Систематический обзор радиотехнических методов спектроскопических исследований вещества, составляющих основу новой области физики—.радиоспектроскопии, и полученных с помощью радиоспектроскопии ядерных и молекулярных характеристик. ^ ^
Основное внимание в книге уделено радиоспектроскопии» газов, затронуты также методы исследования жидкостей^ растворов и твёрдых веществ. у'"
Книга рассчитана на научных работников, аспирантов ц, студентов старших курсов вузов.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие редактора перевода.................. 7
Из предисловия авторов ...................... 10
Введение............................. 11
Глава 1. Аппаратура и экспериментальные методы...... 15
§ 1. Типы радиоспектроскопов................... 15
Спектроскопы с фиксированной частотой (16). Спектроскопы с качаемой частотой и видеоприёмником с кристаллическим детектором (16). Спектроскопы с качаемой частотой и радиочастотным приёмником (17). Спектрографы с автоматическим потенциометром и синхронным детектором (22). Методы атомных и молекулярных пучков (24). Спектрографы для наблюдения парамагнитного резонанса (25). Спектрограф для наблюдения эффекта Зеемана в газах (27).
§ 2. Сверхвысокочастотные детали................ 29
Волноводы (32). Волноводные изгибы, соединители и плавные переходы (35). Аттенюаторы (36). Согласователи (37). Направленные ответвители (37). Двойные согласованные тройники (40). Волноводные смесительные и приёмные детекторные головки (42). Детекторы (44). Поглощающие ячейки (48). Объёмные волномеры (51). Источники излучения (54).
§ 3. Электронные схемы..................... 63
Источники питания клистронов (63). Стабилизация частоты клистрона (66). Генераторы для электрической молекулярной модуляции (66). Низкочастотные усилители (70). Радиочастотные приёмники (70). Синхронные усилители (72).
§ 4. Чувствительность радиоспектроскопа............. 72
Минимально обнаруживаемый сигнал (72). Природа общего шум-фактора (75). Приложение к радиоспектроскопу с электрической молекулярной модуляцией (78). Квадратичный кристаллический детектор (80). Тепловые детекторы (82).
§ 5. Измерение ширины и интенсивности линий.......... 82
Измерение формы узких линий (83). Измерение относительных интенсивностей (86). Измерение абсолютных интенсивностей (86).
§ 6. Точное измерение частоты.................. 88
Абсолютное измерение частоты (88). Измерение разности частот (92).
Литература......................... 93
1*
Стр.
Глава 2. Сверхвысокочастотные спектры газов........ 96
§ 7. Электронные спектры.................... 96
Атомные спектры (96). Спектр кислорода (98). Свободные радикалы (101).
§ 8. Вращательные спектры молекул................101
Классическое рассмотрение (102). Двухатомные и линейные молекулы (104). Молекулы типа симметричного волчка (109). Молекулы типа асимметричного волчка (119).
§ 9. Переходы между уровнями /-удвоения.............136
§ 10. Инверсионные спектры....................138
§ 11. Спектры магнитного резонанса в газах............142
§ 12. Сверхтонкая структура....................146
Ядерные квадрупольные взаимодействия (147). Магнитная сверхтонкая структура (157). Относительные интенсивности (158). Литература.........................159
Глава 3. Эффекты Штарка и Зеемана.............163
§ 13. Введение..........................163
§ 14. Воздействие электрических полей...............165
Эффект Штарка в молекулах при отсутствии сверхтонкой структуры (165). Эффект Штарка в молекулах с ядерной квадру-польной связью (173).
§ 15. Воздействие магнитных полей.................180
Молекулы в состоянии Щ (180). Парамагнитные молекулы (187).
Относительные интенсивности (190).
Литература.........................190
Глава 4. Форма и интенсивность линий поглощения газов . . 192
§ 16. Коэффициент поглощения в диапазоне сверхвысоких частот . . 192
§ 17. Форма линий.......................... 195
Допплеровское расширение (195). Расширение линий вследствие
соударений (196).
§ 18. Эффект насыщения...................... 204
§ 19. Матричные элементы дипольного момента........... 207
§ 20. Населённость энергетических состояний.........-. . . 211
Функция распределения (212). Статистический вес (214).
§ 21. Интенсивность линий вращательных спектров молекул..... 219
Литература......................... 220
Глава 5. Спектры твердых тел и жидкостей.........222
§ 22. Парамагнитный резонанс...................222
Фактор спектроскопического расщепления (222). Действие поля кристалла (223). Характеристические энергии и частоты линий (226). Ширина линий (229). Соли элементов группы
железа (234). Редкоземельные элементы (244). Соли урана (245). Органические свободные радикалы (246). Облучённые кристаллы и аморфные вещества (247). Щелочные металлы в растворах (249). Электроны проводимости в металлах (250). Сверхтонкая структура (250).
§ 23. Ферромагнитный резонанс.................. 257
§ 24. Ядерные квадрупольные спектры............... 263
§ 25. Поглощение сверхвысоких частот в жидкостях......... 268
Литература ......................... 270
Глава 6. Свойства ядер.................... 272
§ 26. Спины............................ 273
§ 27. Квадрупольные моменты ядер................ 275
§ 28. Магнитные моменты ядер.................. 281
§ 29. Атомные массы....................... 283
Литература......................... 286
Глава 7. Электрические свойства молекул..........287
§ 30. Ядерные квадрупольные связи в молекулах..........287
§ 31. Дипольные моменты.....................296
Измеренные величины (297). Природа молекулярных диполей (298).
§ 32. Квадрупольные моменты молекул...............303
§ 33. Вращательные магнитные моменты молекул..........306
Литература.........................307
Глава 8. Структуры молекул..................308
§ 34. Определение размеров молекул на основании вращательных
постоянных.........................308
Двухатомные молекулы (310). Линейные многоатомные молекулы (311). Молекулы типа симметричного волчка (315). Молекулы типа асимметричного волчка (318).
§ 35. Факторы, влияющие на длину связей и углы между связями . . 320 Сопряжение связей (322). Ионный характер связей (325). Гибридизация связей (326).
§ 36. Рассмотрение отдельных структур...............328
Связи водорода (328). Связи галогейов с С, S! и Ое (330). Гидриды и галиды N, Р, As и Sb (332). Межгалогенные связи (333). Соединения бора (334). Взаимодействие одинарных и тройных связей (335). Природа связей Zn, Cd и Hg (336).
Литература.........................337
Глава 9. Применения радиоспектроскопии..........339
§ 37. Применения в электронике..................339
Стабилизация частоты генераторов с помощью спектральных линий (339). Спектральные линии как первичные эталоны частоты; атомные или молекулярные часы (342). Линии поглощения как вторичные стандарты частоты (343). Стабилизация манитных полей (344).
§ 38. Применения в астрономии..................345
§ 39. Применения для анализа...................347
Изотопический анализ (347). Химический анализ (349).
Литература .........................350
Приложение..........................351
Таблица 1. Основные физические постоянные и переводные множители (353). Таблица 2. Распространённость изотопов, их атомные веса и моменты (353). Таблица 3. Квадрупольные моменты молекул, определённые из поперечников соударений (361). Таблица 4. Вращательные постоянные молекул (362). Таблица 5. Дипольные моменты молекул, определённые на основании эффекта Штарка (378). Таблица 6. Значения ядерных квадруполь-ных связей (380). Таблица 7. Значения ядерных моментов (385). Таблица 8. Отношение весов атомов (387). Таблица 9. Структуры молекул (388). Таблица 10а. Энергии и относительные интенсивности ядерной сверхтонкой квадрупольной структуры (395). Таблица 106. Значения (3K2jJ(J+ 1) —1) (420). Таблица 10в. Эффекты второго порядка ?^', вызванные ква-друпольным взаимодействием ядер в линейных молекулах и молекулах типа симметричного волчка (422). Таблица 11. Зее-мановские коэффициенты (425).
Библиография ........................... 427
Дополнительная библиография (составлена редактором перевода) . . 446
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
Радиоспектроскопия является одной из самых молодых областей физики. Как экспериментальная наука она возникла в 1946 г. и развивается очень интенсивно. Методы радиоспектроскопии позволяют изучать индивидуальные свойства молекул, атомов и ядер, строение твёрдых тел и жидкостей, исследовать ход химических реакций и др. Основными операциями, осуществляемыми при радиоспектроскопических исследованиях, являются измерения резонансной частоты и интенсивности спектральных линий и определение формы линий с точностью, недоступной оптической и инфракрасной спектроскопии.
Получаемые таким путем экспериментальные данные и их зависимость от внешних полей, давления и температуры, показавшие, в частности, неточность современной квантовой теории (сдвиг уровней водорода), послужили основой для многочисленных теоретических работ.
Основным предметом книги, предлагаемой вниманию читателей, является группа методов, представляющая радиоспектроскопию в узком смысле слова. Этот раздел радиоспектроскопии исследует спектры, лежащие, главным образом, в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн и охватывает исследование сверхвысокочастотных спектров молекул, свободных радикалов и атомов, находящихся в газообразном состоянии при малом давлении.
Резонансные линии, наблюдаемые в сверхвысокочастотных спектрах газов, обусловлены, главным образом, вращательными переходами, вызываемыми взаимодействием переменного электромагнитного поля с электрическим дипольным моментом молекул. В некоторых молекулах, не обладающих в основном состоянии электрическим дипольным моментом, наблюдаются магнитные ди-польные переходы. Большой интерес представляют также инверсионные переходы в дипольных молекулах, переходы, связанные с внутренними вращениями, и др.
Исследования конденсированных сред (твёрдые тела, жидкости и растворы) освещены в настоящей книге весьма кратко. В гл. 1 описана установка для наблюдения парамагнитного резонансного поглощения, а в гл. 5 рассмотрены наблюдаемые в конденсированных
Цена: 150руб.
