Уширение линий при взаимодействии с заряженными частицами
Прежде чем перейти к обсуждению важного механизма уширения линий при взаимодействии из- лучающего атома с заряженными частицами, естественно обсудить наиболее простой случай уширения спектральной линии под действием внешних полей — уширение в статическом электрическом поле. Точное квантово-механическое решение задачи о сдвиге уровней под действием статического электрического поля простыми сред- ствами возможно лишь для атома водорода (или водородоподобного иона). В этом случае из-за случайного кулоновского вырождения уровней по / имеет место линей- ный штарк-эффект, т. е. сдвиг уровня пропорционален напряженности приложенного поля, а расщепление линий (т. е. расстояние в шкале частот между максимально ю* 292 Гл. 6. Плазменные процессы с трансформацией частиц и излучением удаленными расщепленными компонентами) дается выражением: Аи; = 1п(п- 1) —, F.3.16а) 2 те Для всех других атомов имеет место квадратичная зависимость сдвига уровня от Е, т. е. так называемый квадратичный штарк-эффект. Уширение уровней атома (иона) в плазме определяется воздействием многих частиц. При высокой степени ионизации наибольший интерес представляет вза- имодействие излучающей частицы с электронами и ионами. Электрические поля возмущающих частиц приводят к смещению уровней излучающих частиц и тем самым к смещению (и расщеплению) спектральных линий. Теория уширения линии заряженными частицами интенсивно развивается в настоящее время, и здесь мы изложим лишь основные положения и некоторые результаты. Прежде всего, отметим, что строгое и полное решение задачи в наиболее общей постановке в настоящее время отсутствует. Поэтому при анализе приходится исполь- зовать различные допущения. Наиболее распространенными являются так называе- мое ударное приближение и квазистатическое приближение (дальше мы рассмотрим подробно только уширение линий излучения неводородоподобных систем). Границы области применимости для каждого из этих приближений можно оценить следующим несложным образом. Нахождение возмущающей частицы на расстоянии R от излучающего атома (иона), приводит к сдвигу частоты: Alo® = ^, F.3.166) где т — некоторое целое число, а Ст — постоянная. Для квадратичного штарк- эффекта, когда сдвиг уровня пропорционален квадрату напряженности возмущаю- щего поля, т = 4. Тогда величина С\ называется постоянной квадратичного штарк- эффекта. В ударном приближении принимается, что при пролёте возмущающей частицы на некотором расстоянии р ^ ро (ро — радиус Вайскопфа) происходит сильный сбой фазы излучения, т. е. нарушается когерентность колебаний. Для ро можно получить следующее выражение: где v — скорость налетающей частицы. Для применимости ударного приближения значение ро должно быть мало по сравнению с межчастичным расстоянием, которое порядка п/3, т.е. или / с \ п(;-м«1. F.3.18) При этом условии большая часть интенсивных линий сосредоточена в области опи- сываемой ударной теорией. Поскольку обычно С\ ~ 10~15 —10~12 см4/сек из F.3.18)) следует, что ударная теория применима для многих систем. В рамках этой модели получается лоренцев или дисперсионный профиль линии: Р(ш) = -- 1- г> F.3.19) 7Г То / \9 i (о; - uj0J + -г Т 6.3. Элементарные процессы излучения 293 где 1/то — частота столкновений с возмущающими частицами. Ширина распре- деления (расстояние между симметричными точками и\, 0J2, для которых Р{ил) = = 1/2 Ртах) равна 7 = 2/то. Обычно вводят понятие ширины линии Л = 2сто. Для 7 ударная адиабатическая теория (т. е. предполагается, что возмущение не вызывает перехода между различными состояниями атома) приводит к следующему выражению 7= 11,4пС42/У/3. F.3.20) Здесь п, v относятся к возмущающим частицам. Для С\ можно взять оценки ^м4/с F.3.21) Здесь АЕ — расстояние между уровнями, эВ, / — сила осциллятора данного перехода.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Уширение линий при взаимодействии с заряженными частицами» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
