Высокоточные исследования вращательных спектров молекул SO2 и SeО2 в диапазонах миллиметровых и субмиллиметровых длин волн тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису УДК 539.107, 539.194

ВИСОКОТОЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ОБЕРТАЛЬНИХ СПЕКТРІВ МОЛЕКУЛ БОз ТА 8еОг У ДІАПАЗОНАХ МІЛІМЕТРОВИХ ТА СУБМІЛІМЕТРОВИХ ДОВЖИН ХВИЛЬ

01.04.03 - радіофізика

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Харків - 1998

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Радіоастрономічному інституті НАН України, м.Харків.

Науковий керівник: Доктор фізико-математичних наук,

професор, Дюбко Станіслав Пилипович, професор Харківського державного універсітету, провідний науковий

--------------------співробітник-Радіоастрономічного 'інституту-

НАН України.

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, професор

Макаренко Борис Іванович, Науково-дослідний інститут радіотехнічних вимірювань, заступник директора з наукової роботи, м.Харків

Доктор фізико-математичних наук, професор, Член-кореспондент НАН України Шульга Валерій Михайлович, Радіоастрономічний інститут НАН України, завідуючий відділом, м. Харків.

Провідна установа: Інститут радіоафізики та електроніки НАН України, відділ радіоспектроскопії, м. Харків

Захист дисертації відбудеться " 'ІЗ " •/ У 1998 р. о

годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.051.02 Харківського державного університету (310077, Харків, майдан Свободи, 4, ауд. 3.9).

З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці ХДУ (310077, Харків, майдан Свободи, 4).

Автореферат розісланий " */" -/ 0____________199§р.

Вчений секретар Спеціализованої р кандидат фізико-математичних наук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність тями.

Дослідження обертальних спектрів молекул є важливим розділом сучасної спектроскопії, оскільки має особливе значення як для фундаментальних досліджень, так і для багатьох застосувань. Так, наприклад, розвиток фізики молекул був би практично неможливим без спектроскопічних досліджень. Геометрія молекул, їх силові поля, параметри обертально-коливальної взаємодії, дипольні моменти, зв'язок між структурою та фізичними властивостями молекул, дослідження сил Ван-дер-Ваальса, вивчення впливу ізотопозаміщення - це неповний перелік даних, отримання яких безпосередньо пов'язане з дослідженням спектрів молекул.

Особливе значення дослідження молекулярних спектрів має для радіоастрономії, оскільки є єдиним методом вивчення хімічного складу молекулярних хмар та інших об'єктів у міжзоряному просторі. Спостереження молекулярних спектрів у міжзоряному середовищі надає можливість також встановлювати фізичні умови у місці їх знаходження. Серед інших загальнофізичних застосувань слід окремо відзначити уточнення значень фундаментальних сталих на базі спектральних досліджень з високоточним вимірюванням частот молекулярних ліній.

З прикладних галузей найважливіше значення має створення високостабільних джерел випромінювання: атомних та молекулярних стандартів частоти та часу, лазерів з оптичним накачуванням (особливо у субміліметровому та ближньому інфрачервоному діапазонах). Не можна не згадати також технологічні та екологічні застосування: контроль технологічних процесів, розділення ізотопів, контроль забруднення навколишнього середовища.

Очевидно, що рішення перелічених вище задач потребує детального вивчення спектрів молекул у лабораторних умовах. При цьому, у спектроскопії високої та надвисокої роздільної здатності велике значення має все більш точне визначення параметрів обертальних гамільтоніанів, особливо для молекул, спектри яких визнані придатними для використання як вторинні стандарти частоти. Однією з таких молекул є двооксид сірки

Б02. Незважаючи на численні літературні дані, значення обертальних та відцентрових сталих цієї молекули потребують

експериментально виміряних до сьогодні частот переходів отримана з точністю, не кращою за 0.1 МГц. Аналогічною за структурою є молекула двооксида селена. На відміну від Б02, обертальний спектр молекули 3е02 до теперішнього часу

-практично___не був вивчений. Тому необхідно детальне

дослідження спектра цієї молекули.

Для експериментального дослідження молекулярних спектрів необхідна наявність спектрометрів з високою роздільною здатністю та з прецезійним вимірюванням частот переходів, а також з високою чутливістю. Незважаючи на те, що створено багато спектрометрів, ніколи не втрачає актуальності задача значного поліпшення основних параметрів вимірювальних приладів для фізичних досліджень, особливо якщо під час створення нових приладів підвищується точність та роздільна здатність, опановуються нові діапазони, тощо.

Зв'язок роботи з науковоми програмами та темами. Робота проводилася у Радіоастрономічному інституті як складова частина робіт з розвитку міліметрової радіоастрономії та радіоспектроскопії, та виконувалась у межах НДР "Бета", "Бета-86", "Фіта", "Сигма", "Штопор". Створений у процесі роботи радіоспектрометр міліметрового діапазону довжин хвиль дав можливість розгорнути численні дослідження спектрів молекул. На основі розробленного у процесі виконання роботи синтезатора частоти побудовані системи стабільних гетеродинів для радіотелескопів міліметрового діапазону.

Задачами даної дисертації є високоточні дослідження спектрів молекул 502 та Бе02 у міліметровому та субміліметровому діапазонах довжин хвиль. Для здійснення таких досліджень потрібні спеціальні - прилади -радіоспектрометри - які забезпечують необхідну точність та роздільну здатність. Ось чому в межах виконання роботи вирішувалася ще одна задача - створення високоточного автоматизованого спектрометра.

істотного уточнення,

оскільки

велика

кількість

з

Цілі роботи можна сформулювати у такому вигляді:

• Високоточні дослідження обертальних спектрів молекули Б02 та її ізотопічних різновидів у міліметровому діапазоні довжин хвиль.

• Експериментальне дослідження обертального спектру молекули 5е02 в основному та збуджених коливальних станах для різних ізотопічних різновидів у міліметровому та субміліметровому діапазонах довжин хвиль.

• Створення сучасного автоматизованого радіоспектрометра міліметрового діапазону, призначеного для високоточних досліджень обертальних спектрів молекул у широкому діапазоні частот.

Основні положення дисертації, шо виносяться ¿о

захисту.

1. Автоматизований спектрометр міліметрового діапазону з такими параметрами:

• діапазон робочих частот 36-143 ГГц (основний) та до 160 ГГц із застосуванням подвоювача частоти,

• точність вимірювання частот переходів за відношенням сигнал/шум більш 20 - 1-3 кГц, за відношенням сигнал/шум 10 - не гірше ніж 10 кГц,

• спектральна роздільна здатність обмежена доплерівським поширенням, субдоплерівська роздільна здатність досягається за умов спостереження провалу Лемба,

• чутливість 10‘8 см'1 (величина коефіцієнту поглинання найбільш слабкої лінії, що реєструється за умов, коли відношення сигнал/шум дорівнює 1).

2. Уточнені значення обертальних та відцентрових сталих гамільтоніанів, які описують обертальні спектри молекули 32Б02 в основному та збудженому у2= 1 коливальному стані, а також молекули З4302 в основному коливальному стані.

3. Значення обертальних та відцентрових сталих гамільтоніанів, які описують обертальні спектри молекул 76Бе02, 77Бе02,

78 80 82

3е02, 3е02, Бе02 в основному та збудженому у2= 1

коливальному стані, а також молекули 80БеО2 у збудженому \>2=2 коливальному стані.

Поєднання класичних експериментальних методів, реалізованих на сучасній елементній базі техніки міліметрового діапазону з ефективним використанням оОчислювальної техніки для повної автоматизації процесу вимірювань, а також для збору та обробки інформації, дозволяє стверджувати про створення радіоспектрометру, який посідає гідне місце серед найкращих спектрометрів світу.

Нові дані отримані за результатами вивчення обертальних спектрів молекул Б02 і 3е02.

З точністю, на два порядки вищою від попередніх результатів, проведені вимірювання частот обертальних спектрів молекул 32Б02 , 32Б02 ( і^2 = 1) та З4302 у діапазоні частот 50-160 ГГц. На основі експериментальних досліджень проведене значне уточнення обертальних та відцентрових сталих (аж до сталих десятого порядку) для перелічених молекул.

У міліметровому та субміліметровому діапазонах вперше проведені обширні дослідження обертального спектру молекули Бе02. Частоти близько 650 ліній виміряні у діапазоні 70-500 ГГц.

Вперше визначені за експериментальними даними обертальні та відцентрові сталі (аж до октичних) для молекул 76Бе02, 77Зє02, 78Зє02, 80ЗєО2, 82Зє02.

Практичне значення одержаних результатів.

За допомогою створеного спектрометра на сьогодні проведені обширні дослідження обертальних спектрів молекул двооксиду сірки Б02, двооксиду селену Бе02, вінілціаніду, оцтової кислоти СН3СООН, метанолу СН3ОН та його ізотопічних різновидів, етанолу, фреонів (СР3СБН2, С35С12Р2), та ін.

З цих молекул тільки результати досліджень спектрів Б02 і Бє02 включені до дисертації.

Прецизійний спектр молекули Б02 може використовуватися як еталонний під час дослідженнь спектрів інших молекул. Двооксид сірки міститься в багатьох промислових відходах. Тому вивчення спектру Б02 є важливим для спектроскопічного контролю забруднень навколишнього середовища.

Результати досліджень обертального спектра молекули Бе02 та її ізотопічних різновидів є основою для подальшого вивчення геометрії, силового поля молекули, впливу ізотопозаміщення на спектроскопічні параметри. Спектр Бе02

може використовуватись для пошуку цієї молекули у міжзоряному просторі, а також для екологічного контролю (Бе02 є токсичним).

створенні автоматизованного спектрометра міліметрового діапазону [1-5], в аналізі результатів вимірювань та отриманні остаточних значень параметрів гамільтоніанів для молекули Б02 [6], а також у проведенні численних вимірювань та обробці експериментальних спектрів молекули 3е02 [7-10].

доповідалися на 7-ому та 10-ому Всесоюзних симпозіумах по молекулярній спектроскопії високої та надвисокої роздільної здатності у Томську, на 12-ому Міжнародному симпозіумі по спектроскопії високої роздільної здатності (Санкт-Петербург), на 20 Міжнародній конференції молодих європейських радіоастрономів (Бонн - Бад Хонефф, Німеччина), на Міжнародній конференції по спектроскопії (Діжон, Франція).

Публікації за тямою дисертації. Матеріали дисертації опубліковані у 6 наукових статтях та 4 матеріалах і тезах конференцій та симпозіумов.

Об'єм та структура дигортапії. Робота складається з вступу, трьох розділів, висновка, двох додатків та переліка цитованої літератури. Вона містить 112 сторінок друкованого тексту, 21 малюнок та 11 таблиць (27 сторінок), 33 сторінки додатків, 11 сторінок переліка використаних джерел (87 найменувань). Загальній об'єм дисертації - 186 сторінок.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність обраної галузі досліджень та їх наукова новизна, сформульовано мету дисертації та її практичне значення, відображений особистий внесок автора та зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, а також наведені об'єм та структура дисертації.

Перший розділ присвячений обгрунтуванню та опису структурної схеми автоматизованого спектрометра міліметрового діапазону, а також дослідженню його параметрів. У підрозділі 1.1 наведені результати вивчення можливості створення синтезатора частоти міліметрового діапазону довжин хвиль з параметрами,

придатними для спектроскопії високої та надвисокої роздільної здатності. Проводиться аналіз спектральної чистоти різноманітних джерел опорних коливань. На основі цього аналізу обирається опорне джерело, параметри якого найбільш придатні для “спектроскопи високої та надвисокої роздільної здатності. Описується діючий зразок синтезатора частоти діапазону 36-143 ГТц, який розроблено та виготовлено автором. Наведені результати дослідження параметрів створеного приладу, які підтверджують придатність виготовленого синтезатора частоти для спектроскопії високої та надвисокої роздільної здатності.

В підрозділах 1.2-1.4 міститься опис автоматизованого спектрометра, створеного автором на основі розробленого синтезатора частоти. Описано його основні особливості, а також наведений стислий опис програмного забезпечення. Подані результати дослідження основних характеристик спектрометра. Спектральна роздільна здатність спектрометра проілюстрована на прикладі запису провалу Лемба у спектрі молекули двооксида сірки, виміряна ширина якого дорівнює 0.015 МГц. Максимальна точність вимірювання частот переходів визначалася за результатами вимірювання частот компонент надтонкої структури переходу J = 1 <— 0 молекули синильної кислоти HCN. Розбіжність з високоточними літературними даними не перевищувала 0.0003 МГц. Результати такого порівняння наведено у Таблиці 1.

Таблиця 1

Результати вимірювання частот (МГц) компонент надтонкої _______струкутри переходу Л = 1 <- 0 молекули НСН_________

J = 1 <- 0 Наші вимірювання De Lucia, Gordy*) Розбіжність

F = 1 <- 1 88630.4160 88630.4157 0.0003

F = 2 <- 1 88631.8476 88631.8473 0.0003

F = 1 <- 0 88633.9357 88633.9360 -0.0003

*) F.C.De Lucia, W.Gordy. Molecular-Beam Maser for the Shorter-Millimeter-Wave Region: Spectral Constants of HCN and DCN.// Phys. Rev. - 1969. - Vol. 187. - N.I. - p.58-65.

Таким чином доведено, що створений спектрометр забезпечує дуже високу точність вимірювання частот обертальних переходів, маючи при цьому доплерівську та субдоплерівську роздільну здатність. Чутливість спектрометру встановлювалася за записом переходу молекули 14Ы15Ы160 з коефіцієнтом поглинання 4.36х10'7 см‘\ Враховуючи відношення сигнал/шум цієї реалізації, чутливість спектрометру оцінюється величиною 10'8 см'1.

У початку другого розліла наведено огляд літератури за темою дослідження обертального спектру молекули двооксиду сірки, з якого походить необхідність його додаткового вивчення. У підрозділі 2.1 описані методи аналізу, що були використані при обробці експериментальних спектрів молекул 302 і 3е02. Поданий опис алгоритмів вирішення зворотньої та прямої задач спектроскопії, наводяться методи обчислення інтенсивностей обертальних переходів.

У підрозділі 2.2 описані особливості експериментального дослідження обертального спектру молекули 302, наводяться описи поглинаючих комірок та їх особливостей.

У підрозділі 2.3 наведені результати прецизійного дослідження обертальних спектрів основного та збудженого коливального стану у2 = 1 молекули З2302, а також обертального спектру основного стану молекули З4302. За допомогою описаного у першому розділі спектрометра у діапазоні 50-160 ГГц с точністю 1-3 кГц виміряні частоти 174 переходів вказаних молекул. Суттєво уточнені значення обертальних та відцентрових сталих, включно до параметрів десятого порядку, визначені з експериментального спектру. Загальний обсяг досліджень обертального спектру молекули Э02 наведено у Таблиці 2.

Таблиця 2

Обсяг досліджень обертального спектру молекули БО?

32зо2 32бо2 \'2=1 34эо2

Кільк. переходів 76 53 45

Стандарт.відхилен. 0.0017 0.0022 0.0025

^тах 70 53 53

^•Ітах 14 10 10

Експериментально виміряні значення частот переходів для молекул 32Б02,32Б02 (у2= 1), 34502 винесені у Додаток А.

Третій~рпчліл- V ГТІАрп-чліл)—4-1—рпчгляїгуггп пгпВлидпі-ті

експериментального дослідження обертального спектру молекули Бе02. Оскільки при кімнатній температурі досліджуваний зразок представляє собою тверде тіло (порошок), то необхідний для вивчення спектрів тиск пари Бе02 досягається "за умов нагрівання £0 150°С—у—спеціальних—поглинаючих

комірках. Наводиться опис таких комірок.

Зразок Бе02 з природною концентрацією ізотопів містить 5 досить розповсюджених ізотопічних різновидів за селеном. Окрім цього для двооксида селену характерна наявність низько лежачих коливальних станів, спектри яких за умов експерименту спостерігаються з інтенсивністю ЗО відсотків від інтенсивності ліній основного стану. Спектри усіх ізотопічних різновидів у різних коливальних станах спостерігаються одночасно, ось чому початкова їх ідентифікація надмірно ускладнена. Тому підрозділ 3.2 присвячений особливостям ідентифікації обертального спектру молекули двооксида селена. Викладаються методи ідентифікації, запропоновано метод поетапного пошуку мінімуму цільової функції, який значно полегшує знаходження та виключення помилково ідентифікованих переходів.

У підрозділі 3.3 наведені результати обширних досліджень міліметрових та субміліметрових обертальних спектрів 5 ізотопічних різновидів молекули Бе02 в основному та збуджених коливальних станах у2= 1 та \2=2. У діапазоні 70-500 ГГц виміряно та ідентифіковано 650 обертальних переходів. Вимірювання у міліметровому діапазоні довжин хвиль виконані за допомогою описаного у першому розділі спектрометра. Для молекул 765е02, 77Бє02, 78Бє02, 805єО2, 825є02 в основному та досліджених збуджених станах отримані набори сталих обертальних гамільтоніанів, які описують їх міліметрові та субміліметрові обертальні спектри. Ці набори сталих є доброю основою для екстраполяції у більш короткохвильові діапазони.

Загальний обсяг досліджень обертального спектру Бе02 (для різних ізотопічних різновидів у різних коливальних станах) наведено у Таблиці 3.

Таблиця З

Обсяг досліджень обертального спектру молекули

763е02 773е02 783е02 80ЗеО2 823е02

Основний N 70 52 93 162 67

коливальн. о МГц 0.026 0.030 0.030 0.037 0.023

стан ^тах 68 60 68 70 64

Ітах 13 17 16 19 13

Коливальн. N 12 9 50 80 11

стан ст МГц 0.035 0.037 0.045 0.037 0.074

У2=1 ^тах 39 36 52 55 36

К-1тах 8 6 12 13 9

Коливальн. N 29

стан а МГц 0.043

у2 = 2 '^тах ^-Ітах 44 12

В цій таблиці N - кількість ідентифікованих переходів, ст -середньоквадратичне відхилення під час опису спектру, ,Ітах -максимальне значення обертального квантового числа в експериментальному спектрі, К.!тах - маскимальне значення квантового числа К.,.

Отримано експериментальні залежності обертальних та відцентрових сталих від маси ядра селена при ізотопозаміщенні, а також від коливального квантового числа у2. Характер цих залежностей підтверджує вірогідність ідентифікації переходів.

Експериментально виміряні значення частот переходів для молекул 763е02, 77Зє02, 78Эе02, 80ЗеО2, 82Эе02 в основному та збудженому г2 = 1 коливальному стані і для молекули В0ЗеО2 у стані у2 = 2 віднесено до Додатку Б.

У висновку сформульовані основні результати, отримані у дисертаційній роботі:

1. Розроблено та створено автоматизований спектрометр міліметрового діапазону з такими параметрами:

• діапазон робочих частот 36-143 ГГц (основний) та до 160 ГГц із застосуванням подвоювача частоти,

• точність вимірювання частот переходів за відношенням сигнал/шум більш 20 - 1-3 кГц, за гудношенням сигнал/шум 10 - не гірше ніж 10 кГц,

і спектральна роздільна здатність обмежена доплерівським поширенням, субдоплерівська роздільна здатність досягається за умов спостереження провалу Демба,

• чутливість 10'8 см’1 (величина коефіцієнту поглинання найбільш слабкої лінії, що реєструється за умов, коли відношення сигнал/шум дорівнює 1).

•* >Л'' ■

2. Вимірянь з точністю, яка на два порядки вища від попередніх

досліджень, ^частоти 174 переходів обертальних спектрів основного та збудженого коливального стану у2 = 1 молекули 32502, -;а також обертального спектру основного стану молекули З4302 в діапазоні частот 50-160 ГТц.

3. Суттєве* уточнені значення обертальних та відцентрових сталих “(аж до десятого порядку) для молекул Б02 в основному та збудженому коливальному стані у2 = 1, а також для молекули 34Б02 у основному коливальному стані.

4. Вперше виміряні частоти близько 650 переходів п'яти ізотопічних різновидів молекули Бе02 в діапазоні частот 70500 ГТц.:

5. Вперше< визначені на основі експериментальних даних

обертальні та. відцентрові сталі (аж до октичних) для молекул 763е02, У 77Зє02, 78Зє02, 805єО2, 82Зє02 в основному

коливальному; стані.

6. Вперше' визначені обертальні, квартичні та секстичні параметри для молекул 7б3е02, 773е02, 783е02, 80ЗеО2, 823е02:у збудженому коливальному стані у2 = 1, а також молекули В0ЗеО2 у’стані_у2 = 2.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ.

1. E.A.AIekseev. Automated High Resolution Millimeter Wave Spectrometer.// Turkish Journal of Physics. - 1995. - Vol. 19. -p.1457-1461.

и

2. О.I.Baskakov, S.F.Dyubko, V.V.Ilyushin, M.N.Efimenko,

V.A.Efremov, S.V.Podnos, E.A.AIekseev. Microwave

Spectroscopy of Vinyl Cyanide, Taking into Account the Hyperfine Structure.// J.Mol.Spectrosc. - 1996. - Vol. 179. -p.94-98.

3. B.B.Илюшин, Е.А.Алексеев, С.Ф.Дюбко, О.И.Баскаков, С.В.Поднос. Миллиметровый спектр уксусной кислоты (переходы A-типа).// Радиофизика и радиоастрономия. -1997. - т. 2. - N. 3. - с.359-372.

4. Е.А.Алексеев. Система стабильного гетеродина

радиотелескопа РТ-2// XXV Радиоастрономическая конференция: Тез. докл. - Пущино. - 1993. - с.280-281.

5. Е А. Алексеев, С.Ф.Дюбко. Радиоспектрометр

миллиметрового диапазона.// Приборы, техника и распространение ММ, СБМ волн. Тезисы межведомственной научно-технической конференции. -Харьков, 1992. - с.73.

6. E.AAlekseev, S.F.Dyubko, V.V.Ilyushin, S.V.Podnos. The High-Precision Millimeter-Wave Spectrum of 32S02, 32S02 (v2), and 34S02.// J.Mol.Spectrosc. -1996. - Vol. 176. - p.316-320.

7. Е.А.Алексеев, О.И.Баскаков, С.Ф.Дюбко, Б.И.Полевой.

Субмиллиметровый вращательный спектр молекулы 80SeO2.// Оптика и спектроскопия. - 1986. - т. 60. - с.49-51.

8. ВААлексеев, ЕААлексеев, О.И.Баскаков, С.Ф.Дюбко.

Новые субмиллиметровые вращательные линии воды и ее изотопов.// Оптика и спектроскопия. - 1987. - т. 63. - вып. 5. - с. 1016-1018.

9. EAAlekseev, O.I.Baskakov, S.F.Dyubko. Microwave Spectrum of Selenium Dioxide// Proc. XII Symposium and School on High-Resolution Molecular Spectroscopy. St. Petersburg 1996. -163-166c.

10. ЕААлексеев, О.И.Баскаков, Б.И.Полевой, С.Ф.Дюбко.

Субмиллиметровый спектр молекулы Se02// Труды VII Всесоюзного симпозиума по молекулярной спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения. Томск 1986. - с. 8083.

АНОТАЦІЯ

Алексеев Є.А. Високоточні дослідження обертальних спектрів молекул Б02 та 3е02 у діапазонах міліметрових та субміліметрових довжин хвиль. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико математичних наук за спеціальністю 01.04.03 радіофізика. -Харківський державний університет, 1998.

Дисертацію присвячено високоточному експериментальному дослідженню обертальних спектрів молекул Б02 та Бе02 . Для проведення вимірювань спектрів молекул розроблено та створено автоматизований спектрометр міліметрового діапазону. Помилки визначення частот ізольованих переходів не перевищують 1 кГц. Спектральна роздільна здатність обмежена доплерівським поширенням. Субдоплерівська роздільна здатність досягається за умов спостереження провалу Лемба. Чутливість оцінюється величиною 10'8 см’1. В діапазоні 50-160 ГГц з високою точністю виміряно частоти 174 переходів молекул З2302 , З2302 (у2= 1) та З43 02. В діапазоні 70-500 ГТц виміряно частоти близько 650 переходів молекул ?63е02, 773е02, 783е02, 80ЗеО2, 82ЗеОг у основному та збудженному у2=1 коливальному стані, а також молекули 30ЗеО2 у стані у2=2. Визначені обертальні та відцентрові сталі, які описують спектри вказаних молекул.

Ключові слова. Спектрометр, обертальний спектр, коливальний стан, синтезатор частоти, асиметрична дзига.

АННОТАЦИЯ

Алексеев Е.А. Высокоточные исследования

вращательных спектров молекул 302 и 3е02 в диапазонах миллиметровых и субмиллиметровых длин волн. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.03 -

радиофизика. - Харьковский государственный университет, Харьков, 1998 г.

Диссертация посвящена высокоточному экспериментальному исследованию вращательных спектров молекул 302 и 3е02. Для проведения измерений спектров молекул разработан и создан автоматизированный спектрометр миллиметрового диапазона. Ошибки определения частот изолированных переходов не превышают 1-3 кГц. Спектральное разрешение

ограничено доплеровским уширением. Субдоплеровское разрешение достигается при наблюдении провала Лэмба. Чувствительность оценивается величиной 10"8 см’1. В диапазоне 50-160 ГГц с точностью 1-3 кГц измерены частоты 174 переходов молекул 32S02 , 32S02 (v2= 1) и 34S02. В диапазоне 70 -500 ГГц измерены частоты около 650 переходов молекул 76Se02, 77Se02, 7aSe02, a0SeO2, 82Se02 в основном и возбужденном v2 = 1 колебательном состоянии, а также молекулы 80SeO2 в состоянии v2 = 2. Определены вращательные и центробежные постоянные, описывающие спектры указанных молекул.

Ключевые слова: спектрометр, вращательный спектр, колебательное состояние, синтезатор частоты, асимметричный волчок.

ABSTRACT

Alekseev Е.А. High precision investigations of rotational spectra of S02 and Se02 molecules in the millimeter and submillimeter wave ranges. - Manuscript.

Thesis for scientific degree of the candidate of physics and mathematics sciences in speciality 01.04.03 - radiophysics. - Kharkov State University, Kharkov, 1998.

The dissertation is devoted to high precision investigation of rotational spectra of S02 and Se02 molecules. An automated millimeter-wave spectrometer has been designed and constructed in order to perform measurements of spectra. Frequency determination errors for isolated transitions do not exceed 1 kHz. Spectral resolution is limited by Doppler broadening. Sub-Doppler resolution is achieved with the Lamb-dip observation. Sensitivity is estimated to be of about 10'8 cm'1. Frequencies of 174 transitions have been measured with high precision in the range between 50 and 160 GHz for 32S02 , 32S02 (v2=l), and 34S02 molecules. Frequencies of about 650 transitions have been measured in the range between 70 and 500 GHz for 76Se02, 77Se02, 78Se02, 80SeO2, 82Se02 molecules in the ground and v2= 1 excited vibrational state and for 80SeO2 in the v2 = 2 excited vibrational state. Rotational and centrifugal distortion constants have been determined for all molecules mentioned above.

Key words: spectrometer, rotational spectrum, vibrational state, frequency synthesizer, asymmetric top.

Відповідальний за випуск Тітаренко А.Ю.

Підписано до друку 05.10.1998 р. Формат паперу 60x80x16. Папір офс.. Офс. друк.. Об'єм 1,0 фіз.д.л..

Заказ N . Тираж 100 прим.

Ротапринт ІРЕ НАН України Харків-85, вул. Акад.Проскури, 12.