Способ определения ориентации спинов атомов Советский патент 1991 года по МПК G01N21/19 

Изобретение относится к области оптических измерений, а именно к области атомной спектроскопии, и может быть использовано для исследований структуры атомов и молекул, для исследования межатомных взаимодействий, а также химических и фотохимических реакций.

Целью изобретения является упрощение способа и расширение спектрального диапазона измерений в коротковолновую сторону.

На чертеже приведено устройство для реализации способа.

Устройство для реализации способа содержит источник 1 вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) излучения, объем 2,

содержащий исследуемый атомный пар, приемник 3 ВУФ излучения, блок 4 регистрации.

Способ реализуется следующим образом.

Пар ориентированных атомов помещают в предварительно откаченный объем 2 и облучают неполяризованным резонансным ВУФ излучением от источника 1, которое после прохождения объема регистрируют приемником 3, соединенным с регистрирующим блоком 4, состоящим, например, из усилителя и самописца. Регистрируют интенсивности ВУФ излучения, попадающего на фотоприемник для трех следующих случаев: h - интенсивность в отсутствие исслеО

ю

СА) %J NJ

дуемого пара; 12 - интенсивность для случае, когда исследуемый пар находится в не- ориентировачном состоянии; 1з интенсивность для случая, когда исследуемый пар находится в ориентированном состоянии. Давление исследуемого атомного пара подбирают из условия 1 г 3, а оптическую толщину т атомного пара для ВУФ излучения определяют из соотношения (h/i2).

На основании измеренных величин Н, h и 1з определяют интенсивности to и 1р излучения, поглощенного паром атомов, находящимсясоответственно в неориентированном и ориентированном состояниях:

S0---h-l2; р ,

а затем определяют искомую величину атомной ориентации Р в соответствии с соотношением:

i

|Н

-Tnn- i-nr1

)((Ч

где 1р - интенсивность излучения, -поглощенного паром, находящимся в ориентированном состоянии, Вт;

i0 - интенсивность излучения, поглощенного паром, находящимся в неориентированном состоянии, Вт;

k - коэффициент поглощения ВУФ излучения атомным паром;

I - длина области, содержащей атомный пэр, м,

ft (()

1/2

111) jojoj ),

где J0 и j - электронные угловые моменты основного и возбужденного состояния исследуемых атомов.

Пример. Ориентированные атомы водорода получают при фотодиссоциации молекул НВг циркулярно поляризованным излучением эксимерного ArF лазера с длиной волны 193 нм в реакции

HBr + + Br(2)

Реакцию (2) осуществляют Б кювете с окнами из LIF. Для предотвращения деполяризации образовавшихся атомов водорода магнитным полем Земли вследствие эффекта Ханле кювету помещают в магнитный экран. Регистрацию ориентированных 12Si/2 атомов водорода осуществляют воздействием на ячейку резонансным ВУФ-излуче- нием с длиной волны А 1216 А, которое соответствует переходу 123ш - 22Р°1/2 в атоме водорода. 8 качестве источника регистрирующего ВУФ-излучения используют высокочастотную безэлектродную водородную лампу с окном из L1F, а в качестве фотоприемника используют фотоумножитель ФЭУ-142, чувствительный к ВУФ-излучению. Направление вектора ориентации спинов атомов, образующихся в реакции (2), совпадает с направлением распространения луча лазера. Поэтому в целях достижения максимальной чувствительности способа направление распространения ВУФ-излучения выбирают близким к направлению луча лазера. Концентрацию молекул НВг(Мнвг) в кювете выбирают из

условия образования в реакции (2) концентрации атомов водорода (Мы), достаточной для формирования оптически толстого слоя для регистрирующего ВУФ-излучения. Так при энергии лазерного импульса

Ец 0,01 Дж выбирают NHBT 5101 , при этом концентрация образующихся атомов водорода NH 1012 см . что для кюветы длиной 2 см соответствует оптической толщине к 2. Интенсивности Н, 2 и 1з определяют в следующих условиях: li - лазер не работает (Мн 0), h фотодиссоциацию молекул НВ2 осуществляют линейно поляризованным излучением лазера (Р 0), з фотодиссоциацию молекул НВг осуществляют циркулярно поляризованным излучением лазера (Р 0).

В рассматриваемом случае регистрации атомов водорода числовой множитель в уравнении (1) , поэтому ориентацию атомов определяют по формуле

Р Arch

Ip-U

(f -1)+1.

5

5

О

5

При этом Н 1,157мВт; b 0,157 мВт; з 0,144 мВт; I 2 см; /с 2; 0 1,0 мВт; Ip 0,013 мВт; Р-0,2.

Таким образом, техническое решение проще использованных ранее, так как не требует применения циркулярно поляризованного излучения и позволяет при высоком временном разрешении расширить спектральный диапазон измерений в ВУФ-об- ласть вплоть до Я 100 Д.

Способ определения ориентации спинов атомов может быть использован при проведении физических исследований, например, при исследовании структуры атомов и механизмов химических реакций.

Формула изобретения

Способ определения ориентации спинов атомов, включающий поочередное пропускание резонансного излучения через пар атомов, находящихся в ориентированном и неориентированном состояниях, и регистрацию интенсивностей р и 0 излучения, поглощенного паром атомов, находящимся соответственно в ориентированном и неориентированном состояниях, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и расширения спектрального диапазона измерений в коротковолновую сторону, пропускают через пар атомов неполяризованное вакуумное ультрафиолетовое излучение, а значение Р ориентации спинов атомов определяют из соотношения

-ifaw P-w

где k - коэффициент поглощения излучения атомным паром;

f-длина области, содержащей атомный пар;

/J-(-1) 1+Ь jT

111}

о Jo J J

Jo

е моменты

, ,2T2JO + 1

где jo, J - электронкые углоЕ

основного и возбужденного состояний исследуемых атомов,

Изобретение касается оптических измерений и может быть использовано для исследования структуры атом ов и молекул. Целью изобретения является упрощение способа и расширение спектрального диапазона измерений в коротковолновую сторону. Для реализации способа осуществляют поочередное воздействие неполяризованным резонансным излучением в вакуумной ультрафиолетовой области спектра на исследуемый пар атомов, находящихся соответственно в ориентированном и неориентированном состоянии, и регистрацию разности интенсивностей излучения, поглощенного исследуемым паром. Значение ориентации Р спинов атомов определяют из 0йсоотношения; - -тлгг Лгс- f - -1)+1 J, где Ip, it, - интенсивности излучения, поглощенного атомным паром, находящимся в ориентированием и неориентированном состояниях k - коэффициент поглощения излучения атомным паром; -длина области, содержащей атомчый пар, ft - числовой множитель. Способ не требует применения ииркул.чрна поляризованного излучения и позволяет при высоком временном разрешении расширить спектральный диапазон работы. 1 ил.

4