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Das Spektrum von Natrium I bei hoher Auflsung und die Struktur der 2D-Terme.

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698
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 29. 1937
D a s Spektrurn won Natriurn I be4 Roher Aufliisung
und die Strulctur der 2D-Terme
Von E. W. M e i p m e r u.nd R. 3.L u f t
(Mit 2 Abbildungen)
Natrium gehort zwar zu den spektroskopisch sehr eingehend
untersuchten Elementen, aber trotzdem fehlen fur Na I Wellenlangenmessungen, die den heutigen Bediirfnissen entsprechen. Bei den bis
heute vorliegenden Messungen ist die Ubereinstimmung der Resultate
der einzelnen Beobachter ganz unbefriedigend.
Auch der Bau des Spektrums ist noch nicht vollig geklart, im
Gegensatz zu einer Bemerkung in K a y s e r s Handbuch der Spektroskopie (I). Nach unseren Kenntnissen vom allgemeinen Bau der
Alkalispektren ist das Na I-Spektrum ein Duhlettspektrum, mit einfachem S-Term und 2fachen P-, D-...Termen; bis jetzt konnte die
Duplizitat nur bei den P-Termen nachgewiesen werden.
Die Duplizitat des 3 =P-Termes kommt, von der Hyperfeinstruktur
abgesehen, rein zum Ausdruck bei den Linien der zweiten Nebenserie v = (3 =P-m 2S) und den Grundlinien der Hauptserie, den
D-Linien, v = (3 2S-3 aP). Ein ezakter Wert der Aufspaltung des
3 2P-Termes, A u = 3 2P1/,-3 2P~i,,
ist aber aus den zahlreich vorhandenen Messungen nicht mit Sicherheit zu erschliegen, wie noch
niiher auszufiihren sein wird.
fjber die Duplidat der 2D-Terme, uber die GroBe ihrer Aufspaltung und iiber regelrechte oder verkehrte Lagerung der Terme
ist bis jetzt nichts bekannt. Es liegt lediglich eine theoretische
Abschatzung iiber die GroSe der Aufspaltung vor (9). Zur volligen
Klarung des Spektrums fehlt also noch wesentliches.
I. oberaioht uber dae vorhandene Well8nlangenmateri&l
Bei Beginn der vorliegenden Untersuchung lagen fiir eine ungefahre Orientierung folgende neuere Arbeiten vor:
1. fjber den groBten Teil des Spektrums erstrecken sich die bis
auf 1/1000 A angegebenen (aber, wie unten gezeigt wird, wesentlich
ungenaueren) Messungen von S. D a t t a (a), die der notwendigen fjbersicht halber in Tab. 1 zusammengestellt sind. Die Korrektionen fur
Avac. -ALUft sind K a y s e r s Tabellenwerk (3) entnommen.
K. W . Meilner u. K. F. Luft. Das Spektrum von Natrium I usw.
699
Tabelle 1
Die Wellenlangen der Nebenserien nach D at t a
-
I1.
A.
Av
_ _
Y
___-
6160,725
6154,214
5895,932
5889,965
5153,645
5149,090
4751,891
47 48,016
4545,218
4541,671
16 227,375
16 244,543
16 956,159
16 973,336
19 398,354
19 415,514
21 038,389
21 055,559
21 994,999
22 012,177
17,168
17,177
.%
1
8
17,160 $
17,170
__ __
____-
-
Pi
5688,222
5682,675
4982,864
4978,608
4668,597
4664,858
4497,724
4494,266
A 19
--
17 575,321
17 592,477
20 063,199
20 080,350
21 413,736
21 430,900
22 227,253
22 244,355
__
.
17,156
17,151
17,164
17,102
17,178
2. Fur die Ermittlung der Aufspallung des 3 2 P - T e r kommen
~
zahlreiche aber stark differierende Messungen an den D-Linien und
einem Glied der zweiten Nebenserie in Betracht. Am zuverlassigsten
scheinen die in Tab. 2 zusammengestellten Werte folgender Beobachter zu sein:
a) F a b r y und P e r o t (4),b) C. C. K i e s s (51, c) Rowland, Messungen am Sonnenspektrum (6) und d) K. Bu rn s und Mitarbeiter
des Alleghany-Observatoriums (7).
Tabelle 2
Die Aufspaltung des 3 2P-Terms
v cm-'
Beobachter
I1.A.
Fabry u. Perot
(Flamme)
5895,930
5889,963
16 956,165
16973,342
C. C. Kiess
(Vakuumbogen)
C. C. Kiess
(Luftbogen)
5895,927
5889,954
5895,923
5889,949
16 966,173
16973,368
Revision of Rowlands
Preliminary Table
Sonnenspektrum
5895,944
5889,977
6160,759
6154,235
16 956,124
16973,302
___.____.
_____ -. _________ - _____ _______
~
_
_
_
16227,285
16 244,483
I
-___
17,177
17,195
~
11
171178
17,203
~~
Burns und Mitarbeiter am
Alleghany -0bservatoriuxn
Sonne
Vakuumbogen
(Mittelwert)
5895,939
5889,971
6160,750
6154,229
5895,927
5889,954
16 956,139
16 973,319
16 227,309
16 244,503
16 956,173
16 973,368
17,180
17,194
17,195
Annalen der Physik. 5 . Folge. Band 29. 1937
700
3. Fur Ermittlungen uber die Struktur der ersten Nebenserie
stehen au6er den D attaschen Messungen folgende Quellen zur
Verfiigung :
a) Messungen von E. B a c k mit groBem Konkavgitter (8) und
b) Messungen im Sonnenspektrum (6), in dem die erste Nebenserie
stark auftritt und drei aufeinanderfolgende Serienglieder einwandfrei
identifiziert sind. Dieses Material ist in Tab. 3 ebenfalls zusammengestellt.
Tabelle 3
I'aare der I. Nebenserie
v cm-'
81831300
5688,248
5682,675
E. Back
Trembleur im Vakuum
_
_
_
_
_
~
Revision of Rowlands
Preliminary Table
Sonnenspektrum
___-- ~
~
8194,836
8183,256
5688,220
5682,650
4982,827
4978,559
__
12 199,465
12 216,855
17 575,242
17 592,477
17,235
.
12 199,457
12 216,720
17 575,329
17 592,554
20 063,348
20 080,547
17,263
17,225
17,199
c) Vor allem ist aber eine Arbeit von F e r c h m i n und F r i s c h (9)
von Bedeutung, in der mit Hilfe eines Michelsonschen Stufengitters
eine Untersuchung iiber die Duplizitit der D-Terme an dem Serienglied 568815682 d durchgefiihrt wird.
Als Lichtquelle wurde eine Entladungsrohre mit Hohlkathode (10)
verwendet, die bei einer Expositionsdauer von 2 Std. gut belichtete
Aufnahmen ergab. An Stelle des 30 stufigen Echelons fand auch
eine Lummer-Gehrcke-Platte Verwendung. Die starkste Linie des
, miiBte einen schwachen ,,SatelDubletts (V = 32P8i,-4 %DI3 5688 &
liten" besitzen (v = 3 =P8,-4 2Da,J, aber weder die Aufnahmen mit
Stufengitter noch die mit der Lummer-Gehrcke-Platte zeigten eine
Andeutung dieses Begleiters. Dies ist nur so zu erklaren, daf3 die
Halbwertsbreite der Linien bei der verwendeten Lichtquelle zu gro6
war, als da6 eine Trennung oder wenigstens die Andeutung einer
Asymmetrie hatte erreicht werden konnen. Die Halbwertsbreite der
Linien ergab sich zu 0,03-0,04 8. Hieraus und aus der Unauflosbarkeit der Linie schlieflen die Verfasser, da6 die Trennung der
4 'JD,,%,
,,%-Termekleiner als 0,l cm-' ist.
Urn zu einer Abschiitzung der Termtrennung zu konimen benutzen die Verfasser ferner das Gesetz der regulBren Dubletts: Es
K . W . Meipner u. I<.P. Luft. Ilas Spektrum
ist die Terniaufspaltung d ?r =
R
(x2
~
123
-(ZZ(1
son Natrium I
usw.
701
u ) ~
0.975
n R (2- o)&.Unter
+ 1) - ___
der Annahme eines a-Wertes von rund 10,O ergibt sich daraus
als zu erwartende Aufspaltung der D-Terme: fiir den 32D-Term
d 2r = 0,036 cm-', f u r den 4 2D-Term A 2r = 0,015 cm-l.
d) Ferner standen uns die Erfahrungen aus einer friiheren
eigenen interferometrischen Untersuchung (11) des Spektrums einer
Natriumglimmentladung zur Verfiigung. Damals (im Jahre 1932)
konnte bei Etalondistanzen von 3-16 mm bei den Linien 5688,
4982, 4688 A kein Satellit beobachtet werden. Da die unmittelbare
Trennung der D-Terme nicht zu erreichen war, verzichteten wir
damals auf eine Ausmessung und Berechnung der an und f u r sich
sehr gut gelungenen Aufnahmen, zunial wir annahmen, daB die von
D a t t a angegebenen genauen Wellenkngenwerte eine Neumessung
des Spektrums eriibrigten. Erst die vorliegende Untersuchung lieE
die Ausmessung und die Veroffentlichung als erwiinscht erscheinen.
Das wichtigste der damaligen Untersuchung wird in einer besonderen
Notiz mitgeteilt (1 1).
11. Die Aufepaltung des 3P-Terms und der D-Terme
Was kann aus den vorliegenden Messungen iiber die Aufspaltung
des 3 P-Terms und der D-Terme geschlossen werden?
1. Die Aujspaltung des 3 2P-Terms (d 3P) ergibt sich nach
a) D a t t a (I, 1) als Mittel. . . . . . . . 17,170 cm-'
b) F a b r y und P e r o t (I,2, :I) . . . . . . 17,177 ,,
c) K i e s s Vakuumbogen (I, 1, b) . . . . . 17,195 ,,
Luftbogen
. . . . . . . . 17,19 7 ,,
d) aus dem Sonnenspektruni R o w l a n d (I, 2 , ~ )
(ohne D-Linien) 17,203 ,,
e) B u r n s und Mitarbeiter (I, 2, d)
(ohne D-Linien) 17,195 ,, .
Die D a t t a s c h e n Messungen scheinen, wenn auch nicht in dem
erwarteten MaBe, unter sich zu stimmen, der Wert A3P ist aber
bedeutend kleiner als die sicher sehr zuverlassigen Werte von K i e s s
und die aus dem Sonnenspektrum entnommenen Werte. DaB bei
den D-Linien starke Verschiebungen vorkommen konnen, ist oft
bemerkt worden; ob solche auch fur die iibrigen Diskrepanzen verantwortlich sind, scheint (besonders im Hinblick auf die spater noch
zu besprechenden unverstandlich groBen Abweichungen bei zwei
Linien) sehr fraglich.
Der beste Wert fur die 3 P-dufspaltung wird sich wohl als
Mittel aus den obigen Werten c, d und e ergeben, also unter AusschluE
.
702
dnnalen der Physik. 5. Folge. Band 29. 1937
der stark differierenden
D -Linien.
Diese Mittelung fuhrt auf
d 3P = 17,198 cm-l.
2. F ur die Trennung der Paare der e,rsten Nebenserie
( Aw),D = (3 2P1,, - m 'D.1,) - (3 'Pa,, - m 'Dos,J
ergibt sich
a) nach D a t t a (ohne das letzte Glied) ( d V ) 4 D = 17,156 cm-',
( A v)jD= 17,152 cm-l und (A Y ) =~ 17,162
~
cm-'. Man findet keinen
ausgesprochenen Gang, aber ( A v ) ist~ jeweils
~
kleiner als A 3 P.
Daraus wiirde man auf regelrechte Termlage zu schlieBen haben.
b) Nach den Messungen von B a c k ist ( A v ) ~ D= 17,190 cm-'
und ( A w)'iD = 17,235 cm-l. Diese Schwingungsdifferenzen der beiden
Abb. 1
starken Komponenten des Dubletts sind von der oben errechneten
Termdifferenz A 3P wesentlich verschieden und es ist ( A ~ ) kleiner
3
~
als A 3P, dagegen ( A w ) groper
~ ~ als A 3 P.
Aus diesen Verhaltnissen wsre zu schlieBen, daB der 3 2D-Term
regelrecht, der nachstfolgende 4 2D-Term aber verkehrt gelagert ware,
entsprechend den Abb. l a und lb.
Es kann auch leicht auf den ungefahren Wert der Aufspaltung
der D-Terme geschlossen werden, der sich ergibt als A 3 P - ( A w ) ~ ~ .
Man findet
fur d 3 DJ,,, = 17,198 - 17,190 = 0,008 cm-',
= 17,235 - 17,198 = 0,037 em-'.
f ur A4DslprSg
c) Diese Betrachtungen werden aber nicht gestiitzt durch die
gleichen flberlegungen unter Verwendung der Wellenlangenwerte der
Revision of Row 1a n d s Preliminary Table. Diese liefert nach I, 3, b
fiir die ersten 3 Serienglieder: ( A v ) =
~ 17,263;
~
( A v ) ~ D= 17,225;
(d v)y)BD
= 17,199 cm-1.
Der Wert ( A 9 ) 4 D > d 3 P stimmt mit dem
K. W . Meipner u. K. F. Luft. Das Spektrum von Natrium 1 usw. 703
Backschen gut uberein, dagegen ist im Gegensatz zu B a c k auch
( A v)sD groBer als A 3 P, so daB man aus dem Sonnenspektrum also
auf verkehrte Termlage der betrachteten D-Terme schlieBen mug.
Unter Verwendung der Sonnenwerte erhalt man fur die Termaufspaltungen die folgenden Betrage:
A3L)*,,,6/,= 17,263 - 17,198 = 0,065 crn-l,
A4DaJz,cJ,
= 17,225 - 17,198 = 0,027 cm-l,
A 5 D8,,,= 17,199
- 17,198 = 0,001 cm-'.
Aus dem letzten Werte ist auf die Lagerung der Terme nichts
sicheres zu schlieBen, da sowohl A 3P wie ( A Y ) ~ wohl mit groBeren
Fehlern behaftet sind als die errechnete Termdifferenz betragt.
Die so ermittelten Termaufspaltungen sind rund doppelt so
groB als die von P e r c h m i n und E'risch theoretisch ermittelten
(I, 3, c). Die GrijBe der Termaufspaltung .4 4 D = 0,027 cm-l ist
aber immer noch von der GroBe der abgeschatzten Halbwertsbreite
der Linien, so daB das MiBlingen einer Linientrennung bei den
Versuchen von F e r c h m i n und F r i s c h , wie auch in denen von
MeiBner und E b b i n g h a u s durchaus verstandlich bleibt.
111. Interferometrische Untersuchungen am Natriumatomstrahl
Die flbcrlegungen des vorigen Abschnitts zeigen, wie ungeklart
die Feinheiten im Bau des NaI-Spektrums sind; sie lassen andererseits aber auch erkennen, welche Bedingungen erfiillt sein miissen,
wenn eine Feinanalyse gelingen soll.
Sol1 eine direkte Auflosung der ,,vollsCandigen Dubletts" der
ersten Nebenserie gelingen, so ist mit groBerer Dispersion und
groBerem Aufliisungsvermogen zu arbeiten. Das wesentliche aber
ist die Verwendung einer Lichtquelle, die Linien von bedeutend
kleinerer Halbwertsbreite liefert als die bisher verwendeten Erzeugungsarten.
Nach den Erfahrungen, die wir bei der Untersuchung der
Hyperfeinstruktur der Na-D-Linien rnit einem durch ElektronenstoB
zum Leuchten angeregten Atomstrahl machten (la), war zu hoffen,
daB man bei geniigender Steigerung der Intensitat der Lichtquelle
nicht nur die starken D-Linien, sondern auch einige der allerdings
wesentlich schwacheren Nebenserienlinien interferometrisch wiirde
untersuchen konnen, ohue zu groBe Belichtungszeiten verwenden zu
miissen.
Diese Hoffnung erfiillte sich in vollem MaBe. Die Lichtstarke
des Atomstrahls lieB sich durch Vergrofierung des Dampfdrucks im
704
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 29. 1937
Ofenraum der Atomstrahlapparatur und besonders durch VergroBerung der Schichtdicke des Strahles wesentlich steigern. Wenn auch
die Scharfe der Linien dadurch etwas beeintrachtigt wurde, SO
wurde die Genauigkeit der Messungen nur unwesentlich beeinfluljt.
Nur fur die Messungen an den D-Linien wurde der Atomstrahl auf
2 mm Dicke begrenzt, da bei diesen Linien mit groBeren Schichtdicken eine ganz wesentliche Verbreiterung and auch Intensitgtsanderungen auftreteu. Wie lichtstark der Atomstrahl betrieben
werden kann, erhellt am besten daraus, daB fur eine genugende
Relichtung des im Infrarot liegenden Grundgliedes der ersten Nebenserie (8190 8) eine Belichtungszeit von 11/%Std. ausreic,ht. Die
groBe Scharfe der Linien gestattete die Anwendung groBer Etalondistanzen des Perot - Pabry-Apparates und die Erreichung hoher
MeBgehauigkeit ( & 0,0005 8).
Von der Scharfe der Linien erhalt man einen Begriff durch die
in Abb. 2 zusammengestellten Aufnahmen, die auch die in Abschn. IV
und V mitgeteilten MeBergebnisse und Linienstrukturen erlautern
sollen. Bei geringerer Schichtdicke ware die Linienschgrfe noch
groBer.
Die nberlegungen des hbschn. I1 waren fur die richtige Wahl
der Etalondistanzen, die eine Trennung der Satelliten der ersten
Nebenserie von der zugehorigen Hauptlinie erm8glichteq von Wichtigkeit. Als giinstig erwiesen sich Distanzen von 36 und 60 mm;
auBerdem wurde mit dem 10 mm-Etalon eine Aufnahme zur Elimination des Phasensprungs gemacht.
Als Normale verwendeten wir zunachst die grune Kryptonlinie
mit dem von H u m p h r e y s (13) angegebenen Wert 5570,2890 8 ;
es wurden jeweils auch die zwei ebenfalls starken Kryptonlinien 5562 und 5870
rnit aufgenommen und ausgemessen.
Hierbei zeigte sich eine volle obereinstimmung der H u m p h r e y s schen Werte mit den unsrigen innerhalb & 0,0003 A.
Besonders genau wurde an die Kryptonlinie die Na-Linie
6 160 A angeschlossen, deren endgultig erhaltener Wellenlangenwert 6160,7470 f 0,0003 8 schlieBlicli einheitlich f u r alle NaAufnahmen als Normale verwendet wurde.
Der nach Angaben des einen von uns von S c h m i d t und
H a e n s c h, Berlin, speziell f iir interferometrische Aufnahmen gearbeitete Spektralapparat ist mit einem Spezial-Kameraobjektiv
(60 mm &hung, 850 mm Brennweite) der Firma Zeiss ausgestattet,
das bei Verwendung von zwei Rutherfordprismen ein gut geebnetes
Spektrum im Bereich von 6000-4500 A (etwa 18 cm Plattenlainge) uud entsprechend von 10000-6000 A liefert.
a
Ti. W . Meibner u. K .
El.
Luft. Das Spektrum von Natriuni I usw. 705
Das Etalon befand Rich in einem luftdichten GefaB unmittelbar
hinter dem Kollimator und wurde durch eine Thermostateneinrichtung auf konstanter Temperatur gehalten. Die bei dieser Anord-
Abb. 2. Wiedergabe einiger l'aare der ersten Nebenserie (I), &eer zweiten
Nebenserie (11) und der D-Linien (H. S.) bei 60 mm und 36 mm Etnlondistanz.
a bis f 60 mm Etalon
g bis m 36 mm Etalon
a 6160/6154
g 8194/8183 (Satellit)
h 61GO/6154
b 5688/5682 (Satellit)
c 5153/5148
i 5688/5682 (Satellit)
d 498214978
k 515315148
e 4751/4747
1 4982/4978
m D, und D,-Linie
f 4668/4664
706
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 29. 1931
nung durch Reflexion an den VerschluBplatten und den unversilberten Flachen der Quarzplatten auftretenden Bilder storten bei
geeigneter Justierung nicht. Gunstig wirkt sich bei der Anordnung
die groBe Brennweite des Kameraobjektivs aus. Die Etalonplatten
(Firma Zeiss) bestanden aus Quarz und waren fast vollkommen
fehlerfrei.
Die Durchmesser der das Spaltbild senkrecht durchkreuzenden
Interferenzlinien wurden mit einem -4 b b e schen Komparator in
zwei getrennten MeBserien bestimmt und die Wellenlangen nach
dem von St. J o h n angegebenen Verfahren ausgewertet (14). Die
Korrektionen fur Phasensprung und die Reduktionen auf Normalbedingungen (15O C und 760 mm Hg) lagen innerhalb der MeBgenauigkeit.
IV. MeSergebnisse
Die endgultigen MeBergebnisse sind in der Tab. 4 zusammengestellt. In der ersten Xolonne sind die theoretischen, der Beobachtung gut entsprechenden Intensitatsverhaltnisse angegeben. Diese
Zahlen haben aber nur innerhalb der jeweils ZusarnmengefaBten
Liniengruppe eine relative Bedeutung und konnen nicht zum Vergleich der Intensitaten der einzelnen Serienglieder herangezogen
werden. Da wir keine regelrechten Intensitatsmessungen ausgefiihrt
haben, verzichteten wir auf die sonst iibliche Abschatzung auf
Grund der Linienschwarzung. Die D-Linien sind rund hundertmal
starker als das Nebenserienglied 5688/82 A; ferner mag noch angefuhrt werden, daB der Intensitatsabfall in der zweiten Nebenserie wesentlich starker ist als in der ersten Nebenserie.
Die zweite Kolonne enthalt die Wellenlangen in I. A., die
auf mindestens f 0,0005 A richtig sind. In der dritten Kolonne
stehen die Vakuumwellenzahlen, die mit den von K a y s e r (3)
ermittelten Vakuumkorrektionen aus den I Werten berechnet
wurden. Die vierte Kolonne enthalt die Schwingungsdifferenzen
der einzelnen Serienglieder. Die weiteren Kolonnen enthalten zum
Vergleich die Wellenlangen der am Kopfe jeweils angegebenen
friiheren Arbeiten. Die letzte Kolonne gibt die Termbezeichnung an.
Die MeBergebnisse fur den Atomstrahl sind mit den mit dem
Geisslerrohr gewonnenen Resultaten von MeiBner und E b b i n g h a u s in sehr guter fibereinstimmung. Die Sonnenlinien zeigen eine
systematische Verschiebung von 1 bis 2 Hundertstel A nach Rot
gegeniiber dem Atomstrahl. Die Abweichungen der Dattaschen
Messungen sind erheblich gr6Ber als urspriinglich erwartet wurde
und betragen im allgemeinen mehrere Hundertstel A; bei einem
-
~
~~
21 055,8910
21 413,9081
21 431,1166
4666,8595
4664,8107
2
1
1
1
4751,8218
4747,9410
2
1
2
1
,5153,4024
5148,8381
4982,8134
4978,5414
2
1
2,827
8,559
1,8291
7,961
2,664
5,608
1,891
8,016
5,597
4,658
2,813
8,541
1,819
7,939
8,563
4,808
**) Filllt. mit einer Chromliiiie zusammen.
17,2087
17,1959
17,2193
20 063,4024
20080,6211
21 038,6951
17,1966
8,574
4,796 **)
0,007
0,02
3,417*)
8,846*)
3,645
9,090
1
0,014
0,018
2,650
2,675
2,632
3,399
6,834
I
0,017
0,015
0,008
8,220
8,222
0,0346
17,1963
0,015
9,977
5,965
-
0,014
0,027
0,020
0,0573
0,012
0,010
0,002
0,012
5,944
0,759
4,235
3,258
4,836
I
____
Al
Some
minus
Atomstrahl
5,932
i
Rowland
Rev.
Some
0,0613
8,199
1
~ - _ _ - _ _ _ _ ~
Datta
Vakuumbogen
0,725
4,214
-
Meiher u.
Ebbingbaus
Geisslerrohr
17,1963
0,0494
17,1960
.~
Au
19 399,2672
19 416,4638
16 227,3169
16 244,5132
16 956,1600
16 956,2213
16973,3671
16 973,4144
17 575,3761
1 7 575,4097
17 592,6060
6160,7470
6154,2253
5898,931 ti
5695,9103
5689,9579
6889,9380
8688,2046
5688,1934
5682,6333
2
1
5
3
10
6
9
1
5
12 199,4757
12 199,5251
12216,7211
~
_ ~ __
_ _ _
. -
8194,8237
8194,7905
8183,2556
~
MeiBner und Luft, Atomstrahl
1
5
9
Relative
Intensita
Tabelle 4
Wellenlangen und Wellenzahlen des Natrium-Atomstrahls
708
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 29. 1937
Linienpaar (5153/5148 A) erreicht der Unterschied sogar 0,25 A.
Die Angabe der Tausendstel a lieB vermuten, daB die Genauigkeit mindestens einige Tausendstel L! , betrage, da aber D a t t a fur
seine Messungen nur ein 3-m-Konkavgitter verwendet hat, kann die
MeBgenauigkeit selbst bei sorgfaltigster Messung in erster Ordnung
+ 0,02 A nicht iibersteigen. Die grijBere Abweichung der einen
Linie ist nicht zu verstehen.
Wir haben zur Klairung diesex Abweichung bei 10 mm Etalondistanz noch Aufnahmen niit einer Natriumdampjlampe der E’irma
O s r a m gemacht, die den Verhkltnissen des Dattaschen Vakuumbogens am besten entsprechen durfte. Wir konnten aber keine
derartig groBe Verschiebung beobachten und neigen zur Ansicht,
daB es sich bei dieser Linie urn irgendein Versehen D a t t a s
handeln mug.
DaB tatsachlich ~ellenlaingenverschiebung.enim Spektrum der
Na-Bogenlampe gegeniiber dem Atomstrahl und dem Geisslerrohr
auftreten, konnten wir durch einige orientierende Messungen einwandfrei feststellen. Die Welledangen der Dampflarnpe sind um
0,005-0,006 b griiBer als beim Atomstrahl. Es hat den Anschein, als ob diese Verschiebung mit wachsender Laufzahl innerhalb einer Serie zunimmt. Es liegt nahe, die in diesen Na-Lampen
vorhandene Argon -Atmosphare fur die Verschiebungen verantwortlich zu machen. Nahere Untersuchungen sind im Gange.
Einer besonderen Besprechung bediirfen noch unsere MeBergebnisse an den D-Linien und ihr Vergleich mit denen anderer
Beobachter. Da bei der grogen Schiirfe der Atomstrahlaufnahmen
noch die Hyperfeinstruktur des 3 2,s-Terms getrennt wird, bei den
Messungen an anderen Lichtquellen aber die Hyperfeinstruktur unaufgelbt blieb, so ist der unmittelbare Vergleich nicht moglich.
Es sind fur diesen Zweck die Wellenlangen der Schwerpunkte
heranzuziehen, die man bei Kenntnis der Intensitatsverhiiltnisse berechnen kann. [Die in der Tabelle angegebenen Hyperfeinstrukturaufspaltungen dv = 0,0613 und 0,0573 cm-’ stirnmen innerhalb der
MeBgenauigkeit mit den friiher (12) exakter bestimmten Werten
0,0607 und 0,0572 cm-l iiberein.]
Unter Verwendung des theoretischen Intensitatsverhaltnisses
erhalt man folgende
S c h \v e r D u n k t s w e r t e d e r D - L i n i e n
K . W. Meipner u. I<.F. Luft. Das Xpektrum von Natrium I usw. 709
Ein Vergleich dieser Werte mit den in Abschn. I, 2 aufgefuhrten
Ergebnissen zeigt starke Diskrepanz rnit den F a b r y - P e r o t s c h e n
Werten und den Sonnenwerten. Die fibereinstimmung rnit den von
K i e ss am Luftbogen ermittelten Wellenlangen ist merkwurdigerweise besser als mit den von K i e s s , B u r n s und Mitarbeitern a m
Vakuumbogen gewonnenen TiTerten.
Den Grund fiir die auftretenden Diskrepanzen zu untersucben,
ist hier nicht der Ort. Wir sind der Ansicht, daB der Atomstrahl
in der von uns benutzten Form von allen aufgefuhrten Lichtquellen
die storungsfreieste ist und daB deshalb die mit ihm erhaltenen
Wellenlangenwerte fur atomphysikalische Untersuchungen das groBte
Vertrauen verdienen.
Wie aus der Tab. 4 zu ersehen ist, sind die Schwingungsdifferenzen bei den Paaren der zweiten Nebenserie innerhalb der
MeBgenauigkeit einander gleich und man erhalt fur die Aufspaltung
A 3P1,1,8,,den Mittelwert d u =: 17,1963 crn-l. Die fur die D-Linien
stimmt mit
errechnete Schwerpunktsdistanz Av = 17,1956 cm-'
diesern Wert gut uberein.
Im Sonnenspektrum ist das rote Glied der zweiten Nebenserie
(6160/54) rnit groBer Intensitat vorhanden und tritt im Spektrum
der Somenflecken verstarkt auf. Den Intensitatsverhaltnissen entsprechend sollte das nachste Serienglied (5153/5148) ebenfalls im
Sonnenspektrum vertreten sein, aber auf Grund der D a t taschen
Werte ist eine befriedigende Zuordnung nicht zu treffen. Unseren
Werten dagegen entsprechen zwei bisher nicht eingeordnete Sonnenlinien mit richtigem Intensitatsverhaltnis, die ebenfalls im Fleckenspektrum verstarkt sind und gegen die Atomstrahlwellenlangen um
einen Betrag verschoben sind, der rnit den ubrigen beobachteten
Verschiebungen in gutem Einklang ist (vgl. die Tabelle).
V. Die Struktur der ersten Nebenserie
Die Struktur der ersten Nebenserie laBt sich an Hand der
MeBergebnisse eindeutig feststellen.
Die beiden ersten Glieder sind als vollstandige Dubletts aufgelost, der Satellit liegt auf der kurzuelligen Seite der starksten
Komponente und ist von der schwacheren Dublettkomponente um
den Abstand A 3 PI,$, entfernt. Diese Lagerung deutet auf verkehrte Termordnung.
Rei den beiden weiteren Gliedern wurde zwar der Satellit (nur
aus Intensititsgrunden) nicht mehr erhalten, aber auch hier ist fur
die entspechenden D-Terme der Nachweis der verkehrten Termlage
dadurch zu erbringen, daB die beobachteten Schwingungsdifferenzen
3//.
Annalen der Physik. 5. Folge. Band 29. 1937
710
der starken Komponenten (dv = 17,2193 und 17,2087 cm-') grofier
sind als A 3 P = 17,1963 cm-' und es l%Bt sich hier die Aufspaltung
der D-Terme wenigstens berechnen. Man erhalt A 5 D = 0,0230 cm-l
und A 6 D = 0,0124 cm-'.
Der unmittelbare Nachweis der Satelliten ist bei entsprechend
langer Belichtungszeit durchaus moglich, da die Breite der Linien
noch wesentlich kleiner ist als die aufzulosende Schwingungsdifferenz.
Wir haben aber in Anbetracht des kleinen Nutzeffektes darauf
verzichtet, einen Umbau unserer Apparatur vorzunehmen, der die
Verwendung grofierer Natriummengen gestattet hatte.
Die verkehrte Termordnung, die bei den Spektren der Alkalien
zuerst bei der Bergmannserie des Casiums (15) gefunden wurde, ist
nichts ungewohnliches. Sie wurde bei den D-Termen des Kaliums (16),
bei dem 3 D-Term und bei den F-Termen des Rubidiums (17) und
bei einigen Bergmannlinien des Kaliums (18) festgestellt.
Auf die theoretische Deutung dieser Verhaltnisse sol1 in diesem
Zusammenhang nicht eingegangen werden.
VI. Neuberechnung der Terme
Die genauen Wellenlangenwerte der Tab. 2 wurden dazu verwendet, die Terme der D- und S-Serien neu zu berechnen. Dabei
wurde auf die Verwendung des von W o o d und F o r t r a t (19) als
Grenze der Hauptserie berechneten 32Slil-Terms verzichtet, da dieser
Berechnung ungenauere Wellenlingenmessungen zugrunde liegen
und damals auBerdem die Korrektion auf Vakuumwellenlangen nicht
mit der heute moglichen Oenauigkeit ausgefuhrt werden konnte.
Eine diesbeziigliche Korrektion erhoht den Woo d-For t r a t schen
Wert um 0,40 cm-' (von 41 448,59 cm'' auf 41 448,99 cm-l).
Tabelle 5
Erste Nebenserie: Y = 3 ?PI/#,
s/2 - m. *4,=,
s/t ,
3 'PSIS
= 24 493,280,
3
= 24 476,084
r n l
8194,824
PSI,D6,. v 12199,476
rn zD5,,
11 12276,608
dl
8194,791
PS,"
D,,-Y , 12199,525
,.
1
I
m sDal, 12276,559
PI,%
1
'
I
_______
~
4
~
6688,205
17575,375
6900,709
5685,193
17575,410
6900,674
12216,721
8183,256 p68G-;,l-11-%74,8692,606
I.l
m aD.,r 12276,569
1
_
~
6900,674
'
!
I
~
_
5
_
.
4982,813
20063,402
4412,682
1
1
_
6_
4668,560
21 413,908
3062,176
I
1_
1
7_
4497,657
22227,683
2248,501
I
I
1
20080,622
21 431,117
4412,658
3062,163
II
1
_
_
22244,780
4494,180
2248,500
~
K. W . Meipner u. K. P. Lujt. Das Spektrum von Natrium 1 usw. 711
In der Tab, 5 und 6 sind die Ergebnisse zusammengestellt.
Der Term 24493,280 wurde aus den Gliedern m = 4 , 5 , 6 der ersten
Nebenserie durch eine R i t z sche Serienformel errechnet. Wie
man aus Tab. 6 ersieht, ist der dadurch festgelegte 32S1,;Tem
41449,463 cm-' etwas groBer als der korrigierte Wert von W o o d
und F o r t r a t .
Tabelle 6
Zweite Nebenserie:
3 'P,, = 24493,280,
m
3
4
Y
=3
811rm 2S,ir,
3 'P,,
= 24476,084
~
66
VII. Zusammenfassung
Verwendet man zur Erzeugung des Na I-Spektrums einen durch
ElektronenstoB angeregten Natriumatomstrahl als Lichtquelle, so
erhalt man bei Beobachtung senkrecht zur Plugrichtung der Atome
Spektrallinien von einer Scharfe, wie sie bisher keine andere Lichtquelle zu liefern verrnochte.
Rei genugend groBer Dichte und Schichtdicke des Atomstrahls
laBt sich eine solche Intensitatssteigerung erzielen, daB man bei
nicht zu langen Belichtungszeiten auch die schwacheren Linien der
Nebenserien interferometrisch nach der Nethode von F a b r y und
P e r o t zu messen vermag. Die ausgezeichnete Scharfe der Linien
erlaubt die Anwendung erheblicher Etalondistanzen, so daB man bei
hohem Auflosungsvermogen eine groBe MeBgenauigkeit ( & 0,0005 8)
erzielen kann.
J e vier Glieder der beiden Nebenserien wurden im AnschluB
an die griine Kryptonlinie 5570 A gemessen, auBerdem die beiden
D-Linien.
Die Glieder der xweiten Nebenserie haben die Schwingungsdifferenz A v = 3 2Pziz- 3 2PaiI
= 17,1963 cm-'.
Bei zwei Gliedern der ersten Nebenserie gelang uns die Auflosung in ,,vollstdndige Dublettsl. Bei allen gemessenen Linien dieser
Serien liegt verkehrte Termordnung vor.
Die Aujspaltungen der 2D-Terme ergaben sich zu
A 4 2D = 0,0346 cm-',
.4 3 2D61*,3/p
= 0,0494 cm-l,
A 6 2D = 0,0124 cm-l
d 5 2D
= 0,0230 cm-l,
.
712
Annalen der Physik. 5. Polge. Band 29. 1937
Wahrend man aus alteren Arbeiten uber das Natriumspektrum
niir indirekte Schliisse auf die Struktur der D-Terme ziehen kann,
die auf Widerspruche fuhren, werden durch die genaue Festlegung
der 3 2P-Aufspaltung und durch den unmittelbaren Nachweis der
Satelliten die Verhaltnisse restlos geklart.
Eine Neuberechnung der Terme auf Grund der neuen Messungen
wird durchgefuhrt.
Der bei der Arbeit verwendete Spektrograph ist eine Leihgabe
der Deutschen Forschungsgemeinschaft.
VIII. Literaturverzeichnis
1) H. K a y s e r , Handb. d. Spektroskopie Bd. 7,3. S. 1361. 1534.
2) S. D a t t a , Proc. Roy. SOC.Lond. A 99. S. 69. 1921.
3) H. K a y s e r , Tahelle der Schwingungszahlen, Leipzig 1925.
4) Ch. F a b r y u. A. P e r o t , Compt. rend. 130. S. 492. 1900; Ann. Chim.
et Phy. 25. S. 98. 1902.
5) C. C. K i e s s , Journ. Opt. SOC. Am. 18. S. 169. 1929; Bur. of Stand. J.
Res. 1. S. 75. 1928.
6) The Revision of Rowlands Table of Solar Spectrum Wave-Lengths,
Carnegie Institution of Washington 1538. Ferner C h a r l o t t e E. Moore.
Atomic Lines in the Sun-Spot-Spectrum, Princeton N. J. 1933.
7) K. B u r n s u. C. C . K i e s s , Publ. Alleghany Obs. 6. S. 125. 1927. Ferner
Zusammenstellung bei M a r y E. W a r g a , ebenda 6. S. 151. 1928.
8) E. R a c k , Ann. d. Phys. 70. 8. 370. 1923; Ztschr. Phys. 33. S. 598. 1925.
9) A. F e r c h m i n u. S. F r i s c h , Ztschr. Phys. 63. S. 326. 1929.
10) S. F r i s c h , Ztschr. Phys. 49. S. 59. 1927.
11) K. W.MeiBner u. E. E h b i n g h a u s , Ann. d. Phys. [5] 29. S. 713. 1937.
12) K. W. M e i B n e r u.K. F . L u f t , Ann. d. Phys. [5] 28. S. 667. 1937.
13) C. J. H u m p h r e y s , Bur. of Standards Journ. Res. 5. S. 1041. 1930.
14) Vgl. z. B. Handb. d. Astrophysik Bd. 1. S. 266. Berlin 1933.
15) K. W. M e i B n e r , Ann. d. Phys. [4] 65. S. 378. 1921.
16) F . P a s c h e n , N a t u r w . 11. S.434.1923; S. D a t t a , a.a. 0.; A . F e r c h m i n
u. S. F r i s c h , a. a. 0.;K. W. M e i u n e r u. 0. M a s a k i , Ann. d. Phys. [5] 10.
S. 328. 1931.
17) R . R a m b , Ann. d. Pliys. [5] 10. S. 311. 1931; K. W. M e i B n e r u.
0. M a s a k i , Ann. d. Phys. [ 5 ] 10. S. 325. 1931; K. W. M e i B n e r , Ztschr.Phys.
98. S. 353, 1935.
18) K. W.MeiBneru.O.Masaki,a.a.O.; 0 . M a s a k i u . K . K o b a y a k a w a ,
Journ. of Science Hiroshima University 6. S. 217. 1936.
F r a n k f u r t a. M., Physik. Institut d. Universitat, April 1937.
(Eingegaugen 30. April 1937)
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