Молекулярен лъч
Атомният лъч и молекулярният лъч са важни методи за изследване на структурата на атомите и молекулите и взаимодействието на атомите и молекулите с други вещества. Разстоянията между атомите или молекулите в твърди тела, течности и плътни газове са малки и има сложни взаимодействия. Трудно е да се изследват свойствата на изолирани молекули. Разстоянието между молекулите в редките газове е голямо и взаимодействието става по-слабо с намаляване на налягането. Случайното движение на молекулите обаче затруднява откриването и изучаването на самите молекули. В атомните или молекулните лъчи атомите или молекулите се движат в добре подравнена посока и взаимодействието между тях може да бъде игнорирано. Следователно лъчът може да се разглежда като съвкупност от движещи се изолирани атоми или молекули, които могат да се използват за изследване на молекули, природата на самия атом и взаимодействието на молекули, атоми и други частици. Този тип изследвания са много важни за някои области на атомната и молекулярната физика, динамиката на газовите лазери, физиката на плазмата, динамиката на микрохимичните реакции, космическата физика, астрофизиката и биологията. В допълнение, атомните лъчи и молекулярните лъчи също могат да се използват за изследване на повърхността и твърдата структура на обекти.
Поколение
Експерименталното устройство за атомни и молекулярни лъчи може грубо да бъде разделено на три части: атомен или молекулярен източник на колимиран лъч, експериментална зона и детектор. Прост атомен лъч или източник на молекулен лъч е запечатана газова камера, наречена камера източник с колимиращ отвор, и атомите или молекулите се изхвърлят от колимиращия отвор. На определено разстояние, обърнато към малкия отвор на източника на лъч, се поставя друга тръба с малък отвор, за да колимира лъча, наречена острилка, и само молекулите, преминаващи през отвора на тръбата, могат да влязат в експерименталната зона. За твърдо вещество с много ниско налягане на парите при стайна температура, то може да се нагрее, за да се изпари, а вътрешното налягане на парите може да се контролира чрез регулиране на температурата на камерата източник. Атомите или молекулите, излъчени от камерата на източника, генерират лъчи в съседната експериментална зона с висок вакуум. Средната скорост на атомите и молекулите на лъча е около 10 cm/s. Йоните, произведени от източника на йони, също могат да бъдат ускорени и фокусирани от електрическо поле и се добавят електрони, за да се получи по-високоскоростен атомен или молекулен лъч. Скоростта на атомите или молекулите може да достигне 10 cm/s или по-висока и те са във възбудено състояние. Налягането на парите в пещта обаче не е високо и потокът от атомни и молекулярни лъчи не е висок. Ако искате да получите молекулярен лъч с висока интензивност, можете да накарате газа от зоната с високо налягане да премине през микродюзата, да се разшири адиабатично във вакуумната камера и да образува ултразвуков молекулярен лъч. Чрез този процес част от вътрешната енергия на молекулите се преобразува в кинетична енергия за насочена транслация, молекулите се охлаждат и интензитетът на молекулярния лъч също се увеличава.
Откриване
Методът на повърхностна йонизация може да се използва за откриване на атоми и молекулярни лъчи. Когато лъчът се използва за бомбардиране на металната повърхност, атомите с нисък йонизационен потенциал в лъча губят електрони и стават положителни йони поради сблъсъци. . Броят на атомите или молекулите може да бъде открит чрез измерване на йонния ток. Броят на частиците в лъча може също да бъде открит от вторичния електронен лъч, генериран, когато частиците на лъча с по-висока енергия бомбардират твърдата повърхност. Когато токът на лъча е много слаб, броенето на импулси с електронен умножител може значително да подобри чувствителността на откриване. Експерименталната зона и детекторната част обикновено са във висок вакуум.
Приложение
Тъй като когато лазерният лъч на лазера с честотна модулация пресича атомния и молекулния лъч, атомите или молекулите в лъча могат да бъдат селективно възбудени до специфично възбудено състояние, включително молекули. Възможно е да се изследват различни видове напречни сечения на сблъсъци, потенциали на взаимодействие и химични реакции, когато атомите или молекулите са в определено възбудено състояние. Това е нова и голяма изследователска област.
Чрез каскадното възбуждане на лазери с различни честоти, атомите в лъча могат също да бъдат възбудени до силно възбудени състояния и самойонизирани състояния, така че да се изследват свойствата на тези състояния. Вероятността за полева йонизация и самойонизация на този вид атомно състояние е много висока (близо до 1) и йоните, произведени от йонизацията, могат да бъдат преброени. Следователно, той може да бъде открит, докато атомите могат да бъдат превърнати в йони. След предприемане на определени мерки за подобряване на чувствителността и премахване на фоновия шум при откриването, откриването на единичен атом може да бъде реализирано.
Когато молекулата има магнитен или електрически диполен момент, ориентацията на диполния момент може да бъде избрана чрез взаимодействието на външното магнитно поле и електрическото поле и диполния момент, така че атомите и молекулите с различни диполни моменти да са разделени в пространството. Чрез приемането на тази мярка могат да се извършат прецизни атомни и молекулярно-лъчеви спектроскопични експерименти, магнитният момент на ядрото може да бъде точно измерен и могат да се разработят стандарти за измерване на честотата или времето на атомите и молекулите.
Когато се използва нисък интензитет на тока на атоми, молекулярни лъчи и лъчи, разширяването на сблъсъка на атомните и молекулярните спектрални линии може да бъде игнорирано (виж разширяване на спектралната линия); може също да се използва селективна наситена абсорбция и сдвояване Методът на двуфотонния преход на полето на стояща вълна допълнително елиминира доплеровото разширяване на атомните и молекулните спектрални линии, което позволява изследването на спектрите и енергийните нива на свободните атоми и молекули с изключително висока прецизност. С някои подходящи уредби той може също така да измерва отместванията на Lamb, да проверява квантовата електродинамика и да определя някои основни физически константи.