Атомная физика (стр. 30 )

,

где характеризует релеевское когерентное рассеяние с частотой падающего света ;

обусловливает возникновение некогерентного комбинационного рассеяния света с частотами и .

Интенсивность Ip спутников на частотах и пропорциональна квадрату первой производной поляризуемости молекулы по межатомному расстоянию r:

~ .

Ввиду этого комбинационное рассеяние света происходит, когда не равна нулю первая производная поляризуемости молекулы по межатомному расстоянию.

Например, у ионных (гетерополярных) молекул типа HCl, HBr и т. д. атомы имеют замкнутые устойчивые электронные оболочки, которые при колебаниях атомов практически не деформируются, следовательно, поляризуемость молекулы не изменяется. Вследствие этого спектры комбинационного рассеяния у этих молекул не наблюдаются. У ковалентных (гомеополярных) симметричных молекул, таких как H2, O2 и т. д., внешняя электронная оболочка сильно деформируется при колебаниях атомов молекулы. Следовательно, будет происходить интенсивное комбинационное рассеяние света.

Экспериментально установлены следующие закономерности комбинационного рассеяния света:

1.  Спектр содержит симметрично расположенные относительно несмещенной (релеевской) спектральной линии с частотой линии с частотами и .

2.  Спутники сопровождают каждую спектральную линию падающего света, поэтому, чтобы их обнаружить, падающий свет должен быть монохроматическим или представлять собой совокупность отдельных монохроматических компонент.

3.  Собственная частота не зависит от частоты падающего света, а зависит от природы рассеивающего вещества, поэтому для данного вещества спутники расположены одинаково относительно любой спектральной линии падающего света.

4.  При комнатной температуре интенсивность красных спутников с частотой значительно больше интенсивности фиолетовых спутников с частотой . С ростом температуры интенсивность фиолетовых спутников возрастает.

5.  Спутники частично поляризованы. Характер поляризации симметричных спутников одинаков, поляризация различных спутников может отличаться.

6.  Интенсивность Ip рассеянного света прямо пропорциональна числу рассеивающих молекул.

Перечисленные закономерности комбинационного рассеяния света легко объясняются в рамках квантовой теории. Они являются следствием закона сохранения энергии при неупругом соударении кванта падающего света с энергией с молекулой, находящейся в некотором колебательном состоянии, которое характеризуется колебательным квантовым числом v.

Рассмотрим этот процесс более подробно на схеме колебательных энергетических уровней молекулы (рис. 8.4). Допустим, что энергия Е кванта па-

дающего света больше разности энергий между соседними колебательными энергетическими уровнями: кол. Процесс столкновения молекулы с

фотоном можно представить как переход ее через некоторое промежуточное (виртуальное) состояние.

Пусть молекула до взаимодействия со светом находится в колебательном состоянии с v = 0. Тогда после взаимодействия молекула либо не изменит свое состояние, либо изменит, переходя при этом на более высокий колебательный уровень с v = 1 и изменяя свою колебательную энергию. В первом случае, согласно закону сохранения энергии , частоты падающего и рассеянного фотона будут равны и рассеяние света будет релеевским. Во втором случае, фотон, согласно закону сохранения энергии кол, отдает часть своей энергии кол на возбуждение молекулы и после взаимодействия с ней будет иметь частоту , меньшую, чем частота падающего фотона. В спектре рассеяния света будут наблюдаться стоксовые (красные) спутники.

Если молекула до взаимодействия со светом находилась в колебательном состоянии с v = 1, то после их взаимодействия могут происходить как перечисленные выше процессы, так и переход молекулы на более низкий колебательный уровень с v = 0. Для последнего случая справедливо равенство кол. Из него следует, что молекула, передает часть своей энергии кол фотону, в результате чего рассеяние света происходит с частотой , большей, чем частота падающего света. В спектре рассеяния света появляются антистоксовые (фиолетовые) спутники.

Для того чтобы объяснить меньшую интенсивность фиолетовых спутников по сравнению с красными, необходимо вспомнить, что распределение молекул по колебательным состояниям при термодинамическом равновесии и определенной температуре Т подчиняется закону Больцмана. Функция распределения f(Ev,кол) имеет вид . Отсюда следует, что при комнатной температуре подавляющая часть молекул находится в основном колебательном состоянии с v = 0. В связи с эти число переходов на возбужденные колебательные уровни больше, чем с возбужденных, а следовательно, интенсивность красных спутников выше по сравнению с фиолетовыми. С ростом температуры число молекул, находящихся в возбужденных состояниях, возрастает, поэтому увеличивается число переходов, связанных с появлением фиолетовых спутников, и это приводит к увеличению их интенсивности.

Глава 9. Рентгеновское излучение

9.1. Открытие рентгеновских лучей.

Рентгеновские спектры. Закон Мозли

В 1885 г. Рентген, проводя эксперименты с катодными лучами, создаваемыми трубкой Плюккера, заметил свечение (флюоресценцию) кристаллов соли бария, которые лежали в стороне от трубки и к тому же были закрыты картоном. Излучение, вызывавшее это свечение, получило название Х-лучей, в дальнейшем его назвали рентгеновским.

Схема рентгеновской трубки, используемой для создания рентгеновского излучения, показана на рис. 9.1. Движение электронов, вылетающих из катода К, происходит в электрическом поле с разностью потенциалов Vka между катодом К и анодом А, как правило, большем, чем 10 кВ. При бомбардировке электронами, разогнанными до больших скоростей, металлической пластины МП (антикатода), расположенной напротив анода, возникает рентгеновское излучение РИ. Оно по своей природе является электромагнитным излучением с малыми длинами волн от 0.1 Å (жесткое излучение) до 100 Å (мягкое излучение).

Рентгеновские лучи обладают рядом уникальных свойств:

1) вызывают флуоресценцию некоторых веществ, 2) влияют на фотоэмульсию, 3) невидимы для глаза, 4) распространяются прямолинейно, 5) вызывают ионизацию в газах, 6) подвержены рассеянию и поглощению в веществах, причем закономерности рассеяния и поглощения для них отличаются от закономерностей, свойственных излучению в видимой области. Например, поглощение рентгеновских лучей не зависит от оптических свойств поглощаемого вещества, а зависит а) от длины волны излучения, б) от атомного номера поглощаемого вещества. Чем больше длина волны рентгеновского излучения или чем больше атомный номер поглощаемого вещества, тем сильнее поглощение рентгеновских лучей.

В рентгеновском излучении можно выделить две компоненты, которые называются тормозным и характеристическим излучением. Появление этих компонент напрямую связано с зависящей от величины напряжения Vka энергией электронов, испытывающих торможение на антикатоде.