Тонкая структура спектральных линий.

Исследование спектральных линий атомов щелочных металлов приборами с большой разрешающей способностью обнаружило, что эти линии являются двойными (дублетами), т.е. образуют тонкую структуру.

Это является следствием расщепления самих энергетических уровней по значениям спина электрона.

Сверхтонкая структура оптических спектров.

Со спином ядра связан магнитный момент. Взаимодействие магнитных моментов электронов и ядра приводит к дополнительному расщеплению энергетических уровней.

Отличное от нуля значение спина ядра $J$ является причиной возникновения сверхтонкой структуры оптических спектров.

Электрон обладает полным моментом количества движения $\vec{j}$ , который складывается из его собственного механического момента $\vec{s}=\vec{1/2}$ и орбитального момента $\vec{l}$

$\vec{j}=\vec{l}+\vec{s}=\vec{l}+\vec{1/2}$ .

Механический момент атома $\vec{I}$ , обусловленный электронной оболочкой атома, складывается из механических моментов количества движения его электронов

$\vec{I}=\vec{j}_1+\vec{j}_2+...+\vec{j}_n$ ,

Электроны внутренних заполненных оболочек атома имеют суммарный момент 0. Поэтому механический момент электронной оболочки атома определяется электронами внешних оболочек. Механическому моменту атома $\vec{I}$ , который называют спином электронной оболочки атома, соответствует магнитный момент

$\vec{\mu}_{atom}=g\vec{I}$

Величина $g$ называется гиромагнитным отношением.

Среднее магнитное поле $\vec{H}_e$ , создаваемое внешними электронами в центре атома, там, где расположено атомное ядро, зависит от спина электронной оболочки $\vec{I}$ :

$\vec{H}_e=\alpha\frac{\vec{I}}{|I|}$

Магнитный момент ядра $\vec{\mu}_{yadra}$ также можно выразить через значение его спина $\vec{J}$ :

$\vec{J}=\vec{j}_1+\vec{j}_2+...+\vec{j}_n=\vec{s}_1+\vec{l}_1+\vec{s}_2+\vec{l}_2+...+\vec{s}_n+\vec{l}_n$

где $\vec{s}_i$ - собственный механический момент нуклона, $\vec{l}_i$ - орбитальный механический момент нуклона, $\vec{j}_i$ - полный механический момент нуклона.

Магнитный момент ядра связан с его механическим моментом следующим соотношением:

$\mu_{yadr}=\beta\frac{\vec{J}}{|J|}$

Энергия взаимодействия $E$ магнитного момента ядра $\vec{\mu}_{yadr}$ с магнитным полем внешних электронов атома $\vec{H}_e$ определяется соотношением

$E=\vec{\mu}_{yadr}\cdot \vec{H}_e=\beta \cdot \alpha \frac{\vec{J}\vec{I}}{|J||I|}$

и зависит от взаимной ориентации спинов ядра $\vec{J}$ и внешней электронной оболочки $\vec{I}$ . При учете спина атомного ядра $I$ полный механический момент количества движения атома (спин атома) $\vec{F}$ складывается из механического момента (спина) электронной оболочки и спина $\vec{I}$ и полного механического момента (спина) ядра $\vec{J}$ :

$\vec{F}=\vec{I}+\vec{J}$ .

Согласно законам квантовой механики квадрат момента любой изолированной системы может принимать только целые или полуцелые значения:

$\vec{I}^2=\hbar^2 I (I+1)$ $\vec{J}^2=\hbar^2 J (J+1)$ $\vec{F}^2=\hbar^2 F (F+1)$ $\vec{F}^2=F(F+1)=(\vec{I}+\vec{J})^2=\vec{I}^2+\vec{J}^2+2\vec{I}\vec{J}=I(I+1)+J(J+1)+2\vec{I}\vec{J}$

Энергия взаимодействия $E$ магнитного момента ядра $\vec{\mu}_{yadr}$ с магнитным полем $\vec{H}_e$ электронной оболочки будет принимать дискретные значения, определяемые сцммарным моментом $\vec{F}$ :

$(I+J), (I+J-1), ... , |I-J|$

Каждому возможному состоянию будет соответствовать отдельный уровень. Если величина спина ядра $\vec{J}$ меньше величины спина электронной оболочки атома $\vec{I}$ , то величина оптического спина ядра может быть определена по числу линий сверхтонкого расщепления оптического спектра атома.

Сказать "Спасибо"

Тонкая и сверхтонкая структура оптических спектров.

Тонкая структура спектральных линий.

Сверхтонкая структура оптических спектров.

Комментарии