3.11. Вакуумная спектроскопия

Вакуумная спектроскопия – спектроскопия коротковолновой уль- трафиолетовой области и мягких рентгеновских лучей (длиной волны 200–0,4 нм).

Излучение в этом диапазоне длин волн сильно поглощается в воз- духе, поэтому в вакуумной спектроскопии спектральный прибор, при- ѐмник и источник излучения помещают в герметическую камеру, из ко- торой откачан воздух до давления 10

-2 –10

-3 н/м

2 ). Камеру часто напол-

няют инертными газами (например, гелием), которые не поглощают из- лучение. Источником излучения в вакуумной спектроскопии служит высоковольтная вакуумная искра, работающая при напряжении 50 кВ и искровом промежутке около 1 мм. Установка, создающая искру, поме- щена в одной камере со спектральным прибором. Кроме того, в качестве источников излучения в вакуумной спектроскопии используют газовые разряды, электрические искры, рентгеновские трубки, а также плазму, образующуюся в вакууме при фокусировке мощного импульсного ла- зерного излучения на твердую мишень.

Важным способом получения спектров в вакуумной спектроскопии является пучково-пленочный метод, в котором атомные или ионные спектры возбуждаются при прохождении через тонкую фольгу пучка быстрых ионов.

Приборы и методы, применяемые в вакуумной спектроскопии, об- ладают особенностями, обусловленными непрозрачностью обычных оп- тических материалов для коротковолновой области. Для длин волн меньше 110 нм вместо приборов с обычными призмами и линзами при- меняют спектрографы с вогнутыми дифракционными решѐтками из стекла либо изогнутыми кристаллами (например, слюда), действующи- ми как дифракционная решѐтка. Такие решетки обладают как дисперги-

140

рующим, так и фокусирующим свойствами, и поэтому могут быть прак- тически единственными деталями спектрального прибора. Способы по- строения спектральных приборов могут быть различными, чаще всего используется схема, сочетающая в себе вращение дифракционной ре- шетки и ее перемещение вдоль биссектрисы угла, образованного лини- ями между вершиной решетки и входной и выходной щелями. В совре- менных приборах обеспечивается максимум потока излучения, мини- мальный астигматизм и поляризация, автоматическая фокусировка во всем рабочем диапазоне длин волн, автоматическая замена дифракци- онных решеток, работа в режиме спектрометра или спектрографа (рис. 3.70).

Рис. 3.70. Спектрометры McPherson 15 (слева) и McPherson 231 М4

Для регистрации спектров в вакуумной спектроскопии применяют- ся маложелатиновые фотоматериалы и фотоэлектрические приемники: фотодиоды, ионизационные камеры, счетчики фотонов, фотоумножите- ли. Для градуировочных целей в вакуумной спектроскопии используют- ся термопары.

Исследование спектров испускания и поглощения в ультрафиоле- товой области имеет большое значение для изучения строения внутрен- них электронных оболочек атома, систематики атомных и электронных молекулярных спектров, для расшифровки спектров звѐзд и туманно- стей. Особенно большое значение имеет вакуумная спектроскопия для физики высокотемпературной плазмы.

Контрольные вопросы

1. В чем состоят особенности спектрометрической аппаратуры для вакуумной спектроскопии?

2. Схема построения, основные характеристики спектрального при- бора.

141

3. Источники излучения в вакуумной спектроскопии. 4. Применение вакуумной спектроскопии.