tranziții bruște ale sistemului cuantic (atom, molecula, nucleul atomic, solid) de la un stat la altul. Cele mai importante sunt K n între stările staționare (A se vedea starea staționară.), Care corespunde la diferite energii ale unui sistem cuantic, - .. n sistem K de la un nivel de energie (. A se vedea nivelul de energie) la altul. În tranziția de la un nivel mai ridicat de energie la un sistem Ek Ei mai mici dă energie Ek - Ei. la tranziția inversă - o primește (Fig.). C. n. Poate fi radiativ și neradiativ. . Când n radiative K. sistem emit (tranziție Ek → Ei) sau absoarbe (tranziție Ei → Ek) cuantă de radiație electromagnetică - foton - h ν energie (ν - radiație de frecventa, h - constanta lui Planck) satisfăcând relație fundamentală
(Care reprezintă legea de conservare a energiei într-o astfel de tranziție). În funcție de diferența de energie dintre stări ale sistemului, între care K n. Fotonii emiși sau absorbite prin radio, infraroșu, vizibil, ultraviolet, raze x radiație, γ-radiații. . Setul de radiativ K n cu niveluri mai mici de energie la forma superioară a spectrului de absorbție al unui sistem cuantic, o multitudine de tranziții inverse - (. Vezi Optical Spectra) spectrul său de emisie.
Pentru instalațiile nucleare nonradiative, sistemul primește sau dă energie atunci când interacționează cu alte sisteme. De exemplu, atomii sau moleculele de gaze în coliziuni unele cu altele sau cu electroni pot primi energie (să fie excitate) sau să o piardă.
. Cea mai importantă caracteristică a oricărui K. p este probabilitatea de tranziție, care determină cât de des activă K. Probabilitatea tranziției p se măsoară numărul de treceri ale unui anumit tip într-un sistem cuantic dat per unitate de timp (1 sec) .; cu toate acestea, poate lua orice valoare de la 0 la ∞ (față de probabilitatea ca un singur eveniment, care nu poate depăși 1). Probabilitățile tranzițiilor sunt calculate prin metodele mecanicii cuantice.
Radiative tranzițiile cuantice pot fi spontan ( „spontan“), independent de influențe externe asupra unui sistem cuantic (emisia spontană a unui foton) și induse intern - sub influența rezonanței externe radiației electromagnetice [satisfăcând relația (1)], este vA frecvență (absorbție și stimulate emisia unui foton). Deoarece emisia spontană a sistemului cuantic este posibil, pe nivelurile de energie excitate Ek pentru un timp finit și apoi brusc trece la un anumit nivel inferior. Durata medie a sistemului de τk ședere excitat la Ek numit timp pe calitatea vieții. Cele mai mici. cu atât mai mare probabilitatea de o tranziție a sistemului la o stare cu cea mai mică energie. Cantitatea Ak = 1 / τk. determinarea numărului mediu de fotoni emisi de o particulă (atom, molecula) în 1 sec (τk exprimată în secunde) se numește o probabilitate a emisiei spontane de la nivelul Ek. Pentru cel mai simplu caz al unei tranziții spontane la primul nivel excitat la nivelul solului A2 valoare E2 E1 = 1 / τ2 determină probabilitatea acestei tranziții; poate fi desemnat A21. Cu niveluri excitate ridicate pot K. p. Pentru diferite niveluri inferioare (Fig.). Ak numărul total de fotoni emise de o medie a unei particule cu energie Ek timp de 1 sec. Aki este suma numărului de fotoni emise în tranzițiile individuale:
adică, probabilitatea totală Ak a emisiei spontane de la nivelul Ek este egală cu suma probabilităților Aki a tranzițiilor spontane individuale Ek → Ei. cantitatea Aki este numită coeficientul Einstein pentru emisia spontană într-o astfel de tranziție. Pentru tranzițiile Aki Quantum (10 7 - 10 8) sec -1.
Pentru împrăștierea Raman stimulată, numărul tranzițiilor este proporțional cu densitatea radiației ρν a frecvenței ν = (Ek - Ei) / h. adică energia fotonilor de frecvență ν. localizat în 1 cm 3. Probabilitățile de absorbție și stimulare sunt caracterizate de coeficienții Einstein Bik și, respectiv, Bki. egală cu numărul de fotoni absorbiți și, în consecință, eliberați forțat în medie cu o particulă pe secundă, cu o densitate a radiației egală cu unitatea. Produsele Bik ρν și Bki ρν determină probabilitățile de absorbție și emisie stimulată sub acțiunea radiațiilor electromagnetice externe de densitate ρν și, ca și Aki. sunt exprimate în secunde -1.
Coeficienți Aki, Bik și BKI legate de relațiile (primul derivat de Einstein și strict justificate în electrodinamicii cuantice (vezi electrodinamică cuantică).)
unde Gi (gk) - .. Nivelul degenerări Ei (Ek), adică numărul de stări diferite ale sistemului având aceeași energie Ei (respectiv Ek), c - a vitezei luminii. Pentru tranziții între nivelele nedegenerat (Gl = gk = 1) BKI = Bik. adică probabilitățile forțelor direcționale forțate și inverse sunt aceleași. Dacă unul dintre coeficienți Einstein este cunoscut, din relațiile (3) și (4) pot fi determinate altele.
Probabilitățile tranzițiilor radiative sunt diferite pentru diferite sonde cuantice și depind de proprietățile nivelurilor de energie Ei și Ek, între care se produce tranziția. Probabilitățile de împrăștiere Raman sunt mai mari, cu atât sunt mai mari proprietățile electrice și magnetice ale sistemului cuantic, care se caracterizează prin momentele sale electrice și magnetice, se schimbă sub tranziție. Posibilitatea transferului radiativ între nivelurile Ei și Ek cu caracteristici date este determinată de alegerea regulilor. (Pentru mai multe detalii, consultați Radiația electromagnetică.)
tranzițiile cuantice neradiative sunt caracterizate probabilități corespunzătoare tranzițiilor CKIe și Cik; - medii replieze procese și energie Ek - Ei 1 sec, calculat pe particulă cu energie Ek (pentru procesul de transfer de energie) sau energia Ei (pentru procesul de energie). Dacă este posibil atât radiativ și non-radiativă K. n. Probabilitatea totală de tranziție este egală cu suma probabilităților ambelor tipuri de tranziții. Contabilitate neradiativ K. p. Joacă un rol semnificativ atunci când probabilitatea este de același ordin sau mai mare decât K n corespunzătoare. Cu radiație. De exemplu, dacă primul nivel excitat E2 posibila tranziție radiativ spontană la nivelul primar, cu o probabilitate de E1 și A21 tranziție radiationless la același nivel cu probabilitate C21. atunci probabilitatea totală de tranziție este A21 + C21. și durata de viață la un nivel egal τ'2 = 1 / (A21 + C21) în loc τ2 = 1 / A2 în absența tranziției neradiativ. Astfel. din cauza neradiativ K. n. nivelul vietii scade. Când A21 >> C21 timp τ'2 este foarte mic în comparație cu τ'2. și marea majoritate a particulelor va pierde excitație E2 energie - E1 la procesele neradiative - ar produce stingerea emisiei spontane.
O parte din nivelele sistemului cuantic: E1 - nivelul principal (nivelul cu cea mai mică energie posibilă), E2. E3. E4 - nivele excitate. Săgețile arată tranziții cuantice cu absorbție (direcție ascendentă) și cu eliberare de energie (direcția descendentă).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: