Естественная ширина спектральной линии

Другая причина уширения спектральных линий – ограниченность времени излучения. Представим амплитуду излучения в виде затухающих колебаний. Спектр Фурье этой функции имеет вид . В атоме ω ~ 10¹⁵ c^-1, a

τ ~ 10^-9 c. Так что спектр получается очень узкий. Если выразить его в длинах волн, получается . Здесь и , поскольку в спектроскопии принято измерять полную ширину линии на полувысоте. Естественная ширина линии при λ ~ 10^-4 см и τ ~ 10^-9 c получается очень малой ~ 10^-3 A.

Но столкновения частиц могут укорачивать время излучения. Тогда ширина линии соответственно возрастает. .

Еще один механизм уширения линий связан со сдвигом уровня электрическим полем окружающих частиц в результате эффекта Штарка. Эффект Штарка бывает линейный (водород и верхние водородоподобные уровни) и квадратичный (все остальные атомы). Величина сдвига выражается через константы С₂ и С₄. Величина Штарковского уширения растет пропорционально плотности плазмы. Для диагностики важно выбрать переход с преобладанием либо Доплеровского, либо Штарковского уширения. Тогда можно измерять соответственно температуру, или плотность плазмы. Самый неприятный случай - сравнимые по величине эффекты. Тогда форма линии описывается функцией Фойгта - сверткой Гаусса и Лоренца и интерпретация результатов измерений становится очень сложной.

Ширина линии Н_β при увеличении плотности плазмы от 10¹⁴ до 10¹⁷ см^-3 возрастает от 1 до 50 А. А доплеровская ширина растет как 0,35 Те^1/2 А. Так что по ширине этой линии при плотности плазмы меньше 10¹⁴ можно измерять температуру, а при большей - плотность.

При еще большей плотности становится заметным поглощение и связанное с ним уширение из-за ограничения яркости яркостью черного тела.

Дата добавления: 2014-01-20