Как известно из квантовой механики [136], состояние электрона в атоме (и соответственно уровни энергии атома) определяется набором из четырёх квантовых чисел: п, I, га, s, где п — главное квантовое число, I — орбитальное квантовое число, га — магнитное квантовое число и s — спин. В ряде случаев имеет место так называемое вырождение, т. е. независимость уровня энергии от какого-либо из квантовых чисел. Так, в отсутствие магнитного поля все уровни вырождены по числам га. Наиболее просто уровни энергии определяются для атома водорода или водородоподобных систем, т. е. систем, образованных ядром с зарядом Ze и одним электроном. В этом случае энергия уровня зависит только 1) Чаще всего приходится сталкиваться с процессами трансформации в системах с низко- температурной плазмой, которым посвящены тома "Энциклопедии низкотемпературной плаз- мы" [40]. В этих томах весьма подробно рассмотрен широкий класс таких систем, в том числе и тех, которые описаны в данной главе. 6.2. Скорости трансформационных процессов 277 от главного квантового числа п (если пренебрегают релятивистскими эффектами) и дается формулой ?n = z!|^!9B, F.2.1) где Z — заряд ядра, а энергия отсчитывается от границы ионизации (т. е. от- рицательные энергии соответствуют связанным состояниям, а положительные — непрерывному спектру). Для атомов с двумя и более электронами не существует точного аналитического выражения для энергии уровня. В настоящее время энергетические уровни многих атомов (ионов) экспериментально определены и имеется обширная библиография, посвященная расположению уровней [См.напр. [47], с. 794-837]. На рис. 6.2.1а приведены основные уровни и переходы для атома лития. 5,39 5 4,35 4 3,85 3,38 3 ,85 ns np nd nf Sl/2 2 0 Pl/2, 3/2 D3/2, 5/2 2 0 ?7/2,5/2 0—2s -5f ~4f 6707,844 (^=2,7- 10Г8) b'W Рис. 6.2.1. Основные уровни и переходы для атома лития (указаны длины излучаемых волн о о (А, ангстрем А = 10 см) и время жизни (в секундах) возбуждённых состояний) (а), и для молекулы азота (б) При достаточно низких температурах (кТе < 1 эВ) определенную роль в интере- сующих нас системах могут играть не только атомы, но и молекулы и молекулярные ионы. Энергетических уровней у молекулы значительно больше, чем у атомов. Это связано с тем, что в молекуле наряду с переходами электронов возможно колебатель- ное и вращательное движение ядер (рис. 6.2.16). С учётом существования малого параметра тп/М (тп — масса электрона, М — масса ядра) в нулевом приближении энергию двухатомной молекулы можно представить в виде суммы электронной, вращательной и колебательной энергий: Е = Ue + Тьоое п2 278 Гл. 6. Плазменные процессы с трансформацией частиц и излучением Здесь Ue — электронная энергия с учётом энергии кулоновского взаимодействия ядер; 1м — момент инерции молекулы; и;е — частота колебаний; п = О, 1, 2,... — колебательное квантовое число; j = 0, 1, 2,... — вращательное квантовое число. В таблице 6.2.1 приведен параметр Ьие для ряда молекулярных ионов. Таблица 6.1 Параметр flUJe, ЭВ N2 0,29 о2 0,19 н2 0,54 s2 0,09 0,27 ot 0,23
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Энергетические уровни» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
