Методика исследования люминесценции жидкого гелия и азота

УДК 538.945(06)+ 539.2(06) Сверхпроводимость и физика наноструктур
И.Ю. БЕЗОТОСНЫЙ, А.И. МИСЬКЕВИЧ, Б.С. САЛАМАХА,
Д.В. ФОМИН
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
ЖИДКОГО ГЕЛИЯ И АЗОТА
Предложена методика для изучения фотолюминесценции, возбуждаемой бетачастицами Cu64 в жидком гелии или азоте. Источником быстрых электронов является фольга из чистой меди толщиной 20 мкм, облученная в канале реактора
МИФИ тепловыми нейтронами. После 20 часов облучения активность источника
составляет ~1010 част/(сек см2). Медный источник в виде цилиндра из фольги помещался в оптический криостат. Люминесценция жидкого азота наблюдалась на
установке СР-2.
При прохождении высокоэнергетичных частиц через вещество образуются атомы и молекулы в возбужденных состояниях. В плотных средах
эти состояния могут образовывать многоатомные метастабильные молекулы (кластеры). Поиску новых кластеров гелия и азота посвящены работы [1-10]. Для некоторых типов кластеров теоретически предсказаны новые свойства, такие, например, как высокая энергоемкость [9,10].
Для возбуждения люминесценции предлагается использовать бетаисточник, поскольку это наиболее эффективный способ возбуждения
электронных подсистем. Для изучения люминесценции под действием
бета-излучения в жидком гелии или азоте предложена оригинальная методика. Источником электронов является фольга из чистой меди толщиной около 20 мкм, облученная в канале реактора МИФИ тепловыми
нейтронами. Активность источника в миллион раз больше, чем в работе
[1] (~3000 част/сек). Источник имеет форму цилиндрической поверхности
диаметром 16 мм и высотой 50 мм.
Облучению подвергается азот или гелий в жидкой фазе. Большая
плотность способствует повышению плотности метастабильных состояний атомов гелия и, как следствие, вероятности образования метастабильных кластеров и их наблюдения. За счет изменения времени облучения
медной фольги интенсивность электронного воздействия можно изменять
в широких пределах (от 106 до 1010 част/(сек см2)). Кроме того, источник
излучения можно удалить из криостата за время менее 1 секунды и
наблюдать послесвечение. Расчетная интенсивность бета источника массой 0,2 г/см2 при облучении в течение 20 часов составит 5·10 10 част/(сек
см2).
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 4
145
УДК 538.945(06)+ 539.2(06) Сверхпроводимость и физика наноструктур
Изложенная методика была использована для снятия спектра люминесценции жидкого азота. Измерения были выполнены в интервале длин
волн от 200 до 800 нм. Полученный спектр приведен на рис 1. Люминесценция наблюдалась в диапазоне от 390 до 760 нм. Полученный спектр
существенно отличается от спектра люминесценции газообразного азота,
возбуждаемого электронным пучком.
Работа поддержана фондом CRDF, проект “Научно-образовательный
центр фундаментальных исследований материи в экстремальных состояниях”.
Рис. 1. Спектр люминесценции жидкого азота
Список литературы
1. McKinsey.D.N., Brome C.R., Butterworth J. S. et al // Phys. Rev. A. 1999. V.59. P.200.
2. McKinsey.D.N., Brome C.R., Dzhosyuk S. N. et al // Phys. Rev. A. 2003. V.67. P.062716
3. H.Buchenau and J. P. Toennies, J. A. Northby. // J. Chem. Phys. 1991. V.95. P.8134.
4. Konovalov A.V. and Shlyapnikov G.V. // Sov. Phys. JETP. 1991. V.73. P.286.
5. Chablowski C.F. et al // J. Chem. Phys. 1989. V.90. P.2504.
6. Lauderdale W.J., Stanton J.F., and Bartlett R.J., // J. Phys. Chem. 1992. V.96. P.1173.
7. Leininger M.L., Sherril C.D., and Schaefer H.F., // J. Phys. Chem.. 1995. V.99. P.2324.
8 Chen C. and Sun K.-C. // Int. J. Quant. Chem. 1996. V.30. P.497.
9. Дегтяренко Н.Н., Елесин В.Ф., Матвеев Н.В., Опёнов Л.А., Подливаев А.И. // Труды
Научной сессии МИФИ-2004. 2004. V.4. P.133-134.
10. Degtyarenko N. N., Elesin V. F., Openov L. A., Podlivaev A. I. // Phys. Low-Dim. Struct.
2002. V.1/2. P.135
146
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 4