Способ определения интенсивности монохроматического линейчатого излучения

 

ОПИС

АНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

,ц 533836

Союз Советских, Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.12.74 (21) 2096884/25 (51) М. Кл.- "G 01J 3/30 с присоединением заявки № 2096886/25

Госудлрственнь и комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.10.76. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 21.12.76 (53) УДК 535.241.41 (088.8) (72) Авторы изобретения Е. А. Вайнриб, В. К. Вертушкин, Г. Л. Кабанов и М. И, Киселев (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ

МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО ЛИНЕЙЧАТОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к области определения параметров оптического излучения, в частности, интенсивности излучения в абсолютных энергетических единицах и чувствительности фотоприемников к излучению и может найти применение во всех областях науки, техники и народного хозяйства, где используются измерительные и управляющие оптические приборы и аппаратура, генераторы излучений, фотоприемники и т. п.

Известен способ определения в абсолютных энергетических единицах интенсивности оптического излучения, заключающийся в том, что определяют температуру излучающей поверхности модели абсолютно черного тела (АЧТ) и рассчитывают интенсивность излучения по формуле Планка (1).

Погрешности в определении интенсивности излучения по этому способу проистекают из-за трудностей и погрешностей в измерении температуры излучающей поверхности, вследствие отклонения физических свойств излучающего тела от свойств АЧТ, вследствие неоднородности излучающей поверхности и могут достигать в видимой области спектра 4—

5%, а в ультрафиолетовой 10%. Такая точность не может удовлетворять современным требованиям, в особенности в области технологии, медицины, астрофизических и космических исследований и соответствующей им тех-, ники.

Известен способ определения интенсивности монохроматичеокого линейчатого излучения. основанный на использовании оптического излучения, возбуждаемого в атомах газа пучком электронов (2j.

По этому способу методом «задерживающего» потенциала определяют число электронов, возбудивших в единицу времени данный излучательный уровень. Этот способ характе10 ризуется погрешностями не менее 35 — 50% при использовании самой современной аппаратуры, определяемыми сильным влиянием начальных скоростей электронов, погрешностями в измерении концентрации газа, невоз15 можностью учесть многоступенчатые и каскадные переходы и другими отрицательными факторамп. Поэтому способ не позволяет определять в абсолютных энергетических единицах интенсивности излучения каждой спектраль20 ной линии.

Целью изобретения является определение в абсолютных энергетических единицах интенсивности излучения каждой спектральной линии, возбуждаемой в атомах газа пучком

25 электронов.

Для достижения поставленной цели в источнике оптического излучения, основанном на возбуждении атомов газа пучком электронов, последним сообщают энергию ниже порога

30 понизации данных атомов и, используя, например, метод «задерживающего» потенциала, 533836 определяют суммарное число электронов, возбуждающих в единицу времени все излучательные уровни атомов, после чего излучение каждой спектральной линии поочередно направляют в фотоприемник и определяют его реакцию, затем изменяют энергию электронов, оставляя ее ниже порога ионизации, столько раз, сколько спектральных линий возбуждено в газе, каждый раз определяя суммарное число электронов и реакции фотоприемника на излучение всех спектральных линий в отдельности, и по полученным данным находят интенсивность излучения каждой спектральной линии.

Для учета многоступенчатых переходов и точного определения интенсивности излучения в этом случае направляют в фотоприемник только те спектральные линии, которые образуются при самом нижнем переходе.

Для одновременного определения чувствительности фотоприемника к излучению каждой спектральной линии в фотоприемник на-, правляют излучение всех спектральных линий одновременно, определяют реакцию его на суммарное излучение и по полученным данным и результатам определения реакций фотоприемника на излучение спектральных линий в отдельности, а также по числу электронов, возбудивших в единицу времени все излучательные уровни, находят чувствительность фотоприемника к излучению каждой спектральной линии используемого источника.

Способ определения интенсивности излучения и определения чувствительности фотоприемника осуществляется следующим образом.

Если 1д есть выраженная в числе квантов интенсивность излучения спектральной линии с номером Й при т-ном значении энергии электронов, Л1 — пропускание источника излучения, Л2д — пропускание монохроматора и другой оптики, pk — чувствительность фотоприемника к излучению k-той линии, реакция фотоприемника на излучение k-той линии, то:

У,„=У, .Л,; 7,,=Л„.Л„.1,. (1)

Деля выражение (1) на Л1 и суммируя по всем спектральным линиям одноступенчатых переходов и линиям, образующимся при нижних переходах в случае многоступенчатого излучения, получают:

М A 1

g ;Х, =; Ik = r„„Xk =, ° (2)

k=1 В=1 где N †чис всех указанных линий.

При энергии ниже порога ионизации данный электрон может возбудить только один атом, так как остающаяся у него после этого акта энергия будет недостаточна для возбуждения следующего атома. Поэтому число возбужденных в единицу времени атомов будет равно числу электронов, возбудивших эти атомы за то же время. Число квантов, излучаемых спектральной линией, образующейся при не надо определять ни ток в пучке электроМ, Е„, = 6, 7И-, 7 . (3)

k=1

Отсюда находят, используя выражение (1):

N, Ф, Е = Jkm = k.Zд, Zk — . (4)

55 127, 7 7, й=1 k=1

В результате решения системы уравнений (4) определяют все пропускания Л2к. Рассчитывая, далее, известными способами пропуска60 ние источника излучения Л«, по найденным выше значениям величин Л находят чувствительности фотоприемника р, к излучению каждой спектральной линии в отдельности.

Для осуществления предложенного способа

65 не надо определять ни ток пучке электро50 пенчатого излучения, равно числу атомов, возбужденных на все излучательные уровни данной системы многоступенчатых переходов. Таким образом сумма интенсивностей 1 в правой части (2) в точности равна числу электронов, возбудивших в единицу времени все излучательные уровни данных атомов, которое, как указывалось выше, может быть определено, например, методом «задерживающего» потенциала. В отличие от определения этим методом числа электронов, возбуждающих данный излучательный уровень, определение суммарного числа электронов, возбуждающих все излучательные уровни, будет весьма точным, поскольку энергетически самый нижний излучательный уровень достаточно сильно отличается от самого верхнего метастабильного уровня, а ионизация отсутствует, в силу чего влияние начальных скоростей электронов на

®0 точность определения указанного их числа будет очень малым, а погрешность такого определения не будет превышать нескольких сотых процента.

Теперь варьируют N раз энергию электронов, оставляя ее ниже порога ионизации.

Каждый раз при этом определяют число электронов, возбудивших в единицу времени все излучательные уровни атомов, и реакции jul фотоприемника на излучение каждой спектральной линии в отдельности. В результате получают систему из N линейных алгебраических уравнений (2) относительно Л неизвестных величин Х1 . Решая эту систему, находят все Л1, и из уравнений (I) — все интенсивности

Далее определяют реакцию фотоприемника на излучение тех спектральных линий, образующихся при многоступенчатых переходах, которые ранее не анализировались фотопри40 емником, Таким образом, вместе с ранее найденными реакциями получают полный набор реакций j на излучение всех N, спектральных линий, генерируемых источником излучения. После этого направляют в фотоприемник

45 излучение всех спектральных линий одновременно и определяют его реакцию на суммарное излучение. Эта реакция Е,„может быть записана так:

533836

Формула изобретения

Составитель М. Кротов

Техред В. Рьюакова

Редактор Н. Коляда

Корректор А. Галахова

Заказ 3099/17 Изд. Ао 1842 1ираж 8!4 Поди:.снос

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,,Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 нов, ни концентрацию (давление) атомов газа, как это надо делать в известном способе (что является там источником больших погрешностей) . Значения этих параметров не оказывают влияния на точность определения по описываемому способу, поскольку режим работы источника излучения при принятых в способе условиях определяется атомными константами — потенциалами возбуждения излучательных уровней и ионизации. Важнейшим обстоятельством, повышающим эффективность предложенного способа, является одинаковая точность измерения для всех спектральных линий и независимость точности от величин пропускания источника излучения, монохроматора и другой оптики и от чувствительности фотоприемника.

Указанные в способе измерения всегда могут быть сведены к измерению электрических токов, которые могут измеряться с точностью до 0,001 — 0,01о/о. Выше уже отмечалось, что с такой же точностью могут быть определены и числа электронов, возбуждающих в единицу времени все излучательные уровни.

Сказанное дает основание для обеспечения возможности эталонирования как интенсивности излучения, так и чувствительности фотоприемника, по крайней мере, на порядок более высокой, чем известными способами.

1. Способ определения интенсивности монохроматического линейчатого излучения, основанный на использовании оптического излучения, возбуждаемого в атомах газа пучком электронов, отличающийся тем, что, с целью определения в абсолютных энергетических единицах интенсивности излучения каждой спектральной линии, электронам, возбуждающим излучение, сообщают энергию ниже порога ионизацни и, используя, например, метод «задерживающего» потенциала, определяют суммарное число электронов, возбуждающих в единицу времени все излучательные уровни данных атомов, после чего излучение каждой спектральной линии направляют в фотоприемник и определяют его реакцию, затем

10 изменяют энергию электронов, оставляя ее ниже порога ионизацип, столько раз, сколько спектральных линий возбуждено в газе, каждый раз определяя суммарное число электронов и реакции фотоприемника на излучение

15 всех спектральных линий в отдельности, и по полученным данным находят интенсивности излучения каждой спектральной линии.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что направляют в фотоприемник только те

20 спектральные линии, которые образуются при самом нижнем переходе.

3. Способ по пп. 1 и 2, отлич ающийс я тем, что в фотоприемник направляют излучение всех линий одновременно, определяют ре25 акцию фотоприемника на суммарное излуче ие и по полученным данным находят чувствительность фотоприемника к излучению каждой спектральной линии используемого источника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. E А. Макарова, A. В. Харитонов. Распределение энергии в спектре Солнца и солнеч35 ная постоянная, М., «Наука», 1972, с. 103—

116.

2. Месси Г. и Бархоп Е., Электронные и . онные столкнове"ия, «Ин. лиг.», 1958, с. 67—

71 (прототип) .