• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Бакалавриат 2020/2021

Атомная спектроскопия

Статус: Курс по выбору (Физика)
Направление: 03.03.02. Физика
Когда читается: 4-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения: без онлайн-курса
Охват аудитории: для своего кампуса
Язык: русский
Кредиты: 4

Программа дисциплины

Аннотация

1 Целью курса является формирование у студентов базовых знаний об энергетической структуре и спектрах атомов и ионов. Теоретический материал иллюстрируется результатами экспериментальных работ. Предполагается знание студентами основ нерелятивистской квантовой механики. Детально рассматривается теория атома водорода, углового момента, структура многоэлектронного атома, взаимодействие атома с внешними полями.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Освоение общих понятий теории многоэлектронных атомов
  • Изучение системы классификации энергетических уровней атомов и ионов, а также схем связи.
  • Изучение механизмов взаимодействия атомных систем с внешними полями.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знает "классические" экспериментальные факты, связанные со спектрами атомов
  • Знает структуру волновых функций для нерелятивистского решения задачи об атоме водорода
  • Знает происхождение и порядок величины релятивистских поправок к уровням энергии атома водорода (тонкая структура и лэмбовский сдвиг)
  • Умеет применять теорию атома водорода к описанию водородоподобных состояний.
  • Понимает спектроскопическую терминологию, применяющуюся для обозначения атомных уровней
  • Умеет применять приближение LS-связи для решения задач
  • Умеет описывать тонкую и сверхтонкую структуру атомных уровней
  • Умеет решать задачи за рамками приближения LS-связи
  • Знает о резонансах Фано, умеет решать аналогичные задачи
  • Знает происхождение характеристического излучения. Знает классификацию рентгеновских термов, характерные порядки энергии, методы получения и наблюдения.
  • Умеет описывать эффект Зеемана в различных полях, классифицировать наблюдаемые спектральные компоненты.
  • Умеет описывать эффект Штарка в атомах
  • Знаком с основными подходами к интерпретации интенсивностей атомных спектральных линий
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Вводная лекция
    Исторический обзор. Теория Бора – Зоммерфельда. Основные понятия квантовой механики.
  • Атом водорода
    Решение уравнения Шредингера для электрона в кулоновском поле. Структура волновой функции. Вывод формулы Бальмера.
  • Тонкая структура уровней водорода
    Релятивистские поправки к энергиям водородных уровней. Спин – орбитальное взаимодействие. Прецессия Томаса. Лэмбовсий сдвиг.
  • Водородоподобные системы
    Многозарядные водородоподобные ионы. Экзотические атомы. Щелочные атомы. Квантовый деффект.
  • Многоэлектронные атомы. Приближение центрального поля
    Проблема численного расчёта уровней энергии. Модель Томаса – Ферми. Сложение моментов, коэффициенты Клебша – Гордана. Понятие схемы связи.
  • Многоэлектронные атомы. LS связь
    LS связь для двух электронов. Построение волновой функции для неэквивалентных и эквивалентных электронов. Метод Слэттера. Примеры расчётов с помощью метода Слэттера.
  • Тонкая структура атомных уровней
    Спин – орбитальное взаимодействие в сложных атомах, мультиплетная структура. Сверхтонкая структура. Изотопические сдвиги.
  • Многоэлектронные атомы. LS связь для более чем двух электронов.
    Генеалогическая схема, число сеньорити. JJ связь. Промежуточная связь. Неоднородные связи.
  • Взаимодействие конфигураций.
    Явления, связанные с нарушением одноконфигурационного приближения - нарушение порядка следования уровней, «двух электронные» переходы, возмущения серий. Разбор работы U.Fano, Effects of Configuration Interaction on Intensities and Phase Shifts. Phys. Rev., v.124, N6, (1961). Автоионизация.
  • Рентгеновские спектры.
    Понятие рентгеновских термов и характеристического излучения. Рентгеновские спектры многозарядных ионов. Поглощение рентгеновского излучения. Источники.
  • Эффект Зеемана
    Теория аномального эффекта Зеемана, эффект Пашена – Бака. Применение эффекта Зеемана для измерения Лэмбовского сдвига. Применение эффекта Зеемана для измерения магнитного поля.
  • Эффект Штарка.
    Квантовая механика линейного и квадратичного эффекта Штарка. Полевая ионизация. Параболические координаты. Применение эффекта Штарка для диагностики плотности плазмы.
  • Интенсивности спектральных линий.
    Взаимодействие атома со световой волной в рамках полуклассической картины. Сила осциллятора. Измерение силы осциллятора методом крюков Рождественского. Излучение горячей плазмы. Beam – foil спектроскопия.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Коллоквиум
    первый этап контроля. в формате вопроса по выбору. Вопрос излагается в форме подготовленного заранее сообщения на 10-15 минут, в рамках которого должно быть продемонстрировано владение лекционным материалом.
  • неблокирующий Экзамен
    необходимо ответить на вопросы общего плана, разбитые на 3 группы. Первая группа – общие понятия квантовой механики, необходимые для понимания курса; Вторая группа вопросов – формулы и численные значения основных физических величин, используемых в курсе; Третья группа вопросов- собственно основные понятия теории атома
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.6 * Коллоквиум + 0.4 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. - Теоретическая физика Т.3. Квантовая механика (нерелятивистская теория) - Издательство "Физматлит" - 2001 - 808с. - ISBN: 5-9221-0057-2 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2380

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Фриш С.Э. - Оптические спектры атомов - Издательство "Лань" - 2010 - 640с. - ISBN: 978-5-8114-1143-6 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/625