Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Вихман Э. -> "Квантовая физика" -> 65

Квантовая физика - Вихман Э.

Вихман Э. Квантовая физика — М.: Наука, 1972. — 396 c.
Скачать (прямая ссылка): kvantovayafizika1972.pdf
Предыдущая << 1 .. 59 60 61 62 63 64 < 65 > 66 67 68 69 70 71 .. 194 >> Следующая


42. Схема уровней на рис. 42А изображает |3 —¦ у-каскад, источником которого является изотоп кобальта jj^Co. Этот изотоп вначале

испытывает (3-распад на возбужденный уровень изотопа никеля |gNi, который на 2,4 МэВ выше основного состояния. Максимальная кинетическая энергия электронов равна

0,3 МэВ, но электрон может быть испущен с любой кинетической энергией, лежащей между нулем' и этим пределом. Реакция для] этой части процесса имеет вид

°°Со —>- 62°8*Ni + +v.

Звездочка означает, что изотоп никеля возникает в возбужденном состоянии. Из этого состояния происходят (практически немедленно) два последовательных перехода — в другое возбужденное состояние, отстоящее на 1,3 МэВ от основного, и из последнего в основное состояние. Таким образом, Р-распад 26°Со всегда сопровождается появлением двух у-квантов с энергиями 1,1 и 1,3 МэВ.

Период полураспада ядра кобальта равен 5,3 года. Следующий за p-распадом каскадный процесс делает 69 Со удобным долгоживущим источником у-квантов.

P-активные ядра, подобно а-ак-тивным, часто имеют очень большие периоды полураспада. В случае Р-распада причиной является чрезвычайная слабость взаимодействия, ответственного за распад. Соответствующее взаимодействие так и называется слабым взаимодействием. По грубой оценке, оно в 1014 раз слабее сильных взаимодействий и значительно слабее электромагнитного. Слабое взаимодействие служит причиной (относительно медленного) распада многих элементарных частиц. В качестве примеров таких распадов назовем распад заряженных пионов, нейтрона, мюона, /(-мезонов л лямбда-гиперона.

а зо

60,

МзВ

?-¦з

Со

-ff

zs

•Рис. 42А. Схема уровней, изображающая v-каскад, 1 испускаемый изотопом кобальта Этот изотоп

сперва в результате p-распада переходит в возбужденное состояние изотопа никеля 2gNi, которое выше основного на 2,4 МэВ. Максимальная кинетическая энергия электрона равна 0,3 МэВ. Возбужденное состояние изотопа никеля «высэечива-•ется» последовательным испусканием двух 7'квантов
Расширение спектральных линий вследствие доплер-эффекта ,

и столкновений

43. В начале этой главы мы рассмотрели связь между естественной шириной Асо спектральной линии атома и средним временем жизни т состояний, участвующих в переходе. В частном случае, когда нижним уровнем энергии является основное состояние, мы нашли, что

Асо = 1/т, (43а)

где т — среднее время жизни возбужденного состояния.

В п. 26 мы привели типичные значения т для атомов и получили оценку относительной ширины линии: Aco/co~10-7. Разумеется, это лишь грубая оценка порядка величины.

Наблюдаемые на опыте ширины спектральных линий, как правило, значительно больше приведенной оценки. Теория, изложенная в п. 14—26, относилась к изолированному и первоначально покоящемуся атому. Реальные атомы не изолированы и не находятся в покое. Чтобы понять причину дополнительного расширения, рассмотрим испускание света атомным газом, находящимся при температуре Т и давлении р. Обозначим через А относительную атомную массу атомов. Атомы газа движутся случайным образом и сталкиваются друг с другом.

44. Тепловое движение приводит к тому, что у части атомов возникает составляющая скорости, направленная к наблюдателю, а у другой части составляющая имеет противоположное направление. В результате спектральная линия, являющаяся суперпозицией линий, испускаемых многими атомами, расширяется вследствие доплер-эффекта. Если атом движется к наблюдателю со скоростью v, то доплеровский сдвиг частоты равен (A(o/o))D=v/c. Чтобы оценить доплеровское расширение (Асо/со)х,, нужно знать среднюю скорость v0 атомов газа и подставить ее в выражение для доплеровского сдвига. Разумеется, v0 — это средняя скорость в направлении наблюдения, которым можно считать направление одной из трех координатных осей. В п. 17 гл. 2 мы показали, что средняя кинетическая энергия атома и термодинамическая температура газа Т связаны соотношением

Ек = М (v& + и022 + v0%)/2 = 3kT/2, (44а)

где МшАМр — масса атома (Мр — масса протона). Средние скорости в направлении осей 1, 2 и 3 равны, и мы имеем

Voi = уо2 = vC3 = V'kT/AMp. (44b).

Доплеровское расширение поэтому равно

теш-'- <44с>

45. Столкновения между атомами также приводят к расширению-спектральных линий. Чтобы оценить этот эффект, допустим, что-

131
интервал времени между двумя последовательными столкновениями данного атома равен хс. Величина 1/тс представляет собой число столкновений в единицу времени. Предположим, далее, что каждое столкновение приводит к прекращению процесса испускания. Тогда величина т^. есть эффективное время жизни атома, и по аналогии с выражением (43а) можно считать, что соответствующее расширение спектральной линии равно

Оценим теперь число столкновений \!хс в единицу времени. Будем считать атом сферой радиусом г и обратим внимание на некоторый определенный атом немедленно после столкновения. Его скорость равна V. Мы хотим оценить среднее время жизни хс до следующего столкновения. Для этой оценки можно допустить, что все остальные атомы газа покоятся. Точный расчет хс требует, разумеется, учета движения всех атомов. За время dt наш атом пройдет расстояние v dt. Рассмотрим цилиндр радиусом 2г, ось которого совпадает с траекторией атома. Высота цилиндра равна vdt. Если в этом цилиндре нет атомов, то за время dl наш атом не испытает столкновений, и вероятность столкновения равна вероятности обнаружить в объеме цилиндра другой атом. Объем цилиндра равен 4лr2v dt, и если п — среднее число атомов в единице объема газа, то среднее число атомов в цилиндре равно 4яг2 nv dt. Если это число мало по сравнению с единицей, то оно дает вероятность нахождения одного атома в объеме цилиндра, а тем самым и вероятность столкновения за время тс. Для оценки хс имеем
Предыдущая << 1 .. 59 60 61 62 63 64 < 65 > 66 67 68 69 70 71 .. 194 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed