Васильев А., Михайлин В. Введение в спектроскопию диэлектриков

Подождите немного. Документ загружается.

èñïîëüçîâàòü ìîíîõðîìàòèçàöèþ âòîðè÷íîãî ñâå÷åíèÿ, ïîñêîëüêó

ñïåêòðû âîçáóæäåíèÿ ëþìèíåñöåíöèè ðàçíîé ýíåðãèè êâàíòîâ ðàç-

ëè÷íû. Íàèáîëåå ÷àñòî èñïîëüçóåìàÿ ìîíîõðîìàòèçàöèÿ — ïðèìåíå-

íèå ôèëüòðîâ, âûðåçàþùèõ îïðåäåëåííóþ ïîëîñó ñâå÷åíèÿ. Â òîì

ñëó÷àå, åñëè ìîíîõðîìàòèçàöèÿ èçëó÷åíèÿ íå èñïîëüçóåòñÿ, ãîâîðÿò

îá èíòåãðàëüíîé ëþìèíåñöåíöèè. Îäíàêî èç-çà ðàçëè÷íîé ÷óâñòâèòå-

ëüíîñòè ôîòîïðèåìíèêîâ ïðè ðàçíûõ äëèíàõ âîëí ðåãèñòðèðóåìûé

ñèãíàë ïðîïîðöèîíàëåí èíòåãðàëó

d S dI dλλ λ()

∫

, êîòîðûé îòëè÷à-

åòñÿ îò èíòåãðàëüíîé ëþìèíåñöåíöèè ìíîæèòåëåì

S()λ

â ïîäûíòåãðà-

ëüíîì âûðàæåíèè, êîòîðûé ó÷èòûâàåò ñïåêòðàëüíóþ ÷óâñòâèòåëü-

íîñòü äåòåêòîðà è ãåîìåòðè÷åñêèå ôàêòîðû òèïà (*). Â ñâÿçè ñ ýòèì

ñðàâíåíèå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ïî èíòåãðàëüíîé ëþìèíåñöåí-

öèè, ïîëó÷åííûõ íà ðàçëè÷íûõ óñòàíîâêàõ, òðåáóåò íåêîòîðîé îñòî-

ðîæíîñòè.

Ðèñ. *. Çàâèñèìîñòü èíòåíñèâíîñòè ñâå÷åíèÿ îáðàçöà îò äëèíû

âîëíû (à) è ýíåðãèè (á)

Â òîì ñëó÷àå, êîãäà ñïåêòð ñâå÷åíèÿ ñèëüíî èçìåíÿåòñÿ ïðè èç-

ìåíåíèè ýíåðãèè êâàíòîâ âîçáóæäàþùåãî ñâåòà, ñïåêòð âîçáóæäåíèÿ

èíòåãðàëüíîé ëþìèíåñöåíöèè íå äàåò òî÷íîé êàðòèíû ïðåîáðàçîâà-

íèÿ ýíåðãèè â òâåðäîì òåëå. Äàæå â ñëó÷àå âûäåëåíèÿ ìîíîõðîìàòè÷-

íîãî ñâå÷åíèÿ ñïåêòð âîçáóæäåíèÿ íå äàåò íåïîñðåäñòâåííî èíôîð-

ìàöèþ î ðàçëè÷íûõ êàíàëàõ, ïî êîòîðûì èäåò ðåëàêñàöèÿ âîçáóæäå-

íèé. Ðàññìîòðèì äëÿ ïðèìåðà ñëó÷àé, êîãäà ñïåêòð ñâå÷åíèÿ ñîñòîèò

èç äâóõ ïåðåñåêàþùèõñÿ ïîëîñ (äëÿ áîëüøèíñòâà êðèñòàëëîôîñôî-

ðîâ ñïåêòð åùå ñëîæíåå). Ïðè ýòîì íàèáîëåå ÷àñòî èñïîëüçóåìûé

ïóòü ðåãèñòðàöèè - âûðåçàíèå ôèëüòðàìè èëè ìîíîõðîìàòîðîì îáëà-

ñòè äëèí âîëí âáëèçè ìàêñèìóìîâ

. Ïðè ýòîì íà îñíîâàíèè

äâóõ ñïåêòðîâ âîçáóæäåíèÿ ïûòàþòñÿ àíàëèçèðîâàòü ðàçëè÷íûå êà-

íàëû ëþìèíåñöåíöèè. Îäíàêî äî ñèõ ïîð ðåäêî ó÷èòûâàþò ïåðåêðû-

òèå ïîëîñ, ïðè êîòîðîì íà äëèíå âîëíû

âíîñèò âêëàä ïîëîñà ñ ìàê-

ñèìóìîì íà

. Â ñâÿçè ñ ýòèì àêòóàëüíûìè ïðåäñòàâëÿþòñÿ ðàçëè÷-

íûå ìåòîäû ìàòåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé, â ÷à-

ñòíîñòè, ðàçëîæåíèå ñïåêòðîâ ñâå÷åíèÿ íà îòäåëüíûå ïîëîñû è ïî-

ñòðîåíèå çàâèñèìîñòåé ïàðàìåòðîâ ïîëîñ (àìïëèòóäû, ïîëóøèðèíû,

ïîëîæåíèÿ, àñèììåòðèè) îò äëèíû âîëíû âîçáóæäàþùåãî ñâåòà. Èç-

ìåðåíèÿ òàêîãî ðîäà òðåáóþò âûñîêîé ñòåïåíè àâòîìàòèçàöèè óñòàíî-

âîê, ïîñêîëüêó îáúåì ïåðåðàáàòûâàåìîé èíôîðìàöèè î÷åíü áîëü-

øîé. Êðîìå òîãî, äëÿ âûáîðà òèïà ïîäãîíî÷íûõ êðèâûõ (ãàóññîâûõ,

ëîðåíòöåâûõ èëè áîëåå ñëîæíûõ) íåîáõîäèìî çíàòü ìîäåëü öåíòðà

ñâå÷åíèÿ.

Âîîáùå ãîâîðÿ, íàèáîëåå èíôîðìàòèâíûìè äîëæíû áûòü èçìå-

ðåíèÿ ñïåêòðîâ ñâå÷åíèÿ è âîçáóæäåíèÿ ïðè ñêàíèðîâàíèè îáîèìè

ìîíîõðîìàòîðàìè 2 è 5 (ñì. ðèñ. *). Ïîëó÷àåìûå ïðè ýòîì òðåõìåð-

íûå êàðòèíû íàãëÿäíî ïîêàçûâàþò ïåðåêà÷êó ýíåðãèè èç îäíîãî

392 Ãëàâà 5. Òåõíèêà îïòè÷åñêèõ èçìåðåíèé â ÂÓÔ-îáëàñòè ñïåêòðà

êàíàëà ëþìèíåñöåíöèè â äðóãîé. Îäíàêî äàæå íà àâòîìàòèçèðîâàí-

íûõ óñòàíîâêàõ òàêèå èçìåðåíèÿ çàíèìàþò î÷åíü ìíîãî âðåìåíè

(åñëè íå èñïîëüçîâàòü îïòè÷åñêèå ìíîãîêàíàëüíûå àíàëèçàòîðû -

OMA).

Ïðè èññëåäîâàíèè ñïåêòðîâ âîçáóæäåíèÿ ëþìèíåñöåíöèè íàèáî-

ëåå ÿðêî ïðîÿâëÿþòñÿ âñå ñëîæíûå ÿâëåíèÿ, âîçíèêàþùèå â êðèñòàë-

ëîôîñôîðàõ è çàòóìàíèâàþùèå êàðòèíó. Òàê, îäíîé èç íàèáîëåå õà-

ðàêòåðíûõ îñîáåííîñòåé êðèñòàëëîôîñôîðîâ ÿâëÿåòñÿ íåëèíåéíîñòü

ïðîöåññîâ, âîçíèêàþùàÿ óæå ïðè î÷åíü ìàëûõ èíòåíñèâíîñòÿõ âîç-

áóæäàþùåãî ñâåòà. Ïðè ýòîì ïðîöåññû â êðèñòàëëîôîñôîðàõ çàâè-

ñÿò, â ÷àñòíîñòè, îò ÷èñëà êâàíòîâ âîçáóæäàþùåãî ñâåòà

, ïîãëîùåí-

íûõ åäèíèöåé îáúåìà. Åñëè íå ïðèíèìàòü ñïåöèàëüíûõ ìåð, òî èí-

òåíñèâíîñòü ñâåòà, ïàäàþùàÿ íà îáðàçåö ÷åðåç ìîíîõðîìàòîð 2 îò èñ-

òî÷íèêà 1, îáû÷íî ñèëüíî çàâèñèò îò äëèíû âîëíû âîçáóæäàþùåãî

ñâåòà. Ïîýòîìó ïðè âîçáóæäåíèè êâàíòàìè ðàçíîé ýíåðãèè

hν

ìåíÿåò-

ñÿ èíòåíñèâíîñòü âîçáóæäåíèÿ

, è âûäåëåíèå ðîëè ýíåðãèè êâàíòîâ

hν

èç îáùåé êàðòèíû ÿâëÿåòñÿ ñëîæíîé çàäà÷åé. Íåêîòîðûå óñòàíîâ-

êè ñíàáæàþòñÿ óñòðîéñòâàìè, ñòàáèëèçèðóþùèìè èíòåíñèâíîñòü ïà-

äàþùåãî ñâåòà ïî äëèíå âîëíû (äëÿ ýòîé öåëè ïðèìåíÿåòñÿ èçìåíå-

íèå ùåëåé, óïðàâëåíèå òîêîì èñòî÷íèêîâ ñâåòà è ò. ä.). Ïðè òàêîì

óïðàâëåíèè, îäíàêî, íå ïîëíîñòüþ ðåøàåòñÿ çàäà÷à ñîçäàíèÿ îäèíà-

êîâîé ïëîòíîñòè

ïîãëîùåííîãî åäèíèöåé îáúåìà âîçáóæäàþùåãî

ñâåòà, ïîñêîëüêó ñ èçìåíåíèåì êîýôôèöèåíòà ïîãëîùåíèÿ ïðè èçìå-

íåíèè

hν

ìåíÿåòñÿ êàê ïëîòíîñòü, òàê è ðàñïðåäåëåíèå ïîãëîùåííîé

ýíåðãèè. Ïîýòîìó çàäà÷à èíòåðïðåòàöèè ñïåêòðîâ âîçáóæäåíèÿ ïðè

èçìåíÿþùåéñÿ èíòåíñèâíîñòè ïàäàþùåãî ñâåòà ñèëüíî óñëîæíÿåòñÿ.

Óñòàíîâêè ñî ñòàáèëèçàöèåé ïàäàþùåãî ïîòîêà ïî ñïåêòðó ÿâëÿþòñÿ

î÷åíü ñëîæíûìè, è ýòà ñõåìà èñïîëüçóåòñÿ ðåäêî. Â áîëüøèíñòâå

ñëó÷àåâ òàêàÿ ñòàáèëèçàöèÿ íå ïðîâîäèòñÿ. Ïðè ýòîì èç-çà ðàçëè÷-

íûõ ñïåêòðàëüíûõ îñîáåííîñòåé óñòàíîâîê ïðè ñèëüíîé çàâèñèìîñòè

îò èíòåíñèâíîñòè ñïåêòðû âîçáóæäåíèÿ îäíîãî è òîãî æå âåùåñòâà,

ïîëó÷åííûå íà ðàçíûõ óñòàíîâêàõ, ìîãóò ñóùåñòâåííî ðàçëè÷àòüñÿ.

Äðóãîé îñîáåííîñòüþ êðèñòàëëîôîñôîðîâ ÿâëÿåòñÿ èíåðöèîí-

íîñòü èõ ñâå÷åíèÿ, â ðÿäå ñëó÷àåâ äîñòèãàþùàÿ áîëüøèõ âåëè÷èí.

Ïðè ýòîì ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå â êðèñòàëëîôîñôîðå, çàâèñÿò, âî-

îáùå ãîâîðÿ, îò ïðåäûñòîðèè îáðàçöà. Ïîýòîìó ïðè èññëåäîâàíèè

ñïåêòðîâ âîçáóæäåíèÿ îáðàçöîâ ñ äëèòåëüíûì ðàçãîðàíèåì è çàòóõà-

íèåì âàæíî ïðèâåäåíèå ê îäíèì íà÷àëüíûì óñëîâèÿì â ïðè êàæäîé

ýíåðãèè êâàíòîâ âîçáóæäåíèÿ

hν

. Ñëåäñòâèåì ýòîãî ÿâëÿåòñÿ íåâîç-

ìîæíîñòü â ðÿäå ñëó÷àåâ çàïèñè ñïåêòðîâ âîçáóæäåíèÿ ïðè íåïðå-

ðûâíîì ñêàíèðîâàíèè ïî ñïåêòðó.

Èíåðöèîííîñòü îáðàçöîâ ìîæåò èçìåðÿòüñÿ ñ ïîìîùüþ ðàçëè÷-

íûõ ìîäóëÿòîðîâ ïðè ïðèìåíåíèè ñòàöèîíàðíûõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà

èëè ñ èñïîëüçîâàíèåì âðåìåííîé ñòðóêòóðû èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêîâ

ñâåòà.

§ 32. Òåõíèêà èçìåðåíèÿ ñ ëàáîðàòîðíûìè èñòî÷íèêàìè èçëó÷åíèÿ 393

Êðîìå âñåãî ïðî÷åãî, èíòåíñèâíîñòü ëþìèíåñöåíöèè ñèëüíî çà-

âèñèò îò òåìïåðàòóðû îáðàçöà. Áîëåå òîãî, áûâàþò ñëó÷àè íåîäíî-

çíà÷íîé çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû, êîãäà íàáëþäàåòñÿ ãèñòåðåçèñ

ïðè îõëàæäåíèè è ïîñëåäóþùåì íàãðåâå îáðàçöà. Ïîýòîìó ñèñòåìà

ïîääåðæàíèÿ òåìïåðàòóðû èëè ïðîãðàììíîãî åå èçìåíåíèÿ (÷àùå

âñåãî êðèîñòàò ñ íàãðåâàòåëåì è òåðìîäàò÷èêîì) òàêæå ÿâëÿåòñÿ îä-

íèì èç ñëîæíûõ óçëîâ ñïåêòðîñêîïè÷åñêèõ óñòàíîâîê äëÿ èññëåäîâà-

íèÿ ëþìèíåñöåíöèè.

32.2 Ëàáîðàòîðíûå óñòàíîâêè

Ðèñ. 33. Ìîíîõðîìàòîð ñêîëüçÿùåãî ïàäåíèÿ íà îáëàñòü ñïåêòðà

9—90 íì: 1 — èñòî÷íèê óëüòðàôèîëåòîâîãî èçëó÷åíèÿ — ðàçðÿä Ïå-

íèíãà; 2 — âõîäíàÿ ùåëü; 3 — âàêóóìíûå çàòâîðû; 4 — ñôåðè÷åñêàÿ

ðåøåòêà ñ ðàäèóñîì êðèâèçíû 3 ì; 5 — âàêóóìíàÿ òåëåñêîïè÷åñêàÿ

ìóôòà; 6 — âûõîäíàÿ ùåëü: 7 — âòîðè÷íûé ýëåêòðîííûé óìíîæè-

òåëü îòêðûòîãî òèïà ñ ôîòîêàòîäîì èç CuI; 8 — äåðæàòåëü îáðàçöà

Ðàññìîòðèì íåêîòîðûå îïòè÷åñêèå óñòàíîâêè, èñïîëüçóåìûå â

èññëåäîâàíèÿõ îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê è âîçáóæäåíèÿ ëþìèíåñ-

öåíöèè òâåðäûõ òåë â äèàïàçîíå âàêóóìíîãî óëüòðàôèîëåòîâîãî èç-

ëó÷åíèÿ [*]. Îïèøåì óñòàíîâêó äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ â îá-

ëàñòè îò 13 äî 26 ýÂ. Äëÿ ýòèõ èçìåðåíèé èñïîëüçîâàëñÿ âàêóóìíûé

ìîíîõðîìàòîð ñêîëüçÿùåãî ïàäåíèÿ ïî ñõåìå Âîäàðà, ðàññ÷èòàííûé

íà ðàáîòó â îáëàñòè îò 9 äî 90 íì (ðèñ. *). Êèíåìàòè÷åñêàÿ ñõåìà

ïðèáîðà âûáðàíà òàê, ÷òî âõîäíàÿ ùåëü, ðåøåòêà ðàäèóñîì êðèâèçíû

3 ì è âûõîäíàÿ ùåëü íàõîäÿòñÿ íà êðóãå Ðîóëàíäà. Ïðèáîð, îñíà-

ùåííûé ìîùíîé ñèñòåìîé îòêà÷êè, ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü èçìåðåíèÿ

ñïåêòðîâ îòðàæåíèÿ â îáëàñòè ýíåðãèé îò 13 äî 26 ýÂ ñ ëàáîðàòîðíû-

ìè èñòî÷íèêàìè âàêóóìíîãî óëüòðàôèîëåòà. Â ýòèõ ýêñïåðèìåíòàõ â

êà÷åñòâå èñòî÷íèêà ïðèìåíÿëñÿ ðàçðÿä Ïåíèíãà â ãàçå (ðèñ. *).

Ïðè ðàçðÿäå Ïåíèíãà â âîçäóõå óäàåòñÿ ïîëó÷èòü äîñòàòî÷íî áî-

ëüøîå êîëè÷åñòâî (ïîðÿäêà 50) îòñ÷åòíûõ òî÷åê ñïåêòðà â îáëàñòè îò

13 äî 26 ýÂ. Èñòî÷íèê èìååò ëèíåé÷àòûé ñïåêòð. Ëèíèè ïåðâîãî è

âòîðîãî ïîðÿäêîâ ïðîñòðàíñòâåííî ðàçðåøåíû. Ýòè îáñòîÿòåëüñòâà

ïîçâîëÿþò ïðîâîäèòü èçìåðåíèÿ áåç ïëåíî÷íûõ ôèëüòðîâ äëÿ ïîäàâ-

ëåíèÿ âûñøèõ ïîðÿäêîâ.

Ðèñ. *. Ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå ÿ÷åéêè Ïåíèíãà: 1 — ïîñòî-

ÿííûé ìàãíèò; 2 — àëþìèíèåâûé êàòîä; 3 — êîëüöåâîé àíîä

Ðèñ. *. Ñõåìà óñòàíîâêè äëÿ èçìåðåíèÿ îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðè-

ñòèê òâåðäîãî òåëà â îáëàñòè 50—250 íì: 1 — êàïèëëÿðíàÿ ëàìïà ñ

ïðîòî÷íûì âîäîðîäîì; 2 — âõîäíàÿ ùåëü; 3 — âàêóóìíûå çàòâîðû; 4

— äèôðàêöèîííàÿ ðåøåòêà; 5 — ìîòîð ïîâîðîòà ðåøåòêè;6—âû-

õîäíàÿ ùåëü; 7 — êðèîñòàò ñ îáðàçöîì 8, 9 — ïðèåìíèê èçëó÷åíèÿ îò

îáðàçöà; 10 — ïðèåìíèê îïîðíîãî ñèãíàëà; II — óñèëèòåëü ïîñòîÿí-

íîãî òîêà; 12 — ýëåêòðîííûé ïîòåíöèîìåòð

394 Ãëàâà 5. Òåõíèêà îïòè÷åñêèõ èçìåðåíèé â ÂÓÔ-îáëàñòè ñïåêòðà

Â êà÷åñòâå ïðèåìíèêà âàêóóìíîãî óëüòðàôèîëåòîâîãî èçëó÷åíèÿ

ïðèìåíÿëñÿ âòîðè÷íûé ýëåêòðîííûé óìíîæèòåëü (ÂÝÓ) îòêðûòîãî

òèïà ñ ôîòîêàòîäîì èç CuI. Ýòèì óìíîæèòåëåì ïîñëåäîâàòåëüíî èç-

ìåðÿëàñü èíòåíñèâíîñòü ïàäàþùåãî è îòðàæåííîãî îò îáðàçöà èçëó-

÷åíèé â ìàêñèìóìå êàæäîé ëèíèè ñïåêòðà èñòî÷íèêà. Þñòèðîâêà óì-

íîæèòåëÿ è îáðàçöà ïðîèçâîäèëàñü òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû è ïàäàþ-

ùåå è îòðàæåííîå îò îáðàçöà èçëó÷åíèÿ ïîïàäàëè íà îäíó è òó æå

÷àñòü ôîòîêàòîäà.

Èçìåðåíèÿ â îáëàñòè ýíåðãèé âîçáóæäàþùåãî èçëó÷åíèÿ 3—14

ýÂ ïðîâîäèëèñü íà âàêóóìíîì ìîíîõðîìàòîðå ïî ñõåìå Ñåéÿ-Íàìèî-

êà (ðèñ. *). Èñòî÷íèêîì óëüòðàôèîëåòîâîé ðàäèàöèè ñëóæèëà âîäî-

ðîäíàÿ ïðîòî÷íàÿ ëàìïà ìîùíîñòüþ 200 Âò. Âîäîðîä ïîëó÷àëñÿ â

ýëåêòðîëèçåðå è ïîñëå î÷èñòêè è îñóøêè ïîñòóïàë ÷åðåç êàëèáðîâàí-

íûé íàòåêàòåëü â ëàìïó. Ñèñòåìà äèôôåðåíöèàëüíîé îòêà÷êè ìîíî-

õðîìàòîðà, îòêà÷èâàÿ âîäîðîä íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä âõîäíîé ùå-

ëüþ, äàâàëà âîçìîæíîñòü ïîääåðæèâàòü íåîáõîäèìûé âàêóóì â ïðè-

áîðå.

Ãàçîâûé ðàçðÿä â âîäîðîäå è èíåðòíûõ ãàçàõ èçëó÷àåò íå òîëüêî

îòäåëüíûå ñïåêòðàëüíûå ëèíèè, íî è íåïðåðûâíûé ñïåêòð (êîíòèíó-

óì), ðàñïîëîæåííûé â ÓÔ-îáëàñòè ñïåêòðà. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî

èìåííî â ýòîé îáëàñòè èñòî÷íèêè òåïëîâîãî èçëó÷åíèÿ íåäîñòàòî÷íî

ýôôåêòèâíû ââèäó òîãî, ÷òî êðèâàÿ Ïëàíêà áûñòðî ñïàäàåò â ñòîðîíó

êîðîòêèõ âîëí. Íàïðèìåð, èçëó÷àòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü ÷åðíîãî òåëà

ïðè

T =

4000 Ê ñ óìåíüøåíèåì äëèíû âîëíû îò 600 äî 100 íì ïàäàåò â

ðàç.

Âîäîðîäíûå ëàìïû [*] èçëó÷àþò íåïðåðûâíûé ñïåêòð â îáëàñòè

500—170 íì è ìíîãîëèíåé÷àòûé — â îáëàñòè 90—170 íì (ðèñ. *). Â

ýòîé îáëàñòè ñïåêòðà íàõîäèòñÿ êîíòèíóóì ðåêîìáèíàöèîííîãî èçëó-

÷åíèÿ àòîìîâ âîäîðîäà, ðàñïîëîæåííûé çà ãðàíèöåé áàëüìåðîâñêîé

ñåðèè, à òàêæå ìîëåêóëÿðíîå íåïðåðûâíîå èçëó÷åíèå, âîçíèêàþùåå

ïðè ïåðåõîäàõ ìîëåêóë

â íåóñòîé÷èâîå ñîñòîÿíèå ñ ïîñëåäóþùåé

äèññîöèàöèåé è çàõâàòîì ñâîáîäíîãî ýëåêòðîíà. Ìíîãîëèíåé÷àòûé

ñïåêòð â îáëàñòè 90—170 íì âûçâàí ýëåêòðîííûìè ïåðåõîäàìè â ìî-

ëåêóëå

. Ïðè õîðîøåì ðàçðåøåíèè ñïåêòðàëüíîãî ïðèáîðà ñïåêòð

âîäîðîäíîé ëàìïû â ýòîé îáëàñòè èìååò âèä îòäåëüíûõ ëèíèé, à ïðè

ïëîõîì ðàçðåøåíèè — øèðîêèõ ïîëîñ.

Ðèñ. *. Ãàçîðàçðÿäíûå èñòî÷íèêè ÂÓÔ-èçëó÷åíèÿ: à — ñïåêòðà-

ëüíàÿ èíòåíñèâíîñòü ñâå÷åíèÿ ïðîòî÷íîé âîäîðîäíîé ëàìïû; á —

êîíòèíóóìû èíåðòíûõ ãàçîâ

Ëàìïû ñ ãåëèåì, íåîíîì, àðãîíîì, êðèïòîíîì è êñåíîíîì äàþò

êîíòèíóóìû, ñìåùåííûå â êîðîòêîâîëíîâóþ îáëàñòü (äî 21 ýÂ ó He).

Ýòè ñïåêòðû âîçíèêàþò ïðè ýëåêòðîííûõ ïåðåõîäàõ â ìîëåêóëÿðíûõ

îáðàçîâàíèÿõ èíåðòíûõ ãàçîâ, ñóùåñòâóþùèõ â ðàçðÿäå, â ðåçóëüòà-

òå ÷åãî ìîëåêóëà îêàçûâàåòñÿ â íåóñòîé÷èâîì ñîñòîÿíèè è

§ 32. Òåõíèêà èçìåðåíèÿ ñ ëàáîðàòîðíûìè èñòî÷íèêàìè èçëó÷åíèÿ 395

äèññîöèèðóåò ñ ïîñëåäóþùåé ðåêîìáèíàöèåé. Ñ óâåëè÷åíèåì ìàññû

àòîìà íåïðåðûâíûé ñïåêòð ñìåùàåòñÿ â ñòîðîíó äëèííûõ âîëí â ñî-

îòâåòñòâèè ñî ñìåùåíèåì ãðàíèö ñåðèé èîíîâ èíåðòíûõ ãàçîâ. Íåïðå-

ðûâíûå ñïåêòðû â èíåðòíûõ ãàçàõ âîçáóæäàþòñÿ â ìîùíîì âûñîêî-

÷àñòîòíîì èëè èìïóëüñíîì ðàçðÿäå ïðè äàâëåíèè ïîðÿäêà 10—100

ìì ðò. ñò. Âèä ïîëó÷àåìîãî ñïåêòðà íåñêîëüêî çàâèñèò îò ìåòîäà âîç-

áóæäåíèÿ.

Ñïåêòð ëàìïû çà âûõîäíîé ùåëüþ ðåãèñòðèðîâàëñÿ ïî ñâå÷åíèþ

ñàëèöèëàòà íàòðèÿ, îáëàäàþùåãî â óêàçàííîé îáëàñòè âîçáóæäåíèÿ

ïîñòîÿííûì êâàíòîâûì âûõîäîì. Îáðàçåö â êðèîñòàòå ïîìåùàëñÿ òà-

êèì îáðàçîì, ÷òîáû ÷àñòü âîçáóæäàþùåãî èçëó÷åíèÿ ïîïàäàëà íà

îêíî ñ íàíåñåííûì íà íåãî ñàëèöèëàòîì íàòðèÿ. Ýòî äåëåíèå ëó÷à íà

âûõîäå ïðèáîðà ïîçâîëÿëî ðåãèñòðèðîâàòü èçëó÷åíèå îáðàçöà è èí-

òåíñèâíîñòü ìîíîõðîìàòè÷åñêîãî âîçáóæäàþùåãî èçëó÷åíèÿ îäíî-

âðåìåííî. Ðåãèñòðàöèÿ ïðîèçâîäèëàñü äâóìÿ ôîòîýëåêòðîííûìè óì-

íîæèòåëÿìè, ñèãíàëû ñ êîòîðûõ ïîñëå óñèëèòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà

ïîäàâàëèñü íà ñàìîïèøóùèå ïîòåíöèîìåòðû ÝÏÏ-09. Ïåðåä ÔÝÓ,

ðåãèñòðèðóþùèì èçëó÷åíèå îáðàçöà, ïîìåùàëèñü ôèëüòðû ëèáî,

óñòàíàâëèâàëñÿ ìîíîõðîìàòîð ÇÌÐ-2.

Áûëà ó÷òåíà ðàçëè÷íàÿ ãåîìåòðèÿ ðàñïîëîæåíèÿ èññëåäóåìîãî

îáðàçöà ñðàâíåíèÿ. Îòíîøåíèå èíòåíñèâíîñòåé äâóõ ñèãíàëîâ, èçìå-

ðåííûõ îäíîâðåìåííî, îñòàâàëîñü ïîñòîÿííûì íà âñåõ äëèíàõ âîëí,

ò. å. îïòè÷åñêîå äåëåíèå íå âíîñèëî äîïîëíèòåëüíûõ îøèáîê.

×òîáû èçáåæàòü íàëîæåíèÿ ïîðÿäêîâ, íà âûõîäå ìîíîõðîìàòîðà

Ñåéÿ-Íàìèîêà ââîäèëñÿ ôèëüòð èç ôòîðèñòîãî ëèòèÿ. Êîíñòðóêöèÿ

îêíà èç LiF áûëà òàêîâà, ÷òî îáåñïå÷èâàëà âàêóóìíîå ðàçäåëåíèå

êðèîñòàòà è ìîíîõðîìàòîðà. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî èñïîëüçîâàëîñü

íàìè â èçìåðåíèÿõ ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ, ÷òîáû íå äîïóñòèòü

îñàæäåíèÿ ìàñëà âàêóóìíûõ íàñîñîâ íà îáðàçöå.

Ýêðàí ñ ñàëèöèëàòîì íàòðèÿ, ïîìåùåííûé ïåðåä âòîðûì îêíîì

êðèîñòàòà, äàâàë âîçìîæíîñòü èçìåðÿòü ñïåêòðû îòðàæåíèÿ ëó÷à îò

ìîíîêðèñòàëëà ïîä óãëîì 11

. Äëÿ êîíòðîëÿ áûë èçìåðåí ñïåêòð

îòðàæåíèÿ îò ñâåæåãî ñêîëà ìîíîêðèñòàëëà ÊÑl. Ðåçóëüòàòû äàëè

õîðîøåå ñîâïàäåíèå ñî ñïåêòðàìè KCl, ïîëó÷åííûìè äðóãèìè

àâòîðàìè.

396 Ãëàâà 5. Òåõíèêà îïòè÷åñêèõ èçìåðåíèé â ÂÓÔ-îáëàñòè ñïåêòðà

§ 33 Ñèíõðîòðîíû è íàêîïèòåëè êàê èñòî÷íèêè

èçëó÷åíèÿ

Ñèíõðîòðîíû è ýëåêòðîííûå íàêîïèòåëüíûå êîëüöà ÿâëÿþòñÿ

èñòî÷íèêàìè ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ (ÑÈ), èñïîëüçóåìîãî äëÿ

ôóíäàìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé â òàêèõ îáëàñòÿõ ñïåêòðà, â êîòî-

ðûõ îòñóòñòâóþò äîñòàòî÷íî èíòåíñèâíûå èñòî÷íèêè òðàäèöèîííûõ

òèïîâ. Ýòî îòíîñèòñÿ, íàïðèìåð, ê ðåíòãåíîâñêîé, ìÿãêîé ðåíòãåíîâ-

ñêîé è âàêóóìíîé óëüòðàôèîëåòîâîé îáëàñòÿì ñïåêòðà. Ñèíõðîòðî-

íû è ýëåêòðîííûå (ïîçèòðîííûå) íàêîïèòåëüíûå êîëüöà èñïóñêàþò

ñèëüíîå ýëåêòðîìàãíèòíîå èçëó÷åíèå, îáëàäàþùåå íåïðåðûâíûì

ñïåêòðîì, ïðîñòèðàþùèìñÿ îò èíôðàêðàñíîé äî ðåíòãåíîâñêîé îáëà-

ñòè, îñòðîíàïðàâëåííîå è èìåþùåå âûñîêóþ ñòåïåíü ïîëÿðèçàöèè.

Áëàãîäàðÿ ýòèì ñâîéñòâàì ÑÈ ñòàëî âàæíûì èíñòðóìåíòîì èññëåäî-

âàíèÿ â ôèçèêå òâåðäîãî òåëà, àòîìíîé è ìîëåêóëÿðíîé ôèçèêå, ðà-

äèàöèîííîé õèìèè è ôîòîõèìèè, ìîëåêóëÿðíîé áèîëîãèè è â äðóãèõ

îáëàñòÿõ íàóêè è òåõíèêè. Ìíîãîîáåùàþùèì ÿâëÿåòñÿ ïðèìåíåíèå

ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ äëÿ èññëåäîâàíèÿ âûñîêîýíåðãè÷íûõ âîç-

áóæäåíèé â ôèçèêå è õèìèè. Áëàãîäàðÿ âûñîêîé èíòåíñèâíîñòè è ïî-

ëÿðèçàöèè ïî ñðàâíåíèþ ñ èçëó÷åíèåì ðåíòãåíîâñêèõ òðóáîê, ÑÈ îò-

êðûâàåò íîâûå âîçìîæíîñòè èññëåäîâàíèé â áûñòðî ðàçâèâàþùèõñÿ

îáëàñòÿõ ñîâðåìåííîé íàóêè, îñîáåííî ìîëåêóëÿðíîé áèîëîãèè, ôè-

çèêå ïîâåðõíîñòè, ôèçèêå ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ è äðóãèõ îáëàñòÿõ.

ÑÈ èãðàåò âàæíóþ ðîëü â íåëèíåéíîé îïòèêå (íàêà÷êà ëàçåðîâ ñèí-

õðîòðîííûì èçëó÷åíèåì, ðàçðàáîòêà ëàçåðîâ íà ñâîáîäíûõ ýëåêòðî-

íàõ è ò.ä.). Èíòåíñèâíîå ðàçâèòèå â ïîñëåäíåå âðåìÿ ïîëó÷àþò âàæ-

íûå òåõíîëîãè÷åñêèå ïðèìåíåíèÿ ÑÈ, â ÷àñòíîñòè, â ðåíòãåíîâñêîé

ëèòîãðàôèè äëÿ ìèêðîýëåêòðîíèêè è äðóãèõ îáëàñòÿõ (Êóíö).

33.1 Ñâîéñòâà ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ, âàæíûå äëÿ

ïðèìåíåíèé

Â ýòîì ðàçäåëå ìû îïèøåì ñâîéñòâà ÑÈ, êîòîðûå íàèáîëåå âàæ-

íû äëÿ ïðàêòè÷åñêèõ ïðèìåíåíèé. ÑÈ óëüòðàðåëÿòèâèñòñêîãî ýëåêò-

ðîíà áëàãîäàðÿ ðåëÿòèâèñòñêèì ýôôåêòàì ÿâëÿåòñÿ îñòðîíàïðàâëåí-

íûì (Èâàíåíêî, Øâèíãåð, Òåðíîâ). Îíî ñîñðåäîòî÷åíî â ïëîñêîñòè

îðáèòû óñêîðèòåëÿ è â êàæäûé ìîìåíò çàêëþ÷åíî â êîíóñå ñ óãëîì

ðàñòâîðà

θγ= 1

âáëèçè êàñàòåëüíîé, ãäå

γ=Emc

—

ðåëÿòèâèñòñêèé ôàêòîð èçëó÷àþùåãî ýëåêòðîíà. Áëàãîäàðÿ âûñîêîé

íàïðàâëåííîñòè, èçëó÷åíèå ïðèõîäèò â òî÷êó íàáëþäåíèÿ â âèäå êî-

ðîòêîãî èìïóëüñà äëèòåëüíîñòüþ

∆τ ω γ=1

, ãäå

ωπ

2= cR

— ÷àñòî-

òà îáðàùåíèÿ ýëåêòðîíà ïî îðáèòå. Ýôôåêò Äîïëåðà ïðèâîäèò ê

òîìó, ÷òî ìàêñèìóì ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ íå ïðèõîäèòñÿ íà ÷àñòîòó

, à ñìåùåí â îáëàñòü áîëåå âûñîêèõ ÷àñòîò:

∆∆ ∆t =− ≈ =

−

τβθτγ

ωγ

(cos)1

ãäå

∆t

— âðåìÿ, â òå÷åíèå êîòîðîãî íàáëþäàòåëü âèäèò èìïóëüñ ÑÈ

îò ýëåêòðîíà,

— óãîë íàáëþäåíèÿ, à

β=vc

. Îòñþäà ñëåäóåò åñòåñò-

âåííûé âûâîä î òîì, ÷òî ìàêñèìóì èçëó÷åíèÿ ñìåùàåòñÿ â îáëàñòü

âûñîêèõ ÷àñòîò

ωωγ~( ) ~∆t

−1

è êðèòè÷åñêàÿ äëèíà âîëíû èçëó÷åíèÿ ðàâíà

0 559

Äëèíà âîëíû

λλ

max

,=042

, îïðåäåëÿþùàÿ ìàêñèìóì ñïåêòðàëüíîãî

ðàñïðåäåëåíèÿ èçëó÷åíèÿ, ìîæåò áûòü îöåíåíà êàê

max

,=0 254

ãäå ðàäèóñ îðáèòû

âûðàæåí â ìåòðàõ, ýíåðãèÿ

èçìåðÿåòñÿ â ÃýÂ,

— â íàíîìåòðàõ. Äàæå òàêîé óïðîùåííûé àíàëèç, ïðîâåäåííûé

Ãóäâèíîì, 1969 â îáçîðíîé ñòàòüå, äàåò äâå âàæíåéøèõ õàðàêòåðè-

ñòèêè ÑÈ: óãëîâóþ ðàñõîäèìîñòü èçëó÷åíèÿ è äëèíó âîëíû èçëó÷å-

íèÿ â ìàêñèìóìå ñïåêòðà.

Ìãíîâåííàÿ ìîùíîñòü

I(, )λψ

, ïðîõîäÿùàÿ ÷åðåç óãîë â îäèí ðà-

äèàí è ïðèõîäÿùàÿñÿ íà åäèíèöó äëèíû âîëíû, èçëó÷àåìàÿ îäíèì

ýëåêòðîíîì ñ ýíåðãèåé

, äâèæóùèìñÿ ïî êðóãîâîé îðáèòå, ìîæåò

áûòü âû÷èñëåíà ñ ïîìîùüþ óðàâíåíèÿ

()

[]I

(, ) ( )

()

(

λψ

λλγ γψ

γψ

=+×

×+

γψ

)

() ,













(33.1)

ãäå

— óãîë ìåæäó íàïðàâëåíèåì èçëó÷åíèÿ è ïëîñêîñòüþ îðáèòû,

—ìîäèôèöèðîâàííàÿ ôóíêöèÿ Áåññåëÿ ñ àðãóìåíòîì

398 Ãëàâà 5. Òåõíèêà îïòè÷åñêèõ èçìåðåíèé â ÂÓÔ-îáëàñòè ñïåêòðà

()

[]ξλλ γψ=+

()

. Ñ ïîìîùüþ ýòîãî óðàâíåíèÿ ìîæíî ðàññ÷è-

òàòü êàê ñïåêòðàëüíîå, òàê è óãëîâîå ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè

ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ. Äëÿ ñïåêòðàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ èçëó-

÷åíèÿ îäíîãî ýëåêòðîíà ìîæíî ïîëó÷èòü ñëåäóþùåå âûðàæåíèå:

Gy() ()λ

γ=

52 2

, (33.2)

ãäå

γλλ=

Gy y d

() ()=

∞

∫

K ηη

Ïîäñòàâëÿÿ â íåãî çíà÷åíèå êðèòè÷åñêîé äëèíû âîëíû

RE=0 559

, ìîæíî ïîëó÷èòü áîëåå êîìïàêòíîå âûðàæåíèå äëÿ

îöåíêè ïîëíîé èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ ýëåêòðîíà âî âñåõ íàïðàâ-

ëåíèÿõ:

IEGy

() , ()λλ=⋅

−

488 10

Ïåðåõîäÿ ê ýíåðãèè ôîòîíîâ, ìîæíî ïîëó÷èòü ÷èñëî ôîòîíîâ,

èñïóñêàåìûõ çà ñåêóíäó â ñïåêòðàëüíóþ îáëàñòü â 1 íì, â 1 ìèëëèðà-

äèàí êîëüöåâûì òîêîì ýëåêòðîíîâ â 1 ìèëëèàìïåð:

NyGyE() , ()λλ=⋅

−−

246 10

13 2 1

Êðèâàÿ ñïåêòðàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ÑÈ íàïîìèíàåò äëÿ ìîíî-

ýíåðãåòè÷åñêèõ ýëåêòðîíîâ, ïî âèäó íàïîìèíàåò êðèâóþ Ïëàíêà äëÿ

èçëó÷åíèÿ àáñîëþòíî ÷åðíîãî òåëà (äëÿ êîòîðîé

max

,T =⋅2 896 10

ãäå äëèíà âîëíû ìàêñèìóìà

max

âûðàæåíà â íàíîìåòðàõ, à òåìïåðà-

òóðà ÷åðíîãî òåëà

— â ãðàäóñàõ Êåëüâèíà). Ìîùíîñòü ÑÈ

äëÿ

ðàçëè÷íûõ ýíåðãèé ýëåêòðîíîâ ïðèâåäåíà íà ðèñ. *. Ïîëüçóÿñü òàêèì

ñðàâíåíèåì, ñèíõðîòðîí ÄÝÇÈ ñ

=0 082,

íì ïîäîáåí ÷åðíîìó òåëó

ñ òåìïåðàòóðîé îêîëî

Ê, à ñèíõðîòðîí ÔÈÀÍ íà 680 ÌýÂ — îêî-

ëî

15 10

, ⋅

Ê. Äðóãèìè íàçåìíûìè èñòî÷íèêàìè, îáëàäàþùèìè òà-

êèì ñïåêòðîì, ìîãóò áûòü òîëüêî âûñîêîòåìïåðàòóðíàÿ ïëàçìà è

ÿäåðíûé âçðûâ — íàìíîãî ìåíåå óäîáíûå èñòî÷íèêè äëÿ ñïåêòðîñêî-

ïè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé.

Ðèñ. *. Ðàññ÷èòàííàÿ èçëó÷àåìàÿ ìîùíîñòü

ÑÈ â

ýðã ñåê

-Å â

çàâèñèìîñòè îò äëèíû âîëíû (â Å ) ïðè ðàçëè÷íûõ ýíåðãèÿõ ýëåêòðî-

íà (â ÃýÂ)

Óðàâíåíèå (33.2) ìîæåò áûòü òàêæå èñïîëüçîâàíî äëÿ ðàñ÷åòà

ïîòåðü ýíåðãèè îäíîãî ýëåêòðîíà íà îáîðîò:

∆EER≈ 88 5

ãäå

∆E

âûðàæåíî â ÊýÂ,

— â ÃýÂ, à

— â ìåòðàõ.

§ 33. Ñèíõðîòðîíû è íàêîïèòåëè êàê èñòî÷íèêè èçëó÷åíèÿ 399

Àäî è ×åðåíêîâ 1956 îäíèìè èç ïåðâûõ èññëåäîâàëè ñïåêòðàëü-

íîå ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè ÑÈ. Ðåçóëüòàòû ýòèõ ýêñïåðèìåí-

òîâ, ïðîâåäåííûå â âèäèìîé îáëàñòè ñïåêòðà äëÿ ýíåðãèé ýëåêòðîíîâ

â 150, 225 è 250 ÌýÂ, îêàçàëèñü â õîðîøåì ñîãëàñèè ñ òåîðåòè÷åñêè-

ìè ïðåäñêàçàíèÿìè.

Ýêñïåðèìåíò, â ñîîòâåòñòâèè ñ òåîðèåé, ïîêàçàë, ÷òî ëèíåéíî-

ïîëÿðèçîâàííàÿ êîìïîíåíòà, ýëåêòðè÷åñêèé âåêòîð êîòîðîé ïåðïåí-

äèêóëÿðåí ïëîñêîñòè îðáèòû (

-êîìïîíåíòà) èìååò õàðàêòåðíîå óã-

ëîâîå ðàñïðåäåëåíèå ñ ìèíèìóìîì â ïëîñêîñòè îðáèòû (ðèñ. *). Êîì-

ïîíåíòà ñ ýëåêòðè÷åñêèì âåêòîðîì â ïëîñêîñòè îðáèòû (

-êîìïîíåí-

òà), íàîáîðîò, èìååò ìàêñèìóì â ïëîñêîñòè îðáèòû. Èçëó÷åíèå âáëè-

çè ïëîñêîñòè îðáèòû ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ ëèíåéíî ïîëÿðèçîâàíî

(ýêñïåðèìåíò ïîêàçûâàåò, ÷òî ïðîâàë â óãëîâîì ðàñïðåäåëåíèè

êîìïîíåíòû íå äîñòèãàåò íóëÿ). Ïðè âûäåëåíèè èçëó÷åíèÿ â ïëîñêî-

ñòè îðáèòû ìîæíî ïîëó÷èòü ëèíåéíî-ïîëÿðèçîâàííûé ñâåò ñî ñòåïå-

íüþ ïîëÿðèçàöèè äî 98%. Äàæå ïîñëå óñðåäíåíèÿ ïî âñåì óãëàì è

äëèíàì âîëí ñòåïåíü ëèíåéíîé ïîëÿðèçàöèè îñòàåòñÿ î÷åíü âûñîêîé

— ïîðÿäêà 75%. Ñòåïåíü ïîëÿðèçàöèè, êîòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ ôóíêöèåé

äëèíû âîëíû è óãëà, ìîæåò áûòü âû÷èñëåíà èç ñîîòíîøåíèÿ

[]

(, )

() ()

()

λψ

γψ γψ

γψ

σπ

−

+−

K +()γψ

Èñïîëüçóåìûå â ýòîì óðàâíåíèè îáîçíà÷åíèÿ àíàëîãè÷íû èñïî-

ëüçóåìûì â óðàâíåíèè (33.1).

Ô.À.Êîðîëåâ è Î.Ô.Êóëèêîâ (Êîðîëåâ, Êóëèêîâ, 1960 è Êîðî-

ëåâ è äð., 1962) è èõ ñîàâòîðû áûëè ïèîíåðàìè â èññëåäîâàíèè çàâè-

ñèìîñòè ïîëÿðèçàöèè ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ îò óãëà. Íà ñèíõðî-

òðîíå ÔÈÀÍ èì. Ï.Í.Ëåáåäåâà íà 280 ÌýÂ îíè ïîëó÷èëè ôîòîãðà-

ôèè óãëîâîãî ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè ëèíåéíî ïîëÿðèçîâàí-

íîé êîìïîíåíòû ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ ïðè ðàçëè÷íûõ ýíåðãèÿõ

ýëåêòðîíîâ âïëîòü äî 250 ÌýÂ.

Âðåìåííàÿ ñòðóêòóðà ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ çàâèñèò îò ìà-

øèíû. Â ñèíõðîòðîíàõ ÷àñòîòà ïîâòîðåíèÿ öèêëà óñêîðåíèÿ ÷àñòî

ðàâíà 50 Ãö, ÷òî îïðåäåëÿåò ÷àñòîòó ïîâòîðåíèÿ ïàêåòîâ èìïóëüñîâ

ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ. Ýòè ïàêåòû âíóòðè èìåþò èìïóëüñíóþ

ñòðóêòóðó ñ ÷àñòîòîé, ðàâíîé ÷àñòîòå âðàùåíèÿ ýëåêòðîíîâ ïî îðáèòå

ωπ

2= cR

. Äëèíà ñãóñòêà ýëåêòðîíîâ (áàí÷à) îïðåäåëÿåò äëèòåëü-

íîñòü ýòèõ èìïóëüñîâ, êîòîðàÿ äîñòèãàåò ñîòåí ïèêîñåêóíä. Åñëè íà

îðáèòå íàõîäèòñÿ îäíîâðåìåííî íåñêîëüêî áàí÷åé, ÷àñòîòà ïîâòîðå-

íèÿ êðàòíà ÷àñòîòå âðàùåíèÿ

′=ωωN

, ãäå

— ÷èñëî áàí÷åé.

Â íàêîïèòåëüíûõ êîëüöàõ ýëåêòðîíû óäåðæèâàþòñÿ íà îðáèòå â

òå÷åíèå ÷àñîâ. Äëÿ ýòèõ ìàøèí âàæíûìè ïàðàìåòðàìè ÿâëÿþòñÿ äëè-

íà áàí÷à, ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå êîòîðîé äîñòèãàåò íåñêîëüêèõ

400 Ãëàâà 5. Òåõíèêà îïòè÷åñêèõ èçìåðåíèé â ÂÓÔ-îáëàñòè ñïåêòðà

ñàíòèìåòðîâ (÷òî îïðåäåëÿåò äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà ïîðÿäêà 100

ïñ), ÷èñëî áàí÷åé íà îðáèòå è ïåðèîä îáðàùåíèÿ ýëåêòðîíîâ ïî îðáè-

òå. Èíòåíñèâíîñòü èìïóëüñîâ ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ ìåäëåííî

ñïàäàåò èç-çà ïîòåðü ÷àñòèö ïðè èõ äâèæåíèè ïî îðáèòå.

Î÷åâèäíî, íàêîïèòåëüíûå êîëüöà îáëàäàþò áîëüøèìè ïðåèìó-

ùåñòâàìè ïåðåä ñèíõðîòðîíàìè êàê èñòî÷íèêè ÑÈ, â ÷àñòíîñòè, ïî

òîé ïðè÷èíå, ÷òî â òå÷åíèå âñåãî ðàáî÷åãî ðåæèìà (ïîñëå íàêîïëå-

íèÿ) ÑÈ èñïóñêàåòñÿ ìîíîýíåðãåòè÷åñêèìè ýëåêòðîíàìè. Â îòëè÷èå

îò íàêîïèòåëüíûõ êîëåö, íà ñèíõðîòðîíàõ ïðèõîäèòñÿ èç âñåãî öèê-

ëà íàêîïëåíèÿ âûäåëÿòü ñ ïîìîùüþ ìåõàíè÷åñêîãî ìîäóëÿòîðà âðå-

ìåííîå îêíî, (äëèòåëüíîñòüþ ïîðÿäêà 5 ìñ ïðè ÷àñòîòå ðàáîòû ñèí-

õðîòðîíà 50 Ãö), â òå÷åíèå êîòîðîãî ýëåêòðîíû ïðåäïîëàãàþòñÿ ìî-

íîýíåðãåòè÷íûìè. Ýòî òðåáîâàíèå ñóùåñòâåííî ñíèæàåò ýôôåêòèâ-

íîñòü ñèíõðîòðîíîâ êàê èñòî÷íèêîâ ÑÈ.

Íàêîïèòåëè ýëåêòðîíîâ êàê èñòî÷íèêè ÑÈ èìåþò ïåðåä ñèíõðî-

òðîíàìè è äðóãèå ïðåèìóùåñòâà, íàïðèìåð, ìåíüøåå ïîïåðå÷íîå ñå-

÷åíèå ýëåêòðîííîãî ñãóñòêà, âîçìîæíîñòü íàêîïëåíèÿ áîëüøîãî ÷èñ-

ëà ÷àñòèö íà îðáèòå, âûñîêèé âàêóóì (

9−

Òîð), íèçêèé óðîâåíü ôî-

íîâîãî èçëó÷åíèÿ âîêðóã íàêîïèòåëüíîãî êîëüöà, ÷òî äàåò âîçìîæ-

íîñòü ðàçìåùàòü îáîðóäîâàíèå â íåïîñðåäñòâåííîé áëèçîñòè îò èñ-

òî÷íèêà. Â êà÷åñòâå èñòî÷íèêîâ ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ ñèíõðî-

òðîíû ñûãðàëè âàæíóþ èñòîðè÷åñêóþ ðîëü â ðàçâèòèè è ïðèìåíåíèè

ÑÈ — áëàãîäàðÿ íèì áûëî îòêðûòî ñèíõðîòðîííîå èçëó÷åíèå, îíè

èñïîëüçîâàëèñü äëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî èçó÷åíèÿ åãî ñâîéñòâ, è åùå

ñåé÷àñ îíè èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ýêñïåðèìåíòîâ ñ ÑÈ. Áóäóùåå, îäíàêî,

ïðèíàäëåæèò íàêîïèòåëüíûì êîëüöàì — îíè ñåé÷àñ èñïîëüçóþòñÿ

êàê ñïåöèàëèçèðîâàííûå èñòî÷íèêè ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ. Â

òàáëèöå 5.1 ïåðå÷èñëåíû õàðàêòåðèñòèêè ðàáîòàþùèõ â íàñòîÿùåå

âðåìÿ èñòî÷íèêîâ ÑÈ (ñèíõðîòðîíîâ è íàêîïèòåëüíûõ êîëåö) â Ðîñ-

ñèè.

33.2 Ïðåèìóùåñòâà ïðèìåíåíèÿ èñòî÷íèêîâ ñèíõðîòðîííîãî

èçëó÷åíèÿ äëÿ ñïåêòðîñêîïèè

Ñóììèðóÿ èçëîæåííîå âûøå â ýòîé ãëàâå, íåîáõîäèìî óêàçàòü,

÷òî ïðåèìóùåñòâà ïîòåíöèàëüíîãî èñïîëüçîâàíèÿ ÑÈ â êà÷åñòâå èí-

ñòðóìåíòà èññëåäîâàíèÿ, îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùèì ñî÷åòàíèåì

ñâîéñòâ ýòîãî èçëó÷åíèÿ (ñì., íàïðèìåð, Êóëèïàíîâ è Ñêðèíñêèé,

1977):

1) ÑÈ, ïî-âèäèìîìó, ÿâëÿåòñÿ åäèíñòâåííûì èñòî÷íèêîì èçëó-

÷åíèÿ, êîòîðûé èìååò ïðèåìëåìóþ èíòåíñèâíîñòü â îáëàñòè 20—50

íì, è êîòîðûé íå óñòóïàåò ïî èíòåíñèâíîñòè èñòî÷íèêàì ñ ëèíåé÷à-

òûì ñïåêòðîì â îáëàñòè 50—150 íì. Â êîðîòêîâîëíîâîé îáëàñòè

ÂÓÔ-äèàïàçîíà è â îáëàñòè ÓÌÐ èíòåíñèâíîñòü ÑÈ îò ýëåêòðîíîâ ñ

ýíåðãèåé ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ ÃýÂ íà íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ âåëè÷èíû

§ 33. Ñèíõðîòðîíû è íàêîïèòåëè êàê èñòî÷íèêè èçëó÷åíèÿ 401