ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Определение вероятностей переходов по аномальной днсперснн из "Оптические спектры атомов" Таким образом, с классической точки зрения мощность излучения пропорциональна квадрату амплитуды а, четвертой степени частоты V и числу излучающих осцилляторов N . [c.390] Величина 7 называется коэффициентом затухания, а х — временем затухания. В результате затухания излучение не может определяться одной единственной частотой V, но характеризуется набором частот, распределенных в некотором интервале. Другими словами, линия перестает быть строго монохроматической и оказывается расширенной (естественная ширина линий, см. 83). Однако пока мы не будем принимать во внимание естественного расширения линий, а предположим, что линии расширены лишь за счет беспорядочного теплового движения атомов (осцилляторов) в силу принципа Допплера ( 84). Тогда по отношению к каждому отдельному осциллятору сохраняются в неизменном виде формулы (1) — (4), расширение же линий определяется тем, что отдельные атомы движутся с разными (по величине и направлению) скоростями по отношению к спектральному прибору. с помощью которого линия наблюдается. В этом случае формула (5) относится к полному (интегральному) излучению, приходящемуся на всю линию в целом. [c.391] Где — атомный вес, Н — газовая постоянная, Т—абсолютная температура. [c.392] Определим теперь для линии с допплеровским контуром интеграл х, i v. [c.393] Таким образом, значение / М оказывается непосредственно связанным с величиной Хд для центра линии. Этим соотношением мы воспользуемся в дальнейшем. [c.393] В 1917 г. Эйнштейн впервые связал вопрос об излучении с вероятностью переходов [ ]. [c.394] Здесь к—постоянная Больцмана, а VI g — статистические веса соответственно к-то и /-Г0 уровней. При отсутствии вырождения статистический вес уровня, характеризуемого квантовым числом У, равен = 2У- -1. [c.395] Наконец, укажем, что время жизни квантового состояния должно быть сопоставлено с временем затухания т, рассматриваемым при классическом описании процесса излучения. Однако сразу отметим существенное различие между квантовым временем жизни и классическим временем затухания т. Во-первых, т по формуле (6) 70 выражается лишь через мировые константы и частоту линии V. Следовательно, время затухания соответствует определенной спектральной линии. Время же жизни соответствует квантовому уровню, который может быть исходным для нескольких спектральных линий (переходы на несколько нижележащих уровней). Во-вто-рых, классическое время жизни для всех линий с близкими частотами V приблизительно одно и то же, так как по формуле (6) 70, кроме V, оно зависит лишь от мировых констант. Время же жизни т , как мы увидим ниже, дажг для близких уровней может различаться на несколько порядков. Тем не менее если ограничиться интенсивными дипольными переходами (см. 76), то т и оказываются величинами одного порядка, равными приблизительно 10 сек. Тогда из соотношений (4а) и (16а) получаем, что для видимой части спектра для дипольных переходов Л и представляют собой соответственно величины порядка 10 и 10 сек (величина безразмерна). [c.397] Существуют многочисленные экспериментальные методы измерения вероятностей переходов [ ]. В настоящем и следующем параграфах, не останавливаясь на описании экспериментальных приемов, мы кратко коснемся тех принципов, на которых базируются основные из этих методов. [c.397] Современная техника эксперимента с помощью метода запаздывающих совпадений [З ] позволяет определять время высвечивания более точно. [c.397] Здесь — число атомов, находящихся в верхнем возбужденном к-ч состоянии. [c.397] Однако надо иметь в виду, что светящийся пар или газ часто не находится в состоянии термодинамического равновесия (например, газ невысокого давления при электрическом разряде). Тогда непосредственно не поддается измерению, и в этих случаях метод лучеиспускания пригоден лишь для определения относительных значений для ряда линий с общим верхним уровнем. По найденным относительным значениям можно вычислить по формуле (16а) 71 и относительные значения сил осцилляторов / /I для линий с общим верхним уровнем. [c.398] Необходимо, однако, отметить еще одну трудность, связанную с методом лучеиспускания. Дело в том, что по измеряемой мощности излучения от протяженного источника света (даже в случае его полной однородности) нельзя непосредственно определить мощность излучения, приходящуюся на единицу его объема, так как в самом источнике, наряду с излучением, происходит и поглощение света (самопоглощение, или реабсорбция, см. 75). Необходимо либо использовать в качестве источника настолько тонкий светящийся слой, чтобы самопоглощение в нем было пренебрежимо мало, либо оценивать величину самопоглощення и вводить необходимую поправку к измеряемым мощностям излучения. [c.398] Величина, стоящая в выражении (3) слева, обычно называется полным поглощением и обозначается прямой буквой А. ) Очевидно, А может быть измерено, если измерен поток, приходящийся на рассматриваемую спектральную линию, до поглощения и после того, как он поглотился в слое паров толщиной I. [c.399] Поскольку поглощение А может быть непосредственно измерено, формула (5) позволяет найти значение Необходимо только проверить, чтобы в пределах всей спектральной линии соблюдалось условие и,/ 1. Такая проверка выполнима для линий, для которых можно определить что, как сказано, возможно для нормальных уровней или для возбужден 1Ых — в случае применимости закона Больцмана. Тогда строится график зависимости А от (график кривой роста ). При выполнимости соотношения (5) кривая роста прямолинейна. И наоборот, можно сказать, что для прямолинейного участка этого графика выполняется соотношение (5). позволяющее найти Определение по кривой роста выполнено в многочисленных работах А. Кинга, Р. Кинга, их сотрудников и ряда других авторов [ ]. Об отступлениях кривой роста от прямолинейности при больших Л/,-будет сказано в 89. [c.399] В тех случаях, когда концентрация атомов N остается неизвестной, метод поглощения позволяет найти относительные значения вероятностей переходов Л ,. для ряда линий с общим нижним уровнем. [c.400] На некоторых других приемах определения по поглощению мы остановимся в 75 и 89. [c.400] Перейдем.теперь к методу аномальной дисперсии, широко применяемому для определения и дающему наиболее надежные и точные результаты. [c.400] Рождественским был разработан простой, весьма удобный и точный метод измерения по аномальной дисперсии величины [I - ], названный им методом крюков . Метод заключается в том, что в одну из ветвей интерферометра вводится трубка с изучаемыми парами, а в другую — плоскопараллельная пластинка. Тогда возникают характерные изгибы интерференционных полос ( крюки ) по обе стороны от линии поглощения (снимок IX). Из теории, развитой Д. С. Рождественским, следует, что значение определяется через расстояние Д между соседними крюками. В наиболее благоприятных случаях метод позволяет определять значения с ошибкой, не превышающей 1%. Для тех линий, у которых нижним является нормальный уровень, концентрация атомов (в формуле (1а) есть концентрация на нижнем уровне), как сказано, практически совпадает с полным числом атомов N в единице объема. ) Для таких линий может быть найдено абсолютное значение Как и при методе поглощения, значения получаются при этом менее точными, чем значения так как в большинстве случаев упругость насыщающих паров металлов известна недостаточно хорошо. [c.401] В первых работах Д. С. Рождественского, выполненных в период 1912 —1916 гг., были тщательно измерены силы осцилляторов для линий главных серий щелочных металлов. Затем эти работы продолжались его учениками и сотрудниками [l7 ]. Рождественский показал, что значения сил осцилляторов / не зависят ни от давления, ни от температуры исследуемых паров, т. е. что они определяются свойствами самих атомов. Результаты измерений для резонансных дублетов щелочных металлов приведены в табл. 87. [c.401] Вернуться к основной статье