2、激發(fā)態(tài)；如果"Ta，此時原子被電離。2.2汞原子的能級結(jié)構(gòu)木F—H實(shí)驗(yàn)使川的碰撞管是充汞的，因?yàn)楣菃卧臃肿?，能級較為簡單。汞原子是由原子核和核外80個電子組成的，在滿的支売外有兩個價電子，在正常情況卜，這兩個電子都處于6s態(tài)，所以它的基態(tài)組態(tài)為6s?及基態(tài)的LS組態(tài)為'Soo處于激發(fā)態(tài)時,一個6s電子可能被激發(fā)到較高的6中門6巾（）
3、2，6'Dp63D123,6〒i，6^234,等能量狀態(tài)，甚至電離，而另一個電子仍留在6s態(tài)。H汞是一種易于操縱的物質(zhì)，常溫下是液體，飽和蒸汽壓很低，加熱就可改變它的飽和蒸汽壓
4、，汞的原子量較大與電子作彈性碰撞時，電子損失的能量極小，且電止性的汞也不容易和電子親和而形成負(fù)離子，可以用來研究電子和原子碰撞的規(guī)律。2.3充汞的夫蘭克一赫茲管的內(nèi)部原理充汞的夫蘭克一赫茲管如圖2所示。電子由熱陰極發(fā)出，在整個實(shí)驗(yàn)過程中，陰極K和第一柵極G
5、Z間為加速區(qū)，第一柵極G】和第二柵極G2為碰撞區(qū)（測第一激發(fā)電位同時也是加速區(qū)）,第二柵極G?和極板A為反向區(qū)。管內(nèi)的總體電位如圖3所示。當(dāng)電子通過KG?空間進(jìn)入G?K空間時，如果有較大的能量（PeV反）時，就能沖向反向拒斥電壓而達(dá)到極板形成電流，為微流計(jì)u
6、A表測出，如杲電子在碰撞區(qū)與汞原子碰撞，把自己的一部分能量傳給汞原子，而使汞原子激發(fā)，這樣電子木身所剩的能量就減小，以至于通過第二柵極后不足于克服拒斥電場而被斥冋到第二柵極，這時微流計(jì)uA表的電流將顯著減小，山汞原子的能級特點(diǎn)決定電流呈規(guī)律性的變化。B2FH-1充親夫蘭克-號茲管S3夫蘭克內(nèi)電位分布2.4測汞的第一激發(fā)態(tài)電位的原理測汞的第一激發(fā)態(tài)電位的電路圖如圖4所示，第一柵極G.的作用主要是消除空間電荷對陰極發(fā)射電子的影響。圖5所示的曲線反映了汞原子在KG?空間與電子進(jìn)行能量交換的情況。當(dāng)KG2空間電壓逐漸增
7、加時，電子在KG2空間被加速而取得越來越大的能量。但起始階段，由于電壓較低，電子的能杲較少，即使在運(yùn)動過程中它與原子和碰撞也只有微小的能量交換（為彈性碰撞）。穿過第二柵極的電子所形成的板極電流乙將隨第二柵極電壓％2k的增加而增大（如圖5的Oa段）。當(dāng)G2K間的電壓達(dá)到汞原子的第一激發(fā)電位“0時，電子在第二柵極附近與汞原子相碰撞，將自（2從加速電場中獲得的全部能量交給后者，并II使后者從基態(tài)激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)。而電子木身由于把全部能量給了汞原子，即使穿過了第二柵極也不能克服反向拒斥電場而被折回第二柵極（被篩選掉）。
8、所以板極電流將顯著減?。▓D5所示段）。隨著第二柵極電壓的不斷增加，電子的能量也隨Z增加，在與汞原子相碰撞后還留下足夠的能量，可以克服反向拒斥電場而達(dá)到板極力，這時電流又開始上升（加段）。直到G2K間電壓是二倍汞原子的第一激發(fā)電位時，電子在G2K間又會因二次碰撞而失去能量，因而又會造成第二次板極電流的下降（cd段），同理，凡&K之間電圧滿足：Ug2K=5（〃=1,2,3,…）時板極電流匚都會相應(yīng)下跌，形成規(guī)則起伏變化的lA-UG2K曲線。而各次板極電流匚達(dá)到峰值時相對應(yīng)的加速電壓差t/n+1-un,即兩相鄰峰值之
9、間的加速電壓差值就是汞原了的第一激發(fā)電位值匕）。.r!GiAVfT*11.1
10、逐?G2■S4測量汞原子第一謚發(fā)電位的電路UmA)2.5測汞的較高激發(fā)態(tài)電位的原理在測汞的第一激發(fā)態(tài)電位的實(shí)驗(yàn)中，電子一般很難達(dá)到超過4.9eV的能量。所以它只能用于測量汞原子的第一激發(fā)能。如何在管中實(shí)現(xiàn)較高能級的激發(fā)呢?首先要獲得較高能量的電子，其次要提高電子在碰撞區(qū)內(nèi)與原子碰撞的幾率。在加速區(qū)中，由于路徑短，能有較多的電子不與汞原子發(fā)牛碰撞，這樣電子進(jìn)入碰撞區(qū)時能有高于4.9eV的能量。為了捉高電子在碰撞區(qū)內(nèi)與原子碰撞的兒率，在設(shè)
11、計(jì)時，使第一柵極G與第二柵極G2的間距大于電子的平均自由程，實(shí)驗(yàn)時，把它們連在一起，形成一個等勢區(qū)。圖6給出測量的電路圖，等勢區(qū)內(nèi)的電場梯度為碰撞區(qū)的補(bǔ)償電位。市此電路圖所得的碰撞的能量交換的曲線如圖7所示。碰撞和能量交換過程，以及板極電流的形成與第一激發(fā)態(tài)的過程相似，只是圖中顯示有多個峰和谷，冃人小不一，間距不等，這與笫一激發(fā)態(tài)的規(guī)律不同。這是因?yàn)檫@些峰，可能是較高能暈的電子為汞原子
