Автор: Рыков Евгений Анатольевич

Рубрика: Физика

Опубликовано в Молодой учёный №15 (119) август-1 2016 г.

Дата публикации: 03.08.2016

Статья просмотрена: 13 раз

Библиографическое описание:

Рыков Е. А. Излучение атома и плазмы // Молодой ученый. — 2016. — №15. — С. 95-97.



В статье рассматривается излучение атома и на его основе рассматривается излучение плазмы газового разряда. Применение излучения атомов и молекул в области построения спектров излучения и анализ с его помощью.

Ключевые слова: излучение атома, механизмы плазменного излучения, методы спектрального анализа, спектры излучения, формула Ридберга

Сегодня, в любой области науки и производства используется спектральный анализ, основанный с помощью излучения атома вещества. Спектральный анализ позволяет существенно повысить точность определения состава вещества без внесения каких-либо вспомогательных тел.

  1. Излучение атома иплазмы.

Возникновение атомного спектра характеризуется поглощением излучения или его испусканием, состоящий в совокупности из единичных спектральных линий свободных атомов газа [2]. Такой спектр характеризуется отдельным параметром — частотой излучения, которая в свою очередь равняется энергии межуровневым переходом атома:

hv = E2 — E1.

Фактически все спектры излучения атома располагаются в видимых и ультрафиолетовых областях, длина волны которых достигает от 200 до 1190 нм.

Возбудить атом для получения излучения можно разными способами, в основном это сообщение энергии через тепловое столкновение или электронным ударом. За время нахождения в возбужденном состоянии атом теряет большую долю своей энергии на испускание кванта электромагнитного излучения.

Также как и в излучении в атоме, в плазме излучение характеризуется интенсивностью процессов испускания или поглощения электромагнитной энергии [1]. Спектральная излучательная способность представляет собой распределение фотонов по длине волны, создаваемых в единице объема плазмы.

Одним из главных видов потерь плазмы как раз и является ее излучение. Данный вид получения энергии довольно широко используют в данное время в промышленности.

Способы (механизмы) плазменного излучения можно разделить на следующие, которые описываются либо собственными свойствами отдельных заряженных частиц, в иных случаях нейтральных, которые образуют плазму, либо свойствами коллективного взаимодействия — колебательно-волновыми [1]. Существует несколько основных видов индивидуального излучения отдельных частиц, такие как:

− излучение линейчатого характера, получаемое при переходе электрона с одного энергетического уровня на другой, один из самых используемых излучений плазмы для исследования;

− излучение фоторекомбинационного характера возникает, если электрон с определенной энергией может поглотиться на одном из энергетических уровней, происходит некий захват частиц, или рекомбинация;

− тормозное излучение свободного электрона в поле иона;

− циклотронное излучение электрона при его вращении в магнитном поле.

Эти виды плазменного излучения основываются на ускорении частиц во внешних электрических или магнитных полях. Так как все заряженные частицы в плазме двигаются по нелинейным траекториям, они характеризуются некой угловой скоростью поворота, что позволяет в свою очередь иметь представление о характерной частоте плазменного излучения. Зная все эти величины можно определить интенсивность по следующей формуле:

I = (2/3)е2w23,

где w — угловая скорость.

Большой вклад в резкое отличие интенсивности общей картины от интенсивности отдельных характерных частот вносит род поля, которое в свою очередь вызывает ускорение заряженных частиц. Спектр можно назвать дискретным, если электрон находится в состоянии периодического вращения, если нет, то спектр будет непрерывным. В случае фоторекомбинационного излучения в непрерывном спектре присутствуют резкие скачки на определенных длинах волн, которые зависят от состава излучаемого вещества. В этих скачках происходит рекомбинация электрона на один из энергетических уровней иона. В случае излучения линейчатого характера из-за низкой скорости передвижения атомов и ионов дискретность спектра не нарушается. Так как в данном излучении низкие скорости, то доплеровские сдвиги относительно малы, в ином случае, если скорость передвижения гораздо больше, например, в циклотронном излучении, то и сдвиги будут увеличиваться. Такие сдвиги в свою очередь сводят высокие гармоники в один непрерывный спектр.

Как говорилось раньше, линии интенсивности зависят от рода вещества, его атома, который определяется зарядом ядра и количеством окружающих его электронов. Спектры элементов, имеющих равное количество валентных электронов, близки по значениям друг с другом.

Определить длину световой волны можно при помощи следующей формулы, или называемой формулой Ридберга:

,

где 1,097107 м–1 постоянная Ридберга, = 3.2911015.

Численные значения 1, 2, 3… — определяют серию, а n — целочисленное значение, начинающееся с (), оно определяет отдельные линии этой серии. Эти серии распределяются на несколько видов, в зависимости от численного значения: серия Лаймана (m = 1; n = 2, 3, 4…), они расположены в ультрафиолетовой области спектра; серия Бальмера (m = 2; n = 3, 4, 5…), диапазон видимой области. Переходы, которые происходят на высших уровнях, называют серии Пашена и Брэккета (m = 3 и m = 4 соответственно), они расположены в области инфракрасного излучения. В целом можно получить следующую картину возможного излучения, в частности для атома водорода, представлена на рис. 1.

Рис. 1. Спектральные линии атома водорода

Теория Бора полностью описывает возникающий спектр атома водорода, каждая линия которого относится к излучению возникающего вследствие перехода атома из возбужденного в состояние, расположенное ниже данного [2].

Все состояния могут быть представлены одной формулой, именуемой формулой Бальмера:

.

В связи с излучением атомов в науке был введен новый спектр и анализ на его основе.

Полная картина разделения методов спектрального анализа представлена на рис. 2.

C:\Users\u5_yu.petrova\Documents\Безымянный.jpg

Рис. 2. Классификация методов спектрального анализа

Контур спектра представляется в виде суммарного распределения интенсивностей, в зависимости от длины волны. Характеризуется шириной спектральной линии и ее сдвигом. Любые возбужденные атомы не имеют точного значения, они размыты. Определяется приращением длин волн (или частот) в середине максимального значения интенсивности.

Литература:

  1. Александров А. Ф., Богданкевич Л. С., Рухадзе А. А. Основы электродинамики плазмы, М.: Высшая школа, 1988.
  2. Гарифзянов А. Р. Атомно-абсорбционная спектроскопия. К.: Казанский федеральный университет, 2009.
Основные термины (генерируются автоматически): излучения атома, плазменного излучения, атома водорода, излучения атома вещества, спектры излучения атома, излучение атома, Применение излучения атомов, излучения отдельных частиц, построения спектров излучения, частоте плазменного излучения, виды плазменного излучения, кванта электромагнитного излучения, случае фоторекомбинационного излучения, поглощением излучения, излучения линейчатого характера, частотой излучения, Излучение атома иплазмы, получения излучения, излучение плазмы газового, картину возможного излучения.

Ключевые слова

спектры излучения, излучение атома, механизмы плазменного излучения, методы спектрального анализа, формула Ридберга

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос