) = − − 2 2 R Rгде, согласно капельной модели ядра, R = R0 A1/ 3 ; R0 ≈ 1, 2 ⋅ 10−13 см.Рис.
5. Кривые потенциальной энергии электрона в зависимости от размеров ядраДля электронов, проникающих внутрь ядра, увеличение потенциальной энергии при r < Rприводит к ослаблению связи электрона с ядром. В результате энергетический уровень электронасмещается вверх. На рис. 3 уровни E1, E2, E3 соответствуют потенциальным кривым 1, 2, 3. Такимобразом, уровни изотопа с большим R располагаются выше. Иными словами, объемный эффект, вотличие от массового, приводит к отрицательным сдвигам уровней.
Наибольший вклад в объемныйсдвиг дают s-электроны, которые имеют наибольшую вероятность проникновения внутрь ядра.Величина сдвига быстро растет с ростом заряда ядра Z.Исследование изотопических смещений в оптических спектрах имеет важное значение какисточник информации о строении атомных ядер. В практическом плане изотопный спектральныйанализ широко используется для определения количественного содержания изотопов в естественныхи искусственных смесях.Структура линии ртути λ = 546,1 нмЕстественная ртуть (Z = 80) содержит смесь устойчивых изотопов со следующим процентнымсодержанием [1]:Массовое числоПроцентноесодержание, %Спин ядра, IМагнитный моментядра, µ1961981992002012022040,14610,0216,8423,1313,2229,806,85001/203/2000,5027 µN6−0,5567 µNЗа исключением изотопа Hg196 с малым процентным содержанием, спектральные линии остальныхизотопов достаточно интенсивны.
Линия λ = 546,1 нм, возникающая в результате перехода6 3 P2 − 7 3S1 , входит в число наиболее сильных и хорошо изученных линий ртути. Она подробноисследовалась в целом ряде работ (см., например, [2]). Структура линии приведена на рис. 6.Рис. 6. Сверхтонкая и изотопическая структура линии ртути 546.1 нмЧетные изотопы Hg198, Hg200, Hg202 и Hg204 дают четыре интенсивных компоненты в центре линии,обозначенные на схеме римскими цифрами I, II, III и IV. (Компонента изотопа Hg196 не наблюдаетсяиз-за ее малой интенсивности.) Изотоп Hg199, обладающий спином I = 1 2 , дает три компонентысверхтонкой структуры (А, В и С). Изотоп Hg201 со спином I = 3 2 дает 8 компонент (a, b, c, d, e, f, g,h). Причем компоненты c и e накладываются друг на друга.
Таким образом, всего в данной линиинасчитывается 14 компонент.XfAg f hC1ЦентринтерференционнойкартиныIVgIIСhe+cbXe+cIIIV2III+BIIIII+BРис. 7. Интерферограммы линии ртути 546,1 нм. Толщина распорногокольца интерферометра Фабри-Перо: 1 – 3 мм; 2 – 30 ммНа рис.
7 приведены фотографии спектров линии ртути λ = 546, 1 нм, полученные с помощьюинтерферометра Фабри-Перо [2]. Оптическая схема данной лабораторной работы показана на рис. 8.7На рис. 7, 1 видны два односторонних порядка интерференционных колец. При толщинеинтерферометра d = 3 мм область дисперсии интерферометра немного превышает частотноерасстояние между крайними компонентами A и C линии (рис. 4). Компоненты а и d вследствие ихмалой интенсивности не наблюдаются.
Группа центральных компонент в данном случае сливается водну широкую линию, обозначенную через Х. Используя интерферометр с более высокимразрешением и ртутную лампу специальной конструкции, дающую узкие линии, оказалосьвозможным разрешить и эту группу компонент (рис. 7, 2). Здесь, в отличие от рис. 7, 1, показанысимметричные участки одного порядка, ближайшего к центру.
Заметим, что для компонент a, b, A и dв данном порядке не выполняется условие максимума интерференции, компоненты g, f, h, С выходятза пределы рисунка.Порядок выполнения работыСхема и внешний вид установки приведены на рис. 8, 9. Включить ртутную лампу. Получить нателевизионноммониторечеткуюинтерференционнуюкартину.Записатьвкомпьютеринтерференционную картину, регистрируемую телекамерой (рис. 9).ЭталонФабри-ПероТВ мониторФильтрТелекамераДиафрагмаHg-Не лампаРис.8. Оптическая схема наблюдения сверхтонкого расщепления в спектре ртутиОшибка! Ошибка внедренного объекта.Рис. 9.
Внешний вид установкиЗадания1. Вычислить область свободной дисперсии интерферометра δλ =λ22dnсантиметрах и теоретическое значение разрешающей способности R =d = 3 мм, R = 0,95, n = 1.55 .8в Ангстремах и обратных2π nd R, где λ = 5460, 74 Å,λ (1 − R )2. Определить спектральные расстояния между наблюдаемыми в спектре компонентами (в Å исм−1) на интерферограмме.3. Провести сопоставление полученной экспериментально структуры расщепления линииλ = 5460,74 Å со структурой, приведенной на рис. 3, и в частности объяснить, почему вэксперименте не разрешается центральная группа, состоящая из 6 компонент.Рис. 9. Негатив интерферограммыКонтрольные вопросы:1.Теория тонкого расщепления (LS-взаимодействие), оценка по порядку величины.
Характернаявеличина для Na и Hg. Показать на диаграмме Гротриана линию ртути, регистрируемую вэксперименте.2.Теория сверхтонкого расщепления, связанного с взаимодействием с магнитным моментомядра. Оценка по порядку величины, сравнение с тонким расщеплением. Характерная величина длянатрия и ртути. Показать, что в сравнении с натрием СТС ртути примерно соответствует оценке.Изотопический сдвиг, связанный с массой ядра. Зависимость от массы. Характерная величина3.расщепления для водорода и дейтерия на линии H α , ожидаемая величина для ртути.4.Оценить, при какой температуре паров ртути СТС перестанет разрешаться.5.При каком диаметре входной диафрагмы разрешение интерферометра Фабри-Перо снизится ипочему?6.Каким должен быть размер источника излучения, чтобы можно было зарегистрировать трипорядка интерференции? Сделать оценку для параметров интерферометра Фабри-Перо,использовавшегося в эксперименте.7.Оценить разрешающую способность интерферометра Фабри-Перо по результатам обработкиинтерферограммы, сравнить с теоретическим значением.Библиографический список1.
Таблицы физических величин: Справ. под ред. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976.2. Королев Ф. А., Одинцов В. И. Оптика и спектроскопия. М., 1956. Т. 1.3. Копферман Г. Ядерные моменты. М.: ИЛ, 1960.4. Ельяшевич М. А. Атомная и молекулярная спектроскопия: 3-е изд. М.:КомКнига, 2006.5. Лебедева В. В. Экспериментальная оптика. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1994.6. Фриш С. Э. Оптические спектры атомов. М.; Л.: Физматгиз, 1963.7. Толанский С.
Спектроскопия высокой разрешающей силы. М.: ИЛ, 1955.98. Зелевинский В. Г. Лекции по квантовой механике: Учеб. пособие, Новосибирск, 2002.10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
