7.2.2. Поглощающие ячейки

Обычно используемая поглощающая ячейка представляет собой секцию прямоугольного волновода. Оптимальная длина таких ячеек порядка нескольких метров, и некоторая экономия места может быть достигнута за счет сворачивания волновода в спираль, как это показано на рис. 7.6, б. В боковых стенках волновода имеется одно или несколько отверстий для откачки и ввода газа. Используя волновод большого сечения, можно избежать молекулярного насыщения и уширения линий за счет столкновений со стенками. Например, ячейка для частоты 24 Ггц может быть размером

Рис. 7. 6. Волноводные ячейки поглощения: а — прямоугольный волновод, свернутый в спираль; б - плавный переход и вакуумный впай; в — ячейка с диэлектрическим стержнем. (См. [83].)

Для соединения со стандартными волноводами используются плавные переходы (рис. 7.6, б). Герметизация осуществляется с помощью окошка, расположенного в сечении с наименьшей апертурой. Подходящим материалом для такого окошка может служить пластинка слюды толщиной с плоской свинцовой прокладкой или один из специальных видов стекла или кварца, описанных в разд. 2.5.1.

Для исследования свободных радикалов и других веществ, которые вступают в химические реакции с металлической поверхностью [223], внутренняя полость волновода может быть выложена стеклом [403]. На рис. 7.6, в показано типовое устройство, в котором в качестве неметаллического волновода используется диэлектрический стержень, возбуждаемый колебаниями дипольного вида. Для изготовления стержня желательно использовать материалы с малыми потерями, такие, как тефлон или кварц. Чем меньше диаметр стержня, тем большая часть энергии поля локализована вне его. В табл. 7.1 приведена ширина полосы пропускания

различных ячеек с кварцевыми стержнями. Таблица составлена в предположении, что предельными значениями энергии являются: сосредоточенной вне стержня и 99% — внутри кожуха. Такие открытые ячейки удобно использовать для получения свободных радикалов посредством облучения газа ультрафиолетовыми лучами.

Таблица 7.1 (см. скан) Ширина полосы пропускания ячейки с кварцевым стержнем

Рис. 7. 7. Волноводные ячейки поглощения модуляционного типа: а — параллельные пластины, модуляция Штарка; б - коаксиальная линия, модуляция Штарка; в — волновод, модуляция Штарка; г - волновод, модуляция Зеемана. (См. [341, 397].)

Ячейки, в которых модуляция осуществляется за счет эффекта Штарка [24], обычно конструируются таким образом, чтобы постоянное и высокочастотное электрические поля были параллельны. Выполнение этого условия, а также высокая степень однородности поля достигнуты в ячейке, образованной параллельными плоскостями [341]. Эта ячейка длиной и шириной показана на рис. 7.7, а. Ограничивающие плоскости изготовлены из высококачественного стекла толщиной их отшлифованные поверхности разнесены друг от друга на с помощью кварцевых прокладок. Мощность сверхвысокой частоты 24 Г гц поступает в ячейку через электромагнитный рупор.

Значительно большая компактность достигается в коаксиальной ячейке [397 ], показанной на рис. 7.7, 6, которая рассчитана на

диапазон частот Поскольку электрическое поле, вызывающее эффект Штарка, неоднородно вдоль радиуса, то разрешающая способность в такой камере пенелика.

Простейшая ячейка для наблюдения эффекта Штарка представляет собой прямоугольный волновод, по центру которого расположен проволочный электрод [477]. Однако большинство ячеек [223, 362] устроено так, как показано на рис. 7.7, в. Электрод представляет собой проводящую пластинку, закрепленную по центру волновода с помощью тефлоновых изолирующих пластинок. Обычно волновод заземлен и напряжение модуляции подается на внутренний электрод через стеклянный впай. Асимметрия в креплении этого электрода может привести к механическим колебаниям камеры [433], при этом распределение мощности между двумя секциями волновода начинает зависеть от времени, что приводит к увеличению числа ложных отражений на частоте модуляции. В конструкциях, предназначенных для частот до изолятор монтируется в канале.

На рис. показана ячейка, в которой модуляция осуществляется за счет эффекта Зеемана. Для уменьшения вихревых токов в круглом волноводе сделан продольный разрез. Соленоид намотан на стеклянную трубку с испытуемым газом. С помощью такой катушки индуктивности проще добиться синусоидальной модуляции, а за счет добавления постоянного тока всегда можно сделать, чтобы один из экстремумов синусоидальной волны имел место при нулевом поле. Поперечное магнитное поле может быть создано [159] с помощью магннта с узкими длинными полюсами. Вращение прямоугольного волновода вокруг своей оси позволяет наблюдать как так и -переходы. Если требуется исследовать только один вид переходов, то для уменьшения [208] размеров магнита на волновод наматывается обмотка.

Резонаторная ячейка должна иметь высокую добротность при оптимальной связи [145]. Несколько необычный резонатор на частоту использованный в работе [29], представляет собой кубическую медную коробку с ребрами в В частотном интервале линии поглощения одновременно возбуждались колебания многих видов. При перемешивании этих колебаний вращающейся лопастью во всем резонаторе была получена однородная плотность излучения. Для изучения эффекта Зеемана были признаны более удобными перестраиваемые резонаторы меньших размеров [118, 237, 276, 277, 279, 280]. Ячейка, представленная на рис. 7.8, а, работает на волне ТЕМ в коаксиальной линии [115]. В диапазоне ее добротность составляет 8500.

При модуляции за счет эффекта Штарка напряжение к внутреннему электроду подается через стеклянный впай, а при модуляции за счет эффекта Зеемана выход генератора напряжения частотой 30 гц присоединен к окружающему резонатор соленоиду с низким импедансом. Показанный на рис. 7.8, б круглый резонатор, в котором возбуждается волна специально сконструирован

[469, 470] для наблюдения эффекта Штарка. Постоянное электрическое поле перпендикулярно высокочастотному полю, и поэтому наблюдаются -компонепты. Рабочая частота равна причем мощность подается через отверстие в закрепленном торце.

Рис. 7. 8. Резонаторные ячейки модуляционного типа: а — коаксиальная линия для частоты круглый волновод с колебаниями вида частоты (См. [115, 469].)

Спектр поглощения обычно исследуется при комнатной температуре. Некоторые эксперименты проводились с газами, охлажденными до температуры — 50° С. Ниже этой температуры давление газа становится чрезвычайно малым.

Рис. 7.9. Ячейка поглощения для работы при высоких температурах. (См. [398, 444, 432].)

Ячейки, рассчитанные на работу при низких температурах, напоминают описанные выше, однако при температурах — они должны быть видоизменены [346], особенно это касается изолирующих частей. Например, в ячейке для частот представленной на рис. 7.9. а, окна и держатели электрода Штарка изготовлены

из слюды. Канавки для крепления электрода внутри волновода с размерами изготавливаются протягиванием. Для трехметровой ячейки емкость электрода составляет Способность ячейки выдерживать умеренные температуры позволяет удалять остатки газов, использовавшихся в предшествующих опытах.

Для работы при температурах 600—1000° С требуется радикальное изменение конструкции и в этом случае только некоторые материалы, такие, как плавленый кварц и некоторые виды керамики, удовлетворяют необходимым требованиям. Показанная на рис. 7.9, б ячейка состоит из стандартного волновода длиной и штарковской перегородки, изготовленных из нержавеющей стали [444]. Собранный волновод заключен в трубу из плавленого кварца, поверх которой намотаны витки подогревателя. Боковой отвод служит линией откачки и используется для подвода проводников к перегородке. В конструкции, показанной на рис. 7.9, в, волновод заключен внутри откаченного цилиндра, экранированного от излучения [432]. Полутораметровая ячейка для защиты от коррозии покрыта изнутри золотом и никелем. При работе вся конструкция устанавливается вертикально, и поэтому для крепления штарковской перегородки через определенные интервалы устанавливаются небольшие стеатитовые прокладки. Мощность подогревателя, необходимая для работы при температурах 600 и 9003 С, составляет соответственно 0,5 и