原子光谱的超精细结构

 

　　原子核的磁矩和电矩引起的原子光谱谱线分裂成多条的结构。用分辨率很高的光谱学方法研究原子光谱时，可以发现许多原子光谱线由多条线构成，呈现出非常精细的结构，这是由于原子核的电矩、磁矩与电子间的相互作用引起的。典型的超精细结构有两类。
　　磁性超精细结构 　许多原子核具有自旋，自旋角动量是I媡。I为自旋量子数，取整数或半整数；媡即普朗克常数乘以1/2π。伴随自旋，原子核具有磁偶极矩μ_I。核磁偶极矩与电子之间有相互作用，表现在核自旋角动量(矢量p_i)与电子总角动量（矢量pJ）之间的耦合。总的角动量为p_F

　p_F＝p_I+pJ。

表征总角动量的量子数F取值从｜I-J｜到I+J。由于这种相互作用,对于每一个J，能级将分裂成(2I+1)个(I＜J时)或(2J+1)个(I＞J时)子能级，每一子能级由一个量子数F表征。附加的能量修正值是（hfs表超精细结构，m表磁性）

　

， (1)

式中A与核磁矩及电子运动状态有关，对应于某一个J的能级，它是一常数。例如,当I＝时，J＝的能级分裂见图1。由式(1)可知,这种分裂符合朗德间隔定则。

　　电性超精细结构  I＞1的原子核具有电四极矩，核电四极矩与电子在核处所产生的电场梯度相互作用，引起能级的微小改变（e表电性）
　　 (2)
式中 A与核电四极矩及核处电场梯度有关，对应于某一个J的能级，它是一常数。由式(2)可知仅出现于的能级中,作用是叠加在磁性超精细分裂之上,使分裂偏离朗德间隔定则。
　　₂₃Na的共振线(3²S-3²P)的超精细结构 　以

的共振线为例,其上、下能级超精细分裂常数A、A之值见表，能级分裂如图2。相应的共振线589.0nm、589.6nm的分裂也可从图上看出，选择定则是ΔF＝0,±1。

 

　　原子光谱线超精细结构分裂一般很小。为了观察超精细结构，在常规光谱学方法中，常用原子束技术（见原子束和分子束），并使用高分辨率光谱仪器。近代用高分辨率激光光谱技术则更有效。
　　参考书目
　H. G. Kuhn,Atomic Spectra,Longmans,London,1962.
　A. Corney, Atomic and Laser Spectroscopy,Clarendon Press,Oxford,1977.

 

原子光谱的超精细结构 - 配图

 

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