Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
JIum.: Радиоприемные устройства, под ред. Л. Г. Барулина, М., 1984; Головин О. В., Профессиональные радиоприемные устройства декаметрового диапазона, М., 1985; К о н о-н о в и ч Л. М., Современный радиовещательный приемник, М., 1986; Твердотельные устройства СВЧ в технике связи, М., 1988; Радиоприемные устройства, под ред. А. П. Жуковского, М., 1989; Розанов Б. А., Розанов С. Б., приемники миллиметровых волн, М., 1989. Н. Я. Фомин.
РАДИОСПЕКТРОСКОПИЯ — раздел физики, в к-ром изучаются? спектры поглощения разл. веществ в диапазоне радиоволн (на частотах эл.-магн. поля от IO3 до 6.IO11 Гц). В более широком смысле к Р. относят также исследования резонансной дисперсии, релаксации, нелинейных явлений, нндуциров. испускания и др. явлений резонансного взаимодействия эл.-магн. к акустич. полей указанного диапазона с квантовыми системами.
Резонансное поглощение в диапазоне радиоволн обусловлено нндуциров. переходами между уровнями энергии атомов, молекул, атомных ядер и пр., удовлетворяющими условию
Д/=Л—Л=Ач. (!)
где V — частота радиоволны. Такие интервалы энергии возникают, напр., прн взаимодействии магн. моментов электронов и ядер с внеш. магн. полем [см. Зеемана эффект, Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), Ядерный магнитный резонанс (ЯМP)]; электрич. квадруполькых моментов ядер с градиентом внут-рикрпсталлич. поля (см. Ядерный квадруполъный резонанс (ЯКР)]; при взаимодействии магн. моментов электронов и ядер (сверхтонкое расщепление уровней энергии); во вращательных спектрах молекул в газах (см. Микроволновая спектроскопия)", прн туннелировании атомов, ионов и молекулярных фрагментов в крис-таллах и стёклах; прп коллективном взаимодействии 234 электронов в магнитоупорядоченных веществах (см.
Ферромагнитный резонанс, А нтиферромагнитный резонанс); при движения электронов проводимости в магн. поле (см. Циклотронный резонанс) и пр. Интервалн Д^ между уровнями энергии, изучаемые в Р., обычно соответствуют диапазону СВЧ (108—3-10 11 Гц), а в случае ЯМР н ЯКР — диапазону ВЧ (IO3-S-IO8 Гц). Столь малые интервалы, как правило, не удаётся разрешить в оптич. и ИК-спектрах, нх можно зарегистрировать только методами Р.
По сравнению с оптич. спектроскопией н инфракрасной спектроскопией Р. имеет ряд особенностей. В Р. практически отсутствует аппаратурное уширение спектральных линий, поскольку в качестве источника радиоволн используют когерентные генераторы, а частоту
V можно измерить с высокой точностью. Отсутствует и типичное для оптич. диапазона радиационное уширение, т. к. вероятность спонтанного испускания, пропорциональная Vs, в диапазоне радиоволны пренебрежимо мала. Из-за малой энергии Av на единицу мощности приходится большое число квантов, что практически устраняет квантовомеханич. неопределенность фазы радиочастотного поля, к-рое можно описывать классически. Всё это позволяет получать информацию о веществе нз точных измерений формы резонансных линий, к-рая определяется в Р. взаимодействием микрочастиц друг с другом, с тепловыми колебаниями матрицы и др. полями, а танже нх движением (в частности, Доплера эффектом в газах). Ширина лнннй в Р. меняется в очень широких пределах: от ~1 Гц для ЯМР в жидкостях до ~1010 Гц для ЭПР в концентриров. парамагнетиках, ферромагн. резонанса, пароэлектрического резонанса ионов в твёрдых телах.
С др. стороны, нз-за малой величины AS уменьшается чувствительность методов Р. Интенсивность регистрируемых спектров определяется преобладанием поглощения эл.-магн. энергии над её нндуциров. испусканием, т. е. разностью населённостей Nj — Ni уровней энергии, между к-рыми происходят переходы. В условиях теплового равновесия при темп-ре T эти населённости подчиняются Больцмана распределению, откуда для невырожденных уровнен
AN=Nj-N^Ni+NJth(ASfrkT). (2)
В оптич. спектроскопии, как правило, AS kT (заселён практически только ниж. уровень); в Р., напротив, вплоть до T ~ I K выполняется неравенство Д# <& kT, поэтому величина AN мала и обратно пропорциональна темп-ре.
Для получения спектров носледуемое вещество помещают в объёмный резонатор, волновод или ВЧ-кон-тур н в зависимости от типа резонансных переходов (магн. или электрич.) подвергают действию соответствующей компоненты эл.-магн. поля. Магн. дипольные переходы характерны для всех видов магнитного резонанса (ЭПР, ЯМР, ЯКР н т. д.), электрич. переходы — для микроволновых спектров газов, параэлект-рич. резонанса н др. Эксперим. методы регистрации спектров в Р. можно разделить на стационарные, импульсные и косвенные. f
В стационарных методах образец не- \
прерывно облучают достаточно слабым (не вызываю- |
щнм когерентных эффектов) эл.-магн. полем, частоту I
к-рого медленно изменяют. При выполнении условия I
(1) часть энергии поля поглощается веществом, что ре- |
гнстрируют ПО соответствующему уменьшению амплнту- I
ды эл.-магн. колебаний. Зависимость коэф. поглощения I
от частоты V и представляет собой стационарный спектр f
поглощения. Вместо изменения частоты в Р. часто при- j
меняют эквивалентное изменение вкеш. магн. или элекТ’ |