Собельман Введение в теорию атомных спектров (1181128), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Далекие крылья ') Эта таблица заимствована нз работы: Н. 0г|еп1, Ааггорьум 1. 132, 883, 1960. ') Прн вычислении контура линии Н, вводилась поправка на возмущение уровня л=2 М, ~~ х Й И, с й о м а й й$ффф$ ~ ~ ВММ~$ й й ~-~~~к а. Ф а $ РЪ оь а 66 В ФаЙФ$Ф 6 В~' ~ % -м — /Ф~Ы 522 УШИРЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ [гл. х РЖ 744 ТЮ 74Н Ят лтР гю И Т4 Ьт Ж Т4 Ф~ 7 л Я 4 о л 7 Я ТО Ау а ~- Рис. 41. Контур линии 1.р. О » о Ь~ к~ "'~с~сю~гс~ ~ сз -с — /ю/у с К а -Ф~г 'а 'а ~Ъ ~ч ~~%ф~ ф 'б % ~з "Ф сз -~ — /АУ ~,м х ьС г- 'У ~Й о а 'О н~ 'Ф %~ <с~ ~~%~ы" Ъ '« :с~~~с~ ~~ Ъ -~ — ГФг Н о м Π— ~ю~к а ~г М сь ч~ я~ мэ с~ м~ ~ь ~ ч~ сь Чз 'Ъ $$ ~й~ Ъ -(~9г 530 УШИРЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛННИй (ГЛ. Х 5(а) =5!(а)+ 5,(а) = —, ~1+ Р'идй(И, Т)~, (38А7) ае где 6= 1,5 (йлс) ~ ТУЕВ„Е (ВЮ>0), (38. 48) а значение фактора й(дг, Т) приводится в таблице 86.
Лля ряда начальных линий серий Лаймана и Бальмера из (38.48) следует 7.,„ !. н„ НЕ От Не 0=3,4 10 " 1,78 1О " 1,3.10 " 3,57.10 " 6 !О " 9,8 10 Если Л). =акг, измерять в А, то приводимые выше величины надо умножить на 10". В этом случае й„ Ое 6=3,4 1О ' 1,78 1О ' 1,3 10 ' 3,57 10 9,8.10 т. 6 10 формула, аналогичная (38.47), следует и из приближенного вы ражения (38.44) для крыла линии. В эту формулу входит та же постоянная !1, что и в (38.47), так как величина этой постоянной, очевидно, не зависит от того, каким образом вычисляется электронное уширение.
Как уже отмечалось' выше, сумму по а, ~ в (38.48) можно вычислить приближенно с помощью (38.13). Для фактора же й(57, Т), которым определяешься относительный вклад электронов в крыло, в приближении (38.44) справедливо простое выражение 1 '(' Т)=(В~ '''.— '. Легко проверить, что значения фактора й (М, Т), приводимые в таблицах, очень мало отличаются от тех, которые следуют из формулы (38.49).
Так для линии На при Т=10"К с помощью (38.49) н (38.33), (38.38) полУчаем (ПРийиман 0 — йо)' Л! = 10" 1О" ! 0" 1О" см й (М, Т) = 0,78 0,55 0,32 0,09 Таблица 86 для выбранных значений 5! Лает Й(Ф, Т)=0,8! 0,56 0,31 0,07 Наибольшее расхождение имеет место при И=10", что связано с пренебрежением членом пр,' в 8 при численных расчетах. Напомним, что в формулах (38.49), (38.33) вклад сильных столкновений учитывается (хотя и весьма приближен о). линии, не показанные на рис.
37 — 54, описываются асимптотической формулой ~ 38! Рп4иеение СПЕКТРА В ПЛАЗМЕ 53! линий ВОЛОРОЛНОГО Таблица 86 Колбу и Шону 73 по Гриму, Фактор !7(и, 4 10' 0,5 1О' 0,5. 10' 10' 2.10' 10' 2 10* 4-!О' н ОЭ 1О" 10н 1О" 10" 10" 10" 10'4 10" 1034 !0" 10н 10" 10" 1О'4 10" 10'4 1О" 1044 1О" 10'4 10" !Оп 10'4 1,50 1,34 1,17 1 01 0,85 0,68 0,52 0,35 1,79 1,56 1,32 1,08 0,84 0,61 0,38 2,11 2,01 1,45 0,88 0,60 0,32 1,05 0,93 0,82 0,70 0,59 0,47 0,35 0,24 0,12 1,37 1,20 1,03 0,87 0,70 0,53 0,36 0,20 1,93 1,54 1,14 0,74 0,55 0,35 0,79 О.
71 0,63 0,54 0,46 0,38 0,30 0,22 0,14 1,04 0,92 0,80 0,68 0,57 0,45 0,33 0,21 1,45 1,17 0,89 0,61 0,47 0,33 0,60 0,54 0,48 0,42 0,36 0,30 0,25 0,19 0,13 0,79 0,70 0,62 0,53 0,45 0,37 0,28 0,20 1,09 0,89 0,69 0,49 0,39 0,29 1,39 1,21 1,04 0,86 0,69 0,51 0,34 0,17 2,17 1,87 1,57 1,27 0,97 0,67 0,37 4,30 3,31 2,29 1,26 0,74 1,05 0,93 0,81 0,68 0,56 0,44 0,31 0,19 0,07 1,66 1,45 1,24 1,03 0,81 0,60 0,39 3,29 2,56 1,83 1,11 0,74 0,38 0,80 0,71 0,62 0,54 0,45 0,36 0,27 О,!9 0,10 1,27 1,12 0,97 0,82 0,67 0,52 0,37 2,47 1,96 1,45 0,94 0,68 0,42 0,60 0,54 0,48 0,42 0,35 0,29 0,23 0,17 0,11 0,96 0,85 0,75 0,64 0,54 0,43 0,32 1,86 1,50 1,14 0,77 0,59 0,41 аозт тт л ю ж ж ы го л лт м Рис.
55. Сопоставление различных приближений при расчете контура Ь,. Совместное уширение электронами и ионами. Р л Юйв/ вр т?05 трет 4Ч5 дар т~~Ю Рис. 56. Сопоставление различных приближений при расчете контура Пр й 38) тшитвнии линий водогодного спвкттл в плазмв 533 Выше (см. формулу (38.44)) уже было показано, что уширение электронами весьма существенно сказывается на крыле линии. Электроны оказывают заметное влияние и на центральную часть контура линии. Особенно велико это влияние для линий, имеющих несмещенную штарковскую компоненту. В качестве примерз иа рис. 55 ') приводятся контуры линии Е„, вычисленные с учетом -тг7в ~- ада й,-Жт -Длт и лт лт лт .ва лт др ж аИ,Ф Рис. 57. Сравнение расчетного и вкспериментального контуров линии гтв. совместного уширяющего действия электронов и ионов, а также хольцмарковский контур, обязанный одним ионам. Лля линий, не имеющих несмещенной штарковской компоненты, таких как Н, гтм ..., роль электронов в образовании центральной части контура несколько меньше (рис.
56). Тем не менее и в этом случае контуры линий, полученных при учете уширения одними ионами и при учеге совместного действия электронов и ионов, существенно различны. Если пренебречь уширяющим действием электронов, то ') Рис. 55, 56 взяты из цитированной выше работы Грима, Колба и Шепа, УП!ИРВИНЕ СПЕКТРЛЛЬНЫХ ЛИНИЙ 534 [Гл.
х низ ~ения концентрации заряженных частиц А(, определенные по щи. рине и по крылу линии (совмещением рассчитанного контура с наблюдаемым), отличаются примерно в 2 раза. Если же вычисление контура проводится с учетом совместного действия электронов и ионов, то оба значения А7 практически совпадают. На рис. 57, 58 приводится расчетные графики и наблюдаемые контуры линий Н„, НЗ'). ББББББББ1Б 10 Б Б 0 0 Б 10 1БЮББЛУББ 010101га70 Б 0 г 0 г Б Б 0 ЛР1Б101БЛБ Рнс. 58.
Сравнение расчетного (.....) н экспериментального контуров линий Вм Оз. Как видно из этих рисунков, наблюдаемые и расчетные контуры очень близки. Всюду, за исключением небольшой области частот вблизи ю„ различия между расчетными и наблюдаемыми контурами лежат в пределах точности эксперимента. Что касается центральной части, то здесь расхождение вполне естественно, так как при вычислении контуров не принималось во внимание допплеровское уши- ') На рис. 57 наблюдаемый контур взят из работы: Р. Воде и, Х. Рйуу 149, 62 (1957). На рнс, 58 использованы данные В. Ф.
К и т а е в о й. Н. Н. Соболе в а, 7(окл. АН СССР 187, 92, 196!. ф 39] вшивания линий неводогодоподоиных спектгое В плазме 535 рение. Для линии Н, не имеющей центральной компоненты, допплеровское уширение приводит, очевидно, к увеличению интенсивности 7]о1,) в центре линии. Для линии Н„, наоборот, — значение !]ге„) уменьшается. При увеличении Т и уменьшении ДГ роль допплеровского уширения возрастает. В частности, для М, значительно меньших тех минимальных, которые приводятся на рис. 37 — 54, центральная часть определяется в основном допплер-эффектом, Контур линии НЗ на рис. 58 немного асимметричен, Эта асимметрия может быть связана с квадратичным штарк-эффектом.
Отношение поправок первого и второго приближений теории возмущений к энергии атома водорода имеет порядок величины ДЕн' 1 е 24! ]т 1' ЬЕгм л' Да, и'],а,) Нетрудно видеть, что для начальных членов серии Бальмера эффекты, пропорциональные 4", проявляются только при малых значениЯх те, поРЯдка а,л', т. е. пРи Й Ои Легко также показать, что при этих же значениях Й, т, е. при тт' а,п', может оказаться существенной неоднородность поля.
Для столкновений 9>9, неоднородностью поля можно пренебречь. 9 39. Уширение линий неводородоподобных спектров в плазме 1. Предварительные оценки. Спектральные линии неводородоподобных атомов в присутствии постоянного и однородного электрического поля испытывают смещение ]а тзкже расщепление), пропорциональное 8*,— квадрзтичный штарк-эффект. Предположим, что поле 8= —,, создаваемое зарядом ]е, мало меняется на протяжении Я2 атома ]это справедливо для достаточно больших значений Й).
Тогда в выражении ]36.5) для сдвига частоты осциллятора л =4 и к =С,тс 4, Оценим величины параметров й, !уширение электронами) и Ьг ]уши- рение ионами) Ь,=%Я вЂ” ), Ь,.=Д]( — ", — ). ]39.1) Константы квадратичного штарк-эффекта С„как правило, имеют порядок величины 10 '* — 1О ы см']тек, хотя встречаются и значения С,(!О ~' и С,. 1О "— 1О "еле']сек, Подставляя С,=10 — 10 "слт",сек в ]39.1) и принимая о, =5 10' еле']сек, ог= =2 10' сл]сек, получаем Ь = 3 ]1О "—: 1О ") М, Ь. = 0,75 ]10-" —: 1О-") Ф, При не очень больших значениях конпентрации заряженных частиц %<10" Ь,((1, Ь,((1 и, следовательно, и электроны и ионы создают ударное уширение. 536 УШИРЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ [гл.
х Согласно (36.33) уо ст,сгзо'. Таким образом, основную роль в уширении линии играют электроны. Взаимодействие с ионами лишь немного увеличивает ударную ширину и сдвиг линии — примерно з 1 на 15% — 20%, так как М' =( — ) 5 —: 6.
Поскольку игл);)* нзправление сдвига линии одинаково для ионов и электронов. гл, а' адаг а аг ат а ат аг ат а аг аггл,л аг аг ат а аг аг аг ат а ат аг аул,л аг аг ащ а аг аг аг г„,г ат б/ Рнс. 59. Контуры спектральных линий резкой (а) и диффузной(б) серий Ыа. Для линий с большими значениями константы квадратичного штарк-эффекта С, возможно появление статистического крыла, создаваемого ионами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
