Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
Если в опыте используется ИЬ, то для нагревания резонансной колбы удобнее всего обдувать ее потоком теплого воздуха, имеющего малую скорость. Нагреватели, воздуходувки и т. д. не следует располагать поблизости от резонансной колбы, чтобы избежать модуляции или искажения магнитного поля. Часто бывает так, что для наблюдения хорошего резонанрного сигнала достаточно иметь пары ИЬ при комнатной температуре, хотя для колбы, которая не использовалась в течение некоторого времени, или для новой колбы, иногда требуется предварительное нагревание по меньшей мере до 50—60 °С. При работе с новыми колбами часто не получался удовлетворительный резонанс, если не наносить ИЬ на стенки колбы и не прогревать колбу в слабом пламени. Нанесение только на горлышко колбы часто бывает недостаточно. Указанный способ недопустим, если на стенках колбы имеется покрытие.
Резонансные колбы. Наиболее удобными являются сферические колбы емкостью 200—300 см3, так как они достаточно велики, чтобы обеспечить большие времена диффузии до стенок, и достаточно малы, чтобы получить необходимое однородное поле Н в объеме колбы, не используя чрезмерно больших катушек Гельмгольца.
300
Следует избегать работы с колбами, размеры Которых намного больше, чем средняя длина взаимодействия резонансного излучения, проходящего через них. Само изготовление резонансных колб достаточно просто, однако весьма утомительно и может потребовать некоторого опыта. Колбы до подсоединения к вакуумной системе для откачки должны быть очищены с помощью хромовой кислоты или какого-либо другого очищающего раствора, тщательно промыты и высушены. Откачка должна производиться до давления не выше чем 5« 10~6 мм рт. ст. с непрерывным прогревом в течение суток при температуре 250—300 °С. Для этой цели можно использовать маленькую печь из асбестового картона с электрической нагревательной обмоткой. Свободные щелочные металлы можно получить, если восстанавливать их хлориды при нагревании в вакууме с высокодисперсным металлическим кальцием [18], однако этот метод является весьма трудоемким и не всегда приводит к хорошим результатам. Проще ввести чистый металл в вакуумную систему. Металлический обычно поставляется в запаянных ампулах. После того как ампула открывается, ИЬ можно хранить в толуоле, который, будучи очень летучим веществом, легко откачивается, когда образец находится в вакуумируемой системе. Маленький кусочек металла помещается в узкий отводной канал резонансной колбы и затем при давлении 10~2 или 10~3 мм рт. ст. осуществляется предварительная перегонка для избавления от летучих примесей [17]. Откачка и нагревание колбы продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто наиболее низкое возможное давление. После этого колба охлаждается и на ее внутренней поверхности дистиллируется тонкий видимый слой ИЬ. Если используется колба с покрытием стенок, то вещество покрытия должно перегоняться из другого отводного канала в колбу, прежде чем будет введен туда ИЬ. В том случае, когда должен применяться буферный газ, то он впускается в колбу при давлении от 2 до 5 мм рт. ст. после введения ИЬ. Допускается использование газа только спектральной чистоты. После того как колба запаивается и отсоединяется от вакуумной системы, поверхность стенок при небольшом нагревании должна быть очищена, насколько это возможно, от видимой пленки ИЬ.
Детектирование. Высокочастотный или микроволновый сигнал нужной частоты (сигнал-генератор 11, рис. 3), приложенный к колбе, в которой осуществлена оптическая накачка, будет вызывать зеемановские и сверхтонкие переходы между различными уровнями энергии. Резонансная частота зависит от имеющегося магнитного поля и от конкретного перехода, который должен наблюдаться. Формулы, с помощью которых можно рассчитать зеемановское расщепление сверхтонких уровней (Д/^О, Атг—+1) и сверхтонкое расщепление уровня (Д/^^) для слабых магнитных полей, можно найти в любом стандартном пособии по структуре атома. Частоты зеемановских переходов при поле 1—2 гс лежат в интервале от нескольких сотен килогерц до нескольких мегагерц, частоты
301
Рис. 4.
сверхтонких переходов — в интервале нескольких сотен мегагерц. Если в опыте не используется регистрирующее устройство с большой постоянной времени, например самописец, то в этом случае очень удобно фиксировать частоту и периодически изменять магнитное поле относительно резонансного значения с тем, чтобы получить непрерывную серию резонансных сигналов и наблюдать их на осциллографе. Удобнее всего иметь «качающееся» поле с частотой 60 гц. Следует избегать более высокой частоты, если в наличии нет источника света с интенсивностью, превышающей обычные средние значения, который обеспечит быструю вторичную накачку. Вполне достаточно иметь модуляции магнитного поля в несколько процентов. В том случае, когда магнитное поле от постоянного
тока является очень однородным, можно допустить еще меньшие модуляции амплитуды и использовать даже наводки от сети переменного тока 60 гц в лаборатории.
Достаточное для зееманов-ского резонанса поле может быть получено с помощью спирали диаметром 10 см, состоящей из 5 или 6 витков проволоки, которая окружает колбу и располагается под прямым углом к оптической оси. Генератор, используемый для питания, должен создавать падение напряжения приблизительно в 0,5 е (измеренное ламповым вольтметром) на углеродном сопротивлении 100 ом, включенном последовательно с катушкой.
