]> 1. 6. Спектры атомов с одним электроном на верхней подоболочке
 
Домой Взаимодействие атомов с частицами и веществом>> Разделы Список литературы Обозначения Справочник


1.Атомы

1.6.Спектры атомов с одним электроном на верхней подоболочке

Предыдущий Атомы Следующий

Проблемы взаимодействия излучения с веществом рассмотрены в работах [1,4,5], а также в разделе 3. Возможны три основных процесса.

  1. Спонтанное излучение фотона при переходе из возбужденного состояния i в лежащее ниже j. Вероятность перехода в единицу времени определяется выражением
    d Ρij= Ρij0S( ω)d ω, (40)
    где Ρij0- полная вероятность перехода и S(ω) - нормированная на единицу функция, описывающая спектральную ширину линии.
  2. Поглощение излучения
    σji= π2c2 ω2 Ρij0S( ω)qiqj, (41)
  3. Вынужденное излучение
    σij= π2c2 ω2 Ρij0S( ω), (42)
    где σijи σji- сечения соответствующих процессов.

Вероятности данных процессов определяется выражениями

d Ρij= σijNin ωkcd ωd Ωd Ρji= σjiNjn ωkcd ωd Ω, (43)
где N i - концентрация атомов в состояниях i и n ωkc- поток фотонов, отнесенный на единичный интервал ω и в единицу телесного угла Ω.

Из выражений (41-43) видно, что как излучение, так и поглощение фотонов происходят в узком спектральном интервале ширины линий и зависят от

Ρij0, т.е. от величины матричного элемента взаимодействия V ij (см. [1,5])
Ρij0=2 π|Vij|2. (44)


Переход называется разрешенным, если в величине Vij отличен от нуля дипольный член разложения. В этом случае вероятности перехода максимальны Vijdij. Если дипольный момент перехода dij равен нулю, то переход называют запрещенным. Однако излучение и поглощение фотоны возможно и в этом случае, но с малой вероятностью, определяемой следующими членами разложения потенциала взаимодействия, т. е., например, квадрупольным моментом и т.д.

Для атомов с LS-связью условия отличия от нуля дипольного момента перехода сводятся к следующим:

ΔL= ±1, ΔS=0, ΔJ=0, ±1, (45)
кроме случая J 1= 0 и J 2= 0.

На рис. 3 показаны энергетические уровни и разрешенные переходы в атоме водорода.

Пренебрегая тонкой структурой, частота перехода определяется выражением

ω=Rp(1ni2-1nj2). (46)
Обычно линии группируются в следующие серии.
  1. Ультрафиолетовая серия Лаймана
    ω=Rp(1-1nj2), где nj= 2, 3... .
  2. Серия Бальмера
    ω=Rp(122-1nj2), где nj= 3, 4, 5... .
  3. Линии в данной серии расположены в видимой области и обычно обозначаются
    H α=6563 &Agr;( nj= 3), H α=4861 &Agr;( nj= 4), H α=4340 &Agr;( nj= 5).
  4. Инфракрасная серия Пашена
    ω=Rp(132-1nj3), где n j= 4, 5, 6... , λ 1=18751 &Agr;( nj= 5).

Более подробно (см. рис. 3) представлены уровни энергии с n=3. Учет тонкой структуры и лембовского сдвига приводит к формированию семи линий

32D5/222P3/2, {32P3/232D3/2>22P3/2
{32P3/222S1/232D3/222P1/2}, {32S1/222P1/232P1/222S1/2}

Фигурной скобкой объединены термы, энергия которых отличается только на малую величину лембовского сдвига.

Спектры щелочных металлов, имеющих в верхней подоболочке один электрон, существенно отличаются от спектра водорода (см. рис. 1). Отличие обусловлено, в первую очередь, снятием вырождения по орбитальному моменту внешнего электрона. Причем энергия уровня зависит от l настолько сильно, что нельзя уже говорить о расщеплении уровня с данным n. Скорее, уровни с заданным l описываются водородоподобно (см. тему 1.1) с эффективным квантовым числом n*. Каждый из энергетических уровней, показанных на рис. 1, кроме S-термов, расщеплен на два за счет спин-орбитального взаимодействия. Значение J равно J=L ±1/2 при L ≠0 и J=1/2 при L=0. Правила отбора аналогичны (45).

Поскольку при переходах главное квантовое число может измениться на любое значение, допустимы переходы в состояние 22S 1/2 из любых состояний n jP1/2,3/2, где nj = 2, 3... (главная серия). Каждая линия расщеплена на две

22S1/2<nj2P1/2nj2P3/2, nj = 2, 3, 4... .
Аналогично устроена одна из побочных серий
22P3/222P1/2>nj2S1/2, nj = 3, 4, 5... .
Только в этом случае дублетная структура обусловлена расщеплением нижнего уровня 2p.

Вторая побочная серия имеет более сложный состав - состоит из трех линий

22P1/222P3/2>nj2D1/222P3/2-nj2D3/2, n j = 3, 4, 5... .
Однако, учитывая что расщепление d-уровней много меньше p, данный переход обычно регистрируется как диффузно-размытый (диффузная серия).
Предыдущий Атомы Следующий