1626435914-6d29faf22cc9ba3862ba4ac645c31438 (844347), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Неупругие столкновения можно разделить на столкновения лвух типов, называемые ударами первого и второго родов. При первых кинетическая энергия относительного движения переходит во внутреннюю энергию, при вторых, наоборот, внутренняя энергия переходит в кинетическую. Представление об ударах первого и второго родов было введено Клейном и Росселандок» [186), рассмотревшими детальное равновесие, осуществляемое благодаря комненсации прямых процессов возбуждения атомов при столкновениях с электронами путем перехода кинетической энергии электрона во внугреннюю энергию атома (т. е. ударов первого рода) обратными процессами отдачи энергии возбуждения при столкновениях путем перехода внутренней энергии атома в кинетическую энергию электрона (т.е.
ударами второго рода). Зто рассмотрение применимо и в общем случае любых неупругих столкновений. Оно приводит к определенному соотношению между вероятностями ударов первого и второго родов как частному случаю соотношений между вероятностями прямых и обратных процессов. Удары первого рода между тяжелыми частицами-атомами, молекулами, их ионами — и электронами, т.е. возбуждение тяжелых частиц электронным ударом (см. э1.3), являются основным процессом, приводящим к возбуждению этих частиц в электрическом разряде. Возбуждение частиц может также происходить при ионном ударе, т.е. При столкновениях с ионами, ускоренными электрическим полем.
»з»только при очень высоких температурах в десятки и сотни тысяч градусов начинает играть существенную роль и затем становится решаю»пим взаимодействие излучения и вен»ества. При этом обмен энергией между областями с различной температурой и установление равновесия осу»пествляются лучистой теплопроводностью, т.с. переносом энергии излучением, а нс частицами.
»» Возможен и перекод внутренней энергии во внутреннюю (см. ниже). 9 5.4. Неравнавесные спектры испускания и их интенсивности 149 0,43 эВ На рис. 5.7 показана схема возникновении ао флуоресценции линий галлия 2768 н 3529А. Возбужденный атом ртути с энергией 4,89 зВ при столкновении с атомом галлия теряет свою энергию, за счет чего возбуждается уровень галлия с энергией 4,45 зВ, который является начальнымм для испускания указанных линий галлия. Исключительно сложный характер имеют процессы возбуждения частиц в таРие.5.7. Схема санси илизи ванной флуоресценции галлия ких широко применяемых в спектроскопии источниках света, как электрическая дуга и электрическая искра.
Наряду с процессами возбуждения электронным ударом важнейшую роль играют различные другие процессы обмена энергии при столкновениях. В зависимости от того, является ли разряд дуговым или искровым, процессы обмена энергией протекают по-разному и получаются сильно отличающиеся друг от друга спектры. Для дугового разряда характерно возбуждение уровней энергии нейтральных атомов при сравнительно слабой ионизации газа, а для искрового разряда — сильная ионизация газа и соответственно возбуждение уровней энергии ионизованных атомов.
Преобладание в спектре дуги линий нейтральных атомов, а в спектре искры линий однократно ионизованных атомов нашло свое отражение в том, что спектры нейтральных атомов называют дуговыми, а спектры ионизованных атомов — искровыми. Следует, однако, иметь в виду, что в спектре дуги Следует иметь в виду, что хотя возбуждение электронным ударом в электрических источниках света является неравновесным процессом, обеспечивающим подвод энергии к частицам и компенсирующим потери на излучение, но благодаря разного рода другим столкновениям, в том числе уларам второго рода, может с большей или меньшей степенью приближения устанавливаться тепловое равновесие, о котором говорилось выше (с. 145). При неупругих столкновениях между частицами возможен не только переход энергии возбуждения в кинетическую и обратно, но и передача энергии ввзбулсдения, полностью или частично, от одной частицы к другой, т.
е. переход внутренней энергии во внутреннюю. При этом в кинетическую энергию перехолит лишь некоторая доля энергии возбуждения. Вероятность передачи энергии возбуждения от одной частицы к другой тем больше, чем меньше доля, превращающаяся в кинетическую энергию. Наиболее вероятными являются резонансные переходы, когда энергия возбуждения одной частицы полностью передается другой частице, возбуждая ее. Это возможно в столкновениях между одинаковыми частицами, или в столкновениях между разными частицами, при наличии одинаковых разностей уровней энергии.
Когда рассматривается возбуждение частиц и вообще неупругие столкновения, необходимо учитывать вид внутренней энергии. Ею могут быть электронная энергия атомов и молекул и, в случае молекул, колебательная и вращательная энергии. Вероятности передачи энергии зависят как от величины передаваемой энергии, так и от ее вида. Расчету этих вероятностей посвящен ряд работ (см., например, список литературы в ]109]), результаты которых представляют значительный интерес; однако они не могут быть рассмотрены здесь за недостатком места.
Примером передачи электронной энергии возбуждения является, в случае оптического возбуждения, передача этой энергии от атомов одного рода атомам другого рода, сопровождающаяся высвечиванием, — сенсибилизираванная флуаресценция. Типичный пример этого явления представляет флуоресценция галлия в смеси паров ртути и галлия при возбуждении резонансной линией ртути 2 537 А ]187]. Глава 5. Интенсивности в спект7зо» 150 может иметься большое число линий однократно ионизованных атомов, особенно атомов с низкими потенциалами ионизации, а в спектре искры могут наблюдаться и интенсивные линии нейтральных атомов из. Спектры разных типов как дугового, так и искрового разряда могут быть также весьма различными.
В частности, при мощных искровых разрядах получаются ионы высокой кратности ионизации, и в зависимости от условий этого разряда в спектрах могут преобладать линии двукратно, трехкратно или даже более высоко ионизованных атомов. До сих пор мы рассматривали исключительно спектры спонтанного испускания. Вынужденное непускание в оптической области непосредственно наблюдать не удается. Однако подобное непускание можно наблюдать в области радиочастот, в частности в молекулярном генераторе [256, 2571 В нем создаются такие условия, когда для некоторого перехода заселен только более высокий уровень молекул, при свободном более низком уровне, и начавшееся под действием излучения небольшой интенсивности вынужденное испускание фотонов одними молекулами стимулирует испускание фотонов другими молекулами — происходит генерация радиочастотного излучения определенной частоты (подробнее о молекулярном генераторе см.
9!9.8). На том же принципе основаны парамагнитные усилители для микроволновой области (258) и усилители и генераторы излучения для оптической области (258а), в которых используется вынужденное испускание при переходах между уровнями энергии ионов в кристаллах; за последнее время разработке таких усилителей (так называемых «мазеров» и «лазеров») уделяется большое внимание.
Впервые принцип молекулярного усиления бьп сформулирован Фабрикантом (см. сб, ° Электронные и ионные приборы». трупы ВЭН, аып. 41, 1940, с. 236, 254, а также статью бутаевой и Фабриканта о среле с отрицательным коэффициентом поглощения а Сб. памяти Ландсберга, изл. АН СССР, 1959, с. 62). В 5.5. Контуры спектральных линий и полос Все реальные спектральные линии обладают определенной шириной. Наряду с естественным уширением спектральных линий, рассмотренным в 94.6, имеются другие причины уширения (см. 95.6).
Совместное действие всех причин уширения приводит к определенному контуру спектральной линии, т. е. к определенному распределению влипни интенсивности как непрерывной функции частоты (см. рис. 5.8). Контур спектральной линии характеризуется некоторой формой; область частот, соответству— ) юшая данной линии, — ее ширина — может быть при этом весьма различной, как очень малой, так и достаточно значительной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
