Рентгеновские атомные спектры
График Мозли
График Мозли: определение величин Z еще неоткрытых элементов.
Замечательное соответствие между положением элементов в периодической таблице и их химическими свойствами.
Менделеев: размещение элементов в периодической таблице в соответствии с их атомными массами (атомный номер - просто обозначение места элемента).
Истина: соответствие размещения элементов в периодической таблице их электронному строению, а не атомным массам.
31
Спонтанное (самопроизвольное) и вынужденное (индуцированное)
излучения
32
Спонтанные переходы
Нормальные условия: большая часть атомов в веществе в основном состоянии.
Возможность поглощения атомом только фотонов с энергией hf, точно равной разности энергий E между двумя уровнями энергии в атоме.
Стимулирование фотоном перехода атома на более высокий энергетический уровень – индуцированное (вынужденное ) поглощение.
33
Спонтанные переходы
Атом в |
|
Атом в |
основном |
|
возбужденном |
состоянии |
|
состоянии |
До После
Поглощение атомами вещества в газообразном состоянии только фотонов
с энергиями E2 - E1, E3 - E1, E4 - E1,
даже если спектр падающего на атом излучения непрерывный.
Переход атомов в возбужденное состояние в результате такого поглощения.
34
Спонтанные переходы
Возможность перехода возбужденного атома обратно на более низкий уровень энергии с испусканием фотона.
Атом в |
|
Атом в основном |
возбужденном |
|
состоянии |
состоянии |
|
|
|
|
До После
Естественный, не требующий никакого стимулирующего внешнего воздействия, переход - спонтанная (самопроизвольная) эмиссия.
Нахождение атома в возбужденном состоянии обычно не более 10-8 с.
35
Вынужденные переходы
Существование, кроме спонтанного излучения, вынужденного (индуцированного, стимулированного) излучения.
Метастабильное возбужденное состояние (E2)
(время жизни намного больше, чем 10-8 с) –
относительно длительный временной интервал до начала спонтанного излучения.
36
Вынужденные переходы
Предположение:
падение на атом в возбужденном состоянии фотона с энергией hf = E2 - E1.
Ситуация 1:
энергия фотона достаточна для ионизации атома.
Ситуация 2:
возврат атома в результате взаимодействия между фотоном и атомом в основное состояние с испусканием фотона с энергией hf = E2 – E1.
Атом в |
|
Атом в |
Отсутствие поглощения |
возбужденном |
|
основном |
|
состоянии |
|
состоянии |
падающего фотона атомом. |
|
|
|
Существование |
|
|
|
|
|
|
|
падающего и испущенного фотонов |
|
|
|
с одинаковыми энергиями. |
|
|
|
Движение обоих фотонов в фазе и |
|
|
|
в одном и том же направлении. |
До |
|
После |
37 |
|
|
|
Вынужденные переходы
Индуцированная эмиссия – в основе своей резонансное явление.
Взаимодействующий с атомом фотон – движущая сила вынужденного перехода атома в новое состояние.
Совпадение частоты фотона с частотой, соответствующей переходу атома из одного энергетического состояния в
другое и являющейся одной из естественных характеристик атома.
38
Лазеры
1939: советский физик В. Фабрикант - первое указание на возможность создания среды, в которой можно было бы усиливать световой поток за счет стимулированного излучения.
1953: советские физики В. Басов и A. Прохоров и
американские ученые C. Tаунс и Дж. Вебер (Нобелевская премия, 1964) – первая демонстрация молекулярных генераторов, работающих в области cантиметровых волн и названных мазерами.
Maser - microwave amplification by stimulated emission of radiation.
39
Лазеры
1960: американский физик T. Mейман –
первое устройство, работающее в оптическом диапазоне длин волн – лазер (light amplification by stimulated emission of radiation).
|
Газоразрядная |
|
Рубин |
трубка |
|
Стеклянная трубка |
|
|
|
|
Выходящий |
Прово- |
|
пучок |
лочная |
|
|
спи- |
|
Охладитель |
раль |
Источник |
|
Охладитель |
энергии |
|
|
|
Лазеры - оптические квантовые генераторы.
40