Изучение сверхтонкой структуры спектральных линий

Изучение сверхтонкой структуры спектральных линий

• Рекомендуемый курс лекций: 'Экспериментальные методы квантовой радиофизики' для студентов III, IV курсов. курсов.
• Пропускная способность: работа выполняется двумя студентами, время выполнения работы 6 академических часов.
• Физическая проблема:
  Тонкое, или мультиплетное, расщепление спектральных линий связано с мультиплетностью энергетических состояний электронной оболочки. Под влиянием взаимодействия между спиновыми и орбитальными моментами электронов может произойти расщепление ранее вырожденных электронных состояний, что приводит к расщеплению спектральных линий переходов, связанных с такими состояниями. Величина тонкого расщепления спектральных линий может достигать 1-100 нм.
  Изотопическое смещение спектральных линий связано с наличием у химических элементов изотопов, отличающихся различным числом нейтронов в атомном ядре. Изменение состава атомных ядер приводит к изменению энергии электронных состояний в атоме и соответствующему смещению спектральных линий. Величина изотопического смещения спектральных линий достигает 0.0001-0.2 нм.
  Сверхтонкое расщепление спектральных линий обусловлено взаимодействием магнитного поля, создаваемого электронной оболочкой атома, с магнитным моментом ядра. В результате этого взаимодействия происходит расщепление электронных состояний (аналогично мультирлетному расщеплению) и соответствующее расщепление спектральных линий переходов, связанных с такими состояниями. Величина тонкого расщепления спектральных линий может достигать 0.0001-0.01 нм. Поскольку магнитный момент ядра атома связан с механическим моментом ядра, то величина сверхтонкого расщепления будет различна в спектрах излучения изотопов, и одновременно со сверхтонким расщеплением может наблюдаться изотопическое смещения спектральных линий.
  Изучению сверхтонкого расщепления в спектрах излучения атомов таллия и посвящена данная работа.
  Цели работы:
  а. Знакомство студентов с явлением сверхтонкого расщепления спектральных линий.
  б. Изучение методов регистрации сверхтонкой структуры спектральных линий.
  в. Получение практических навыков работы со сканирующим интерферометром Фабри-Перо.
  В процессе выполнения лабораторной работы студенты должны подготовить установку к работе и зарегистрировать спектр излучения атомов таллия.
  На первом этапе выполнения работы необходимо отъюстировать оптическую часть установки. Особое внимание уделяется приобретению практических навыков юстировки интерферометра Фабри-Перо. По характеристикам интерферометра Фабри-Перо следует рассчитать выходную диафрагму интерферометра, установить рассчитанную диафрагму на входе в спектрограф ИСП-51 и отъюстировать интерференционное распределение и выходную диафрагму.
  На втором этапе студенты настраивают режим регистрации спектра излучения. Настройка включает подбор необходимой скорости изменения давления в барокамере, определяющей скорость сканирования спектра, и подбор режима фотоэлектрической системы регистрации сигнала.
  После настройки установки производится запись спектра излучения таллиевой лампы. По зарегистрированному спектру рассчитывается величина сверхтонкого расщепления и строится система энергетических уровней в атоме таллия.
  
• Оборудование:
  - источник излучения - шариковая лампа ВСБ-2, содержащая таллий, с блоком питания;
  - интерферометр Фабри-Перо ИТ-51 в барокамере;
  - вакуумный пост для откачки барокамеры;
  - спектрограф ИСП-51 с выходной диафрагмой интерферометра Фабри-Перо, выходной щелью и оптической системой;
  - приемник излучения - фотоэлектронный умножитель ФЭУ-17а с высоковольтным блоком питания;
  - система регистрации излучения - узкополосный усилитель, преобразователь напряжения В9-2, самопишущий потенциометр КСП-4, осциллограф для настройки системы регистрации.
  После подготовки системы к работе и настройки режимов работы регистрация спектров производится в автоматическом режиме.
• Степень автоматизации и компьютеризации установки: регистрация спектров ведется в автоматическом режиме
• Контактные телефоны: Рагозин Е.Н. 132-63-29; Масалов А.В. 132-67-60.