Порядок выполнения работы.

Практическая часть работы заключается в снятии спектров излучения дейтериевой и неоновой ламп с последующим нахождением -линий водорода и дейтерия серии Бальмера, изотопический сдвиг между которыми и требуется определить.

По всем возникающим проблемам в ходе выполнения работы обращаться к преподавателю.

1. Включают компьютер. При этом автоматически загружается программа обслуживания оптической камеры. Запускают приемник в реальном масштабе времени (“R-Real TimeExp”) и засекают 10 мин, необходимые для прогрева элементов и выхода на стабильную работу. Пока камера прогревается, вращением барабана перестройки длин волн, выводят монохроматор в положение шкалы в корпусе прибора 23⁰ (это соответствует области расположения -линий водорода и дейтерия).

2. После окончания времени прогрева остановить процесс считывания сигнала (E- End Experiment). Далее следует зарегистрировать аппаратную функцию приемника (включить ‘I-InitExper’): 'Delay Erase-Read' =200, ‘Smooth Curve’ – Y, ‘ExperName’ =bg, ‘AverageNumber’ =30, параметры ‘BackgroundName’ и ‘Period (sec)’ пропустить (нажать ‘Enter’). Запустите эксперимент посредством опции ‘S-StartExper’. Затем, инициализируйте эксперимент с вычитанием аппаратной функции; для этого установите теже параметры ‘Delay…’ и ‘Smooth…’, далее ‘BackgroundName’ =bg, ‘ExperName’ =D, ‘AverageNumber’ =50, ‘Period (sec)’ пропустить (нажать ‘Enter’). Запустите приёмник в реальном масштабе времени (‘R-RealTimeExp’). При этом должен наблюдаться низкий достаточно ровный фоновый сигнал. В случаях неудовлетворительного фона следует заново регистрировать аппаратную функцию приемника.

3. Подсоединяют вилку питания дейтериевой лампы в крайнюю правую розетку возле выключателя сетевого фильтра, расположенного на столе и включают фильтр. Зажигание лампы происходит через 10-15 секунд. Неоновая лампа подсоединена к фильтру постоянно и трогать ее вилку не нужно. Поворотом вокруг оси отводят в сторону ртутную лампу и подводят к входной щели монохроматора рельс с дейтериевой лампой. Добиваются получения на ножах щели яркого пятна малого размера. При этом на экране можно наблюдать ряд пиков с наиболее интенсивной -линией. Ее выводят поворотом барабана на середину экрана (приближенно 512 пиксел). Остановите процесс (E- End Experiment). С помощью опции ‘C-Cursor’, ‘UpperLevel’ сделайте вертикальный масштаб приблизительно по высоте указанной линии, а затем увеличите область ее расположения. Запустите приёмник в реальном масштабе времени (‘R-RealTimeExp’) и, слегка поворачивая барабан, добейтесь, чтобы провал между наблюдаемым дублетом был по возможности наибольший (см. рис. I). В этом случае при последующей математической обработке спектров получаются более точные результаты. Нажмите E- End Experiment, а затем ‘S-StartExper’. Сохраняют полученный спектр: ‘F – FileProcess’, ‘W- Write File’, Write Name=D (имя без расширения)

4. Переходят в режим ‘C-Cursor’ и нажимают ‘F-FullWindow’. Затем запускают ‘R-RealTimeExp’ и аккуратно, чтобы не задеть щель и случайно не сдвинуть барабан монохроматора (т. к. последующая съемка проводится строго при том же угловом положении), подводят почти вплотную неоновую лампу. Добиваются максимальной видности спектра на экране. Останавливают процесс (E- End Experiment). Выбирают опцию ‘I-InitExper’ и задают 'Delay Erase-

Read' =200, ‘Smooth Curve’ – Y, ‘BackgroundName’ =bg, ‘ExperName’ =Ne, ‘AverageNumber’ =50, ‘Period (sec)’ пропустить (нажать ‘Enter’). Производит запись спектра: ‘S-StartExper’, а.окончании сохраняют спектр в файле, как указывалось выше (только с именем Ne). Выключают сетевой фильтр.

5. Для дальнейшей обработки результатов необходимо максимально точно определить координаты в пикселах двух крайних (слева и справа) линий в спектре неона. Для этого с помощью опции ‘C-Cursor’ поочередно увеличивают область с указанными линиями. Длины волн указанных максимумов известны: 6506,528 и 6678,28 ангстрем слева и справа соответственно. Если воспользоваться опцией 'W – WaveCalibr' и перевести шкалу пикселов в ангстремы с помощью

Рис I. Примеры оптимального и неоптимального положения при съемке -линии дейтерия (соответственно слева и справа)

указанных реперных линий, то можно отождествить с известными табличными значениями две линии неонового спектра с длинами волн 6532,882 и 6598,953 ангстрем. Третья линия в спектре чистого неона отсутствует. Она принадлежит водороду, присутствующему в некотором количестве в лампе.

С другой стороны в спектре дейтериевой лампы помимо мощной -линии присутствуют ряд других, дейтерию не принадлежащих. Совершенно очевидно, что это линии неона, поскольку видно довольно точное совпадение не только в положении максимумов, но и в соотношении их интенсивностей (см. рисунок II).

Рис. II Спектры дейтериевой и неоновой ламп (сделано разнесение во избежании наложения).

Как видно из рис.I и II, почти вплотную с интенсивной линией дейтерия наблюдается заметный максимум. Он обусловлен наличием в дейтериевой лампе водорода. Но поскольку пики плохо разделяются, то целесообразно брать водородную -линию из спектра неона, что и предлагается сделать в работе.

Таким образом, решение задачи заключается в измерении длин волн -линий водорода и дейтерия и определении изотопического сдвига между ними. Наиболее точно это можно сделать с помощью специальной программы, например, с помощью пакета ORIGIN5.0, поскольку программа обслуживания оптической камеры не позволяет производить необходимую в данном случае математическую обработку. Работа с этим пакетом и представляет следующую часть работы.

6. С помощью 'E – EndProg' выходят из программы. При этом автоматически загружается оболочка Norton Commander. Переносят оба сохраненных файла (D2.dat и Ne.dat) с жесткого диска на дискету и вынимают ее (предварительно не забыв перейти с диска А на С). Далее вставляют дискету в дисковод отдельного включенного компьютера, предназначенного для математической обработки. Двойным щелчком левой кнопки мыши на соответствующем значке запускают программу ORIGIN5.0. Затем правой кнопкой щелкают по заголовку А(x) появившейся таблицы. При этом происходит выделение первой колонки и одновреммено появляется контекстное меню. Выбирают Set Column Values...Появляется соответствующее окошко, в верху которого вместо row namber from 1 to 30 вводят значения from 1 to 1024 (соответственно количеству фотодиодов оптической камеры). Далее ниже следует реализовать формулу перехода из шкалы пикселов в шкалу длин волн в ангстремах (вывести самостоятельно): =₁+(₂-₁)*(P-P₁)/(P₂-P₁), где ₁ и ₂- упомянутые выше длины волн реперных линий неона: 6506,528 и 6678,28 ангстрем соответственно, P₁ и P₂ их точные положения в пикселах, а P- произвольный пиксел. В нашем случае P=i, т.е номеру строки таблицы. Например, если P₁=302, а P₂=990, то вводимая формула приобретает вид: 6506.528+(6678.28-6506.528)*(i-302)/(990-302). После щелчка мышкой на кнопке Do It происходит автоматический расчет и заполнение первой колонки.

7. Затем вставляем в таблицу снятые спектры. Выбираем меню File, Import, ASCII Options и в появившемся окне, в его нижнем правом углу выбираем Import Into Worksheet As New Coloumns и далее Import Now. В новом окне берем диск 3,5 (А:), выделяем нужный файл (D) и Открыть. В результате в таблице появляется вторая колонка. Проделав тоже самое с файлом Ne.dat, получаем полный набор данных. Левой кнопкой мыши по заголовкам выделяем все три колонки и выбираем из верхнего меню Plot, Line. Автоматически строится график с обоими спектрами. Более полно разворачиваем график (средняя кнопка в правом верхнем углу окна со спектрами). С помощью линзы, расположенной вверху, на панели инструментов, оптимальным образом увеличиваем область -линий (последовательно в несколько приемов). Вверху на панели инструментов мышкой нажимаем кнопку в виде двух встречных стрелок (Data Selector). Данные стрелки появляются на графике. Мышкой или с помощью клавиатуры поочередно перетаскиваем их в нужное положение (см. рис.III), тем самым ограничивая область максимума под последующую математическую обработку. Нажимаем Enter. Из верхнего меню выбираем Analysis, Fit Gaussian. В результате получаем аппроксимацию кривой Гаусса.

Раскрываем на весь экран соответствующей кнопкой окно с графиками и увеличиваем рабочий лист (Сtrl I), чтобы просмотреть появившееся окошко с полученными данными. Переписываем значение параметра xc с погрешностью. Это рассчитанная длина волны -линии дейтерия. Возвращаем назад увеличение рабочего листа (Сtrl M). В верхнем меню выбираем активным спектр неона: Data, A(X), C(Y). Опять пользуясь кнопкой Data Selector на панели инструментов, ограничиваем область максимума теперь уже на спектре неона. Далее аналогично: Analysis, Fit Gaussian, раскрываем нужное окно, увеличиваем лист (Сtrl I) и переписываем полученное значение параметра xc с погрешностью.

8. Далее показать результаты преподавателю. Выйти из программы (File, Exit), подготовить компьютер к выключению: кнопка Пуск, Завершение работы, Выключить компьютер и щелкнуть выключателем на системном блоке. Рассчитать изотопический сдвиг, его погрешность, воспользовавшись полученными данными и сравнить с теоретическим.

Рис. III. Пример оптимального увеличения области спектра с -линиями водорода и дейтерия. Также показано как надо ограничивать максимумы для последующей аппроксимации. Видно также окошко с результатами вычислений.