 |
Оптические спектры атомов. Спектр атома водорода. Молекулярные спектры.
|
|
|
|
Атомные спектры – спектры испускания и поглощения, которые возникают при квантовых переходах между уровнями свободных или слабо взаимодействующих атомов. Под оптическими атомными спектрами будем понимать те, которые обусловлены переходами между уровнями внешних электронов с энергией фотонов порядка нескольких электрон-вольт. Сюда относятся ультрафиолетовая, видимая и близкая инфракрасная области спектров. В спектре можно выделить группы линий, называемые спектральными сериями.В УФ обл. расположена серия Лаймана, которая обр. при переходе верхних энергетических уровней на самый нижний, основной.
В видимой и близкой УФ областях спектра расположена серия Бальмера, кот. возникает в рез. Перехода с верхних энерг. уровней на второй.(n=2)
В ИК обл. расп. серия Пашена, кот. возник. при переходах с верхн. энерг. уровн. на третий.(n=3)
Может показаться, что спектр атомарного водорода не ограничен со стороны малых частот,т.к. энергетич. ур. По мере увеличения n становятся сколь угодно близкими. Однако вероятность перехода между такими уровнями столь мала, что практически эти переходы не наблюдаются.
Молекулярные спектры возникают при квантовых переходах молекул с одного энергетического уровня на другой и состоят из совокупности более или менее широких полос, которые представляют собой тесно расположенные линии. Сложность молекулярных спектров по сравнению с атомными обусловлена большим разнообразием движений и, следовательно, энергетич. переходов в молекуле, чем в атоме.
Для объяснения молек. спектров необх. Представить полную энергию молекулы как сумму значний энергии, присущих движению электронов в атомах, колебаниям атомов и вращению молекулы как целого:
|
|
|
Е= Еэл+Екол+Евр.
Понятие об индуцированном излучении света. Оптические квантовые генераторы (лазеры) и их применение в медицине
Вы́нужденное излуче́ние, индуци́рованное излучение — генерация нового фотона при переходе квантовой системы (атома, молекулы, ядра и т. д.) из возбуждённого в стабильное состояние (меньший энергетический уровень) под воздействием индуцирующего фотона, энергия которого была равна разности энергий уровней. Созданный фотон имеет ту же энергию, импульс, фазу и поляризацию, что и индуцирующий фотон (который при этом не поглощается).
Квантовая электроника изучает методы усиления и генерации электромагнитных колебаний с использованием вынужденного излучения квантовых систем. В завис. от причины,вызывающей квантовый переход с испусканием фотона,различают 2 вида излучения. Если эта причина внутренняя и возбуждённая частица самрпроизвольно переходит на нижний энергетич. ур., то такое излучение наз. спонтанным (оно случайно и хаотично по времени,частоте и поляризации).
Другое излучение вынужденное или индуцированное возник. при взаимодействии фотона с возбуждённой частицей,если энергия фотона равна разности уровней энергий.В рез. Вынужденного квантового перехода от частицы будут распространяться в родном направлении 2 одинаковых фотона: один -первичный, а др. – вторичный.Число вынужден. переходов, совершаемых в секунду, будет зависеть от числа фотонов, попадающих в вещество за это же время, т.е. от интенсивности света. Вынужденные переходы также будут определяться заполненностью соответствующих возбуждённых энергетических состояний.
Лазер создаёт импульсноео излучение. Применение лазеров основано на свойствах их излучения: строгая монохроматичность, большая мощ-сть, узкость пучка.
Применение в седицине:2 осн. напр-я:
1) Свойство лазеров разрушать биологические ткани, бескровные рассечения (безоперационное лечение отслойки сетчатки, световой бескровный нож в хирургии).
|
|
|
2) Голография. На основе гелий-неонового лазера разработаны гастроскопы,кот. позволяют галографически формировать обюъёмное изображение полости желудка.
Люминесценция. Виды люминесценции. Флюоресценция, фосфоресценция. Правило Стокса. Квантовый выход люминесценции. Закон Вавилова.
Люминесценция происходит одновременно с тепловым излучением и независимо от него. С.И. Вавилов определил явление люминесценции следующим образом: люминесценция есть излучение телом электромагнитных волн в оптическом диапазоне, представляющее собой избыток над тепловым излучением при данной температуре тела и имеющее длительность, значительно превышающую период колебаний световых волн (10-15с).
Люминесценцию классифицируют:
а) по виду процессов, которые вызывают возбуждение атомов и молекул:
1. биолюминесценция – свечение живых организмов (светлячки,
бактерии, грибы);
2. электролюминесценция – свечение газов при электрическом разряде;
3. радиолюминесценция – вызывается радиактивным излучением;
4. хемилюминесценция – свечение при экзотермических химических реакциях;
5. фотолюминесценция – вызывается коротковолновой частью оптического спектра.
б) по длительности свечения люминесценция делится на флуоресценцию, когда послесвечение длится до 10-3с, и фосфоресценцию, время
послесвечения составляет от 10-3с до нескольких минут и даже часов.
в) по механизму элементарных процессов, протекающих в люмине-сцирующих атомах и молекулах:
1. Резонансная
2. Спонтанная
3. Индуцированная (метастабильная):
4. Рекомбинационная люминесценция – является результатом рекомбинационных процессов – электронов и дырок в полупроводниках, электронов и ионов в газах.
Вещества способные люминесцировать называют люминофорами.
|
|
|
