原子物理学课件 (14).ppt

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1、3.4能级的超精细结构和同位素移位实验和理论都表明：原子核也具有自旋和自旋角动量。原子的总角动量应该是电子的总角动量和原子核的自旋角动量之和.3.4.1原子核的角动量及能级的超精细结构类似：电子的总角动量：，和的相互作用造成能级的精细结构分裂。设：原子核的自旋角动量：，核磁矩gI：核的G因子；MP：质子的质量。原子的总角动量：，和的相互作用造成能级的超精细结构分裂。因为：I/lme/Mp=1/1836,EI,j<<El,s3.4.2超精细结构分裂的能量类似：和的耦合产生的精细结构能量分裂：和的耦合产生的超精细结构能

2、量分裂：I:核的自旋量子数（和原子有关，见P81，表3.4.1）的本征值：F:原子（核及最外层电子）的总角动量量子数。的本征值：F的跃迁选择定则：F＝1,0(00)结合l,j的选择定则：j＝1,0(00)l＝1F的取值和选择定则因为：，Fmax=I+j,Fmin=I-j;F=I+j,I+j-1,I+j-2,……,I-j超精细能级间的跃迁，由F、j、l的选择定则共同确定超精细含义：在一定j值对应能级上的非常细小的分裂总能量:Na原子黄双线的超精细光谱Na原子黄双线：主线系32P→32S2P3/2:j=3/2;I

3、=3/2→F=3,2,1,02P→2P3/2，2P1/2(精细结构）2P1/2:j=1/2;I=3/2→F=2,12P3/22P1/22121超精细结构2310F:j=1/2;I=3/2→F=2,1F=2,EI,j=3aI,j/4;F=1,EI,j=-5aI,j/42S→2S1/2(精细结构）EI,j=6aI,j,3aI,j,aI,j,0EI,j=3aI,j/4,-5aI,j/43.4.3原子超精细能级的应用－Cs（铯）原子钟133Cs(133=质子数加中子数，mp=mn）：I＝7/2(P81,表3.4.1)；j=1/2;I

4、＝7/2F=I+j=4，3F＝4和F＝3间的能级间距：EI,j=9193MHz(～109Hz:射频电磁波)铯原子基态：(P213,附表1)铯原子基态的超精细能级：Cs原子钟工作原理图精度：1/f=10-10秒！（～25年误差1秒）标准射频脉冲f(可调)EI,J=9193MHzf<9193MHz,f>9193MHzf=9193MHzf（t)f频谱仪Cs原子蒸汽f（t)I（射频强度）I（电信号强度）微分器电子饲服系统射频脉冲发生器脉冲计数器f>0=0<0f=9193MHzF=4F=33.4.4两种同位素移位效应（１）轻元素：1H（氢

5、），2H（氘），3H（氚）由里德伯常数的差异引起能级的同位素移位效应。赖曼线系的第一条线：n=2n=1(共振线）取：RA（1H）＝1.0974107M-1则：RA（2H）＝1.00027RA（1H）＝1.0977107M-1（2H）－（1H）＝3103/4M-1＝7.5cm-1En=-RAhc/n2RA（238U）/RA（235U）=（238U）/（235U）1.00000003(很小，可忽略!）（2）重元素：235U，238U，85Rb，87Rb……但是，原子核的体积增加后（核电荷不能再作为点电荷处理），原子能

6、级对由核质量确定的核体积非常敏感。重元素的同位素有不同的能级。天然铀矿：235U（0.7％），238U（99.3％）；235U：原子弹裂变元素；238U：基本无大用。怎样从235U和238U混和物中将235U分离出来？－－－同位素（能级）移位的重要应用：235U、238U基态238U激发态235U激发态235U电离态235U＋E＝h=hc/0可调谐激光0=591.5nm紫外激光E=h=hc/激光分离同位素的原理