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Lexikon der Optik: Molekularstrahlspektroskopie

Molekularstrahlspektroskopie, eine Methode der hochauflösenden Spektroskopie in Gasen unter stoßfreien Bedingungen. Die Spektroskopie von Atomen und Molekülen in einem Atom- bzw. Molekularstrahl bietet eine Reihe von Vorteilen, so daß sie – trotz des größeren experimentellen Aufwandes – in zunehmendem Maße anstelle bzw. in Ergänzung zu der konventionellen, mit Gaszellen arbeitenden Spektroskopie eingesetzt wird. Durch Ausblenden ("Abschälen" mit dem Skimmer nach Austritt aus der Düse) eines Strahlbündels mit geringer Divergenz (Öffnungswinkel ψ) läßt sich die durch den Doppler-Effekt verursachte relative Linienverbreiterung auf kleine Werte ΔνD0=(v/c)ψ begrenzen, wobei ν0 die Frequenz der Atom- bzw. Moleküllinie, v die Teilchen- und c die Lichtgeschwindigkeit bedeuten (Abb.). Damit kann das spektrale Auflösungsvermögen um bis zu 2 Größenordnungen im Vergleich zu Zellenmessungen erhöht werden (Doppler-freie Laserspektroskopie).

Stöße der Gasteilchen im Strahl finden nur unmittelbar nach dem Austritt aus der Düse und in beschränktem Maße am Skimmer statt, ansonsten fliegen die Teilchen bei hinreichend gutem Vakuum nahezu stoßfrei durch die Apparatur. Insbesondere in dem Wechselwirkungsbereich mit dem Lichtstrahl (Abb.) können Stoßprozesse praktisch vernachlässigt und damit spektroskopische Messungen (in Absorption oder Emission) ohne die sonst störenden Einflüsse der Stöße ausgeführt werden. Ein weiterer Vorteil der M. ergibt sich, wenn das zu untersuchende Gas mit Überschallgeschwindigkeit durch die Düse ausströmt. Die adiabatische Expansion vom Ausgangsdruck p0 auf den Enddruck p führt dann als Folge der Stoßprozesse im Düsenbereich zu einer Verringerung der Gastemperatur von T0 auf T entsprechend der Beziehung T/T0=(p/p0)(1-κ)/κ. Dabei ist κ der Adiabatenkoeffizient des betreffenden Gases. Die Kühlung des Gases im Überschall-Molekularstrahl, die auf Temperaturen bis unter 0,01 K erfolgnn kann, führt wegen der Reduzierung der Anzahl der thermisch besetzten Molekülniveaus zu einer drastischen Vereinfachung der gemessenen Molekülspektren, was für deren Interpretation von erheblichem Vorteil ist.



Molekularstrahlspektroskopie: Schematische Darstellung einer Molekularstrahlanordnung. p0, T0 Ausgangsdruck bzw. -temperatur.

  • Die Autoren
Roland Barth, Jena
Dr. Artur Bärwolff, Berlin
Dr. Lothar Bauch, Frankfurt / Oder
Hans G. Beck, Jena
Joachim Bergner, Jena
Dr. Andreas Berke, Köln
Dr. Hermann Besen, Jena
Prof. Dr. Jürgen Beuthan, Berlin
Dr. Andreas Bode, Planegg
Prof. Dr. Joachim Bohm, Berlin
Prof. Dr. Witlof Brunner, Zeuthen
Dr. Eberhard Dietzsch, Jena
Kurt Enz, Berlin
Prof. Joachim Epperlein, Wilkau-Haßlau
Prof. Dr. Heinz Falk, Kleve
Dr. Wieland Feist, Jena
Dr. Peter Fichtner, Jena
Dr. Ficker, Karlsfeld
Dr. Peter Glas, Berlin
Dr. Hartmut Gunkel, Berlin
Dr. Reiner Güther, Berlin
Dr. Volker Guyenot, Jena
Dr. Hacker, Jena
Dipl.-Phys. Jürgen Heise, Jena
Dr. Erwin Hoffmann, Berlin (Adlershof)
Dr. Kuno Hoffmann, Berlin
Prof. Dr. Christian Hofmann, Jena
Wolfgang Högner, Tautenburg
Dipl.-Ing. Richard Hummel, Radebeul
Dr. Hans-Jürgen Jüpner, Berlin
Prof. Dr. W. Karthe, Jena
Dr. Siegfried Kessler, Jena
Dr. Horst König, Berlin
Prof. Dr. Sigurd Kusch, Berlin
Dr. Heiner Lammert, Mahlau
Dr. Albrecht Lau, Berlin
Dr. Kurt Lenz, Berlin
Dr. Christoph Ludwig, Hermsdorf (Thüringen)
Rolf Märtin, Jena
Ulrich Maxam, Rostock
Olaf Minet, Berlin
Dr. Robert Müller, Berlin
Prof. Dr. Gerhard Müller, Berlin
Günter Osten, Jena
Prof. Dr. Harry Paul, Zeuthen
Prof. Dr. Wolfgang Radloff, Berlin
Prof Dr. Karl Regensburger, Dresden
Dr. Werner Reichel, Jena
Rolf Riekher, Berlin
Dr. Horst Riesenberg, Jena
Dr. Rolf Röseler, Berlin
Günther Schmuhl, Rathenow
Dr. Günter Schulz, Berlin
Prof. Dr. Johannes Schwider, Erlangen
Dr. Reiner Spolaczyk, Hamburg
Prof. Dr. Peter Süptitz, Berlin
Dr. Johannes Tilch, Berlin (Adlershof)
Dr. Joachim Tilgner, Berlin
Dr. Joachim Träger, Berlin (Waldesruh)
Dr. Bernd Weidner, Berlin
Ernst Werner, Jena
Prof. Dr. Ludwig Wieczorek, Berlin
Wolfgang Wilhelmi, Berlin
Olaf Ziemann, Berlin


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