Способ спектрометрии оптического излучения
ОП ИСАН И Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц 4587!8
Союз Советских
Социалистических
Реслублин (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 26.06.73 (21) 1934584/26- 25 с присоединением заявки № (32) Приоритет
Опубликовано 30.01.75. Бюллетень № 4
Дата опубликования описания 06.03.75 (51) М. Кл. 6 01j 3j28
Гасударственный комитет
Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 535.231.65 (088.8) (72) Авторы изобретения
Ф. И. Вилесов, В. И. Вовна и С. Н. Лопатин (71) Заявитель Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. А. А. Жданова (54) СПОСОБ СПЕКТРОМЕТРИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (2) Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению.
Известен способ спектрометрии оптического излучения, заключающийся в том, что интегральное излучение диспергируется спектральным прибором (монохроматором), а затем производится детектирование отдельных монохром атических пучков излучения.
С целью упрощения и удешевления спектральных работ приборов, предназначенных для получения оптических спектров, в предлагаемом способе оптический спектр получается без применения монохроматора; спектральный состав излучения определяют по кинематическим энергиям фотоэлектронов, генерируемых при фотоионизациии.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема получения спектра излучения лампы тлеющего разряда; на фиг. 2 — энергетический спектр электронов.
Элементарный акт фотоионизации атома (А) фотоном с фиксированной энергией (hv) представляется уравнением:
hv = Е,, + E,„+ ПИ, (1) где ПИ вЂ” первый потенциал ионизации атома (А), Е"„ — кинетическая энергия фотоэлектрона, Е „,„ — кинетическая энергия лбр азующегося положительного иона (А+), hv — энергия фотона. Так как масса ионов, как минимум, на три порядка величины больше массы электронов, то, в силу сохранения моментов количества движения, кинетическая
5 энергия иона намного порядков меньше кинетической энергии электронов и ею можно пренебречь. При этом энергетическое уравнение фотоионизации атома запишется в виде:
hv = ПИ+Е,.
Потенциал ионизации (ПИ) — величина постоянная, следовательно, каждой группе фотонов с фиксированием энергией (hv) будет
15 соответствовать группа фотоэлектронов с кинетической энергией (Ek»).
Данное рассмотрение строго справедливо для любых энергий фотонов, начиная от первого потенциала ионизации используемых ато20 мов до потенциала образования возбужденного положительного иона. При больших энергиях фотонов часть избыточной над первым потенциалом ионизации энергии фотона будет расходоваться на возбуждение иона. При этом
25 каждая группа фотонов с одинаковой энергией в энергетическом спектре фотоэлектронов приведет к появлению двух или большего чи сла групп электронов с энергиями (E») и (Е1,„— Е „0„), где Е „,„— энергия возбуждения иона. Наиболее широкая область одно458718
Фиг 1
3 значного соответствия оптического и фотоэлектронного спектров может осуществляться при использовании в качестве фотоионизирующего газа паров щелочных металлов. Например, при наполнении камеры парами цезия, который имеет первый потенциал ионизации
3,893 экв и энергию первого возбужденного уровня иона порядка 13,35 эв, область однозначного соответствия спектров будет огранио чена длинами волн 3200 — 930 А. Для других участков спектра могут быть использованы другие атомарные газы. Например, в далекой вакуумной ультрафиолетовой области спектра могут использоваться инертные газы (гелия о о в области короче 500 А, неон — короче 600 А, о аргон — короче 800 А, ксенон — короче о
1000 А). 3а исключением гелия, основные состояния ионов инертных газов за счет спинорбитального взаимодействия являются дуплетными. Вследствие этого одному оптическому спектру будет соответствовать два фотоэлектронных спектра, сдвинутых друг относительно друга на величину спин-орбитального расщепления (неон — 0,10 эв, аргон — 0,18 эв, криптон 0,66 эв, ксенон — 1,31 эв) .
Кинетические энергии электронов могут измеряться различными способами. Наиболее простой анализатор электронов по кинетическим энергиям основан на методе задерживающего поля в фотоионизационной камере, выполненной в виде цилиндрического конденсатора, позволяет получать энергетическое разрешение 0,03 — 0,05 эв. Анализаторы дифференциального типа имеют разрешение до
0,01 эв, но обладают низкой светосилой.
Принцип осуществления данного способа можно проиллюстрировать на следующем примере (фиг. 1). Оптическое излучение гелиевой трубки тлеющего разряда 1 через систему дифференциальной откачки 2 проходит в ионизационную камеру 3, наполненную ксеноном и снабженную системой коаксиальных световому пучку электродов 4, 5, 6, обеспечивающих
5 анализ фотоэлектронов по энергиям методом задерживающего цоля с предварительной селекцией по углу.
Система дифференцирования и регистрации тока фотоэлсктронов при линейном изменении
1п запирающего поля состоит из двух электрометрических усилителей, между которыми установлена дифференцирующая RC-цепочка, и записывающего электронного потенциометра.
На фиг. 2 представлен энергетический
15 спектр электронов, освобождаемых при фотоионизации атомов ксенона излучением проточной гелиевой лампы тлеющего разряда.
Видны две серии линий, соответствующих образованию иона ксенона в состояниях 2P /2 и
20 2Pgrg фотонами с энергией 21,22; 23,08; 23,74 и 24,04 эв. Каждая группа фотонов с фиксированной энергией в фотоэлектронном спектре ксенона соответствует двум линиям, отличающимся по энергии на величину спин-орби25 тального расщепления. Таким образом, приведенный спектр содержит два спектра источника излучения, сдвинутых друг относительно друга на величину 1,31 эв. Ширина линий на полувысоте равна 0,04 эв, что в области 520— о
580 А соответствует оптической спектральной о ширине менее 2 А.
Предмет изобретения
Способ спектрометрии оптического излучения, отличающийся тем, что, с целью упрощения спектральных работ, спектральный состав излучения определяют по кинетичес40 ким энергиям фотоэлектронов, генерируемых при фотоионизации атомов или молекул.
458718
Фиг.2
Составитель Е. Коков
Корректор Н. Аук
Редактор Л. Цветкова
Техред T. Миронова
Типография, пр. Сапунова, 2
Заказ 509/10 Изд. 1 1 1059 Тираж 902 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4, 5
