Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Высокое напряжение прикладывается к двум электродам, обозначенным на
рисунке буквой V', два других заземлены...
В первом из построенных мазеров внутренние поверхности электродов имели
форму гипербол, и расстояние между заряженными электродами составляло 0,4
дюйма. Наименьшее расстояние между ними равнялось 0,08 дюйма, а длина
фокусирующего устройства - 22 дюймам. К этим электродам можно было
прилагать напряжение до 15 кВ, которое еще не вызывало пробоя. Во втором
мазере электроды имели ту же форму, но разделялись промежутком в 0,16
дюйма. Это позволяло прикладывать напряжения до 30 кВ, что несколько
улуч-i шало работу мазера благодаря более высоким градиентам
электрического поля в межэлектродной области. Длина фокусирующего
устройства во втором мазере составляла 8 дюймов. При сборке фокусирующего
устройства применялись тефлоновые прокладки. В целях улучшения откачки
больших количеств аммиака, попадающего в вакуумную систему из источника,
электроды фокусирующего устройства делались полыми и наполнялись жидким
азотом".
Работа фокусирующего устройства подробно рассматривалась в первой из двух
статей, написанной одним Гордоном.
"Поле фокусирующей линзы создает силы, действующие на молекулы благодаря
индуцированным в них дипольным моментам. Конфигурация электродов такова,
что электрический потенциал в зазоре имеет вид <р = = фог2 cos 20, где
гиб - цилиндрические координаты системы, ось которой совпадает с осью
фокусирующего устройства. Величина электрического поля при таком
потенциале пропорциональна г. Электрическая сила, действующая на молекулы
в таком поле, пропорциональна произведению напряженности поля на его
градиент; первый множитель обусловлен зависимостью индуцированного
дипольного момента от поля, а второй - силой,
268
действующей на диполь. Эта сила направлена радиально и пропорциональна г
для малых значений напряженности поля; для молекул, находящихся в верхнем
состоянии, она направлена внутрь, для молекул в нижнем состоянии -
наружу".
Дальше мы опять цитируем вторую статью.
"В данной работе использовались цилиндрические объемные резонаторы
диаметром 0,6 дюйма и длиной 4,5 дюйма, собственная частота которых на
волне типа ТЕоп1 лежала в интересующем нас диапазоне частот (около 24 000
МГц). Каждый резонатор мог перестраиваться в пределах до 50 МГц при
помощи короткой секции большего диаметра и переменной длины,
расположенной с одного конца резонатора. Отверстие диаметром 0,4 дюйма в
другом конце служило для входа пучка, который проходил по всей длине
резонатора... Диаметр этого отверстия значительно меньше граничного2, так
что потери микроволновой энерщи через него были незначительными.
Микроволновое излучение подводилось к резонатору и выводилось из него
несколькими способами. Некоторые резонаторы им-ели отдельные входные и
выходные волноводы. Мощность вводилась через два отверстия связи в
дальнем от источника торце резонатора, а выводилась через отверстие в его
боковой стенке. В других резонаторах отверстие в боковой стенке служило
одновременно для ввода и вывода мощности и в торце отверстий связи не
было...
Три диффузионных насоса использовались для поддержания необходимого
вакуума, не выше 10-5 мм рт. ст. Тем не менее из-за большого объема газа,
проникающего в систему из источника, удовлетворительная работа была
возможна лишь при охлаждении фокусирующих электродов до температуры
жидкого азота. Холодные поверхности электродов представляют собой
конденсационный насос с большой площадью, помогающий
1 Это обозначение характеризует распределение электрического И магнитного
полей в резонаторе и не имеет существенного значения для понимания
эксперимента.
2 Ср. с примечанием на стр 147 гл. 7 Условие отсекания для круглого
волновода несколько отличается от соответствующего условия для
прямоугольного, однако основные понятия в обоих случаях аналогичны.
269
поддерживать низкое давление в вакуумной камере. Затвердевший аммиак,
накапливающийся на электродах фокусирующего устройства, мешает работе
устройства, так как из-за электростатического заряда искажает
фокусирующее поле. Кроме того, аммиак образует кристаллы, которые могут в
конечном счете перекрыть поток газа. Однако в течение того относительно
малого времени, которое необходимо для спектроскопических экспериментов,
это устройство работало удовлетворительно.
Экспериментальные результаты были получены при работе мазера как в режиме
спектрометра, так и генератора. Хотя мазер действовал и как усилитель,
однако пока не проводилось измерений его характеристик в этом режиме".
При использовании устройства в качестве спектрометра частота входного
микроволнового поля изменялась. Когда она совпадала с частотой
молекулярного перехода, выходная мощность увеличивалась за счет мощности,
излучаемой при индуцированных переходах в молекулах. В статье Гордона
описывалось, как таким путем изучался спектр аммиака. "Было получено
разрешение сколо 7 кГц, что значительно лучше по сравнению с пределом,
