N
6
5
4
3
2
1
Серія Лаймана (Ультрафіолетові хвилі)
Серія Бальмера (Видимо світло)
Серія Пашена (Інфрачервоні хвилі)
Е (еВ)
Пояснення спектральних закономірностей Випромінювання атома водню.
Спектр енергії атома водню зображено на рисунку. При 
=1 енергія атома Е1 = -13,6 еВ; при 
alt="Структура атомного ядра - Частина 3" class="" />=2 Е2 ==- 3,4 еВ; при 
=∞, Еn=0. Коли електрони переходять з нижчих рівнів на вищі, атом поглинає енергію, а коли з вищих енергетичних рівнів на нижчі – випромінює. При цьому можуть випромінюватися такі серії ліній:
А) 
= 1, 
=2,3, 4 . . . – ультрафіолетові лінії серії Лаймана;
Б) 
= 2, 
=3, 4 , 5. . . – видимі лінії серії Бальмера;
В) 
= 3, 
=2,3,4 . . . – інфрачервоні лінії серії Пашена;
Г) 
= 4, 
=5, 6, 7 . . . інфрачервоні лінії серії Бреккета.
Труднощі тeopії Бора. Теорія Бора пояснила природу спектральних серій атома водню, дала змогу обчислити енергетичні рiвні електрона в атомі водню. Удосконалив цю теорію німецький фізик А. Зоммерфельд (1868— 1951), врахувавши еліптичність op6іт електронів.
Однак теорія Бора—Зоммерфельда не змогла пояснити інтенсивність ліній спектра, а також явище поляризації, дисперсії і поглинання світла. Ця тeopiя була штучним поєднанням класичних законів фізики i квантових уявлень.
Квантові генератори. Оптичні квантові генератори дають змогу діставати вузький інтенсивний пучок світла у видимій або інфрачервоній частині спектра. Робота квантового генератора (лазера) основана на квантових процесах — інверсії заселеності і оптичній накачці.
У результаті оптичного накачування (наприклад, при яскравому спалаху світла) більшість атомів тіла лазера переходить спочатку в збуджений стан (електрони з основних, найнижчих енергетичних рівнів переходять на вищі) і майже відразу (протягом 
С) в метастабільний (нестійкий). Цей процес називають інверсією заселеності. У метастабільному стані атоми знаходяться від кількох мілісекунд до секунди. Під час опромінювання світлом, частота якого дорівнює частоті переходу з метастабільного стану в основний, атоми вмить переходять в основний стан, випромінюючи монохроматичне світло і звільнюючи при цьому нагромаджену раніше величезну енергію.
Квантовий генератор складається з робочого тіла і джерела живлення з імпульсною лампою (рис.) Джерелом живлення звичайно е батарея конденсаторів 3, які заряджаються до 3,5—10 кВ через випрямляч від мережі. Для підкачування часто використовують імпульсну ксенонову лампу 1. Як робоче тіло в
Лазерах використовують рубінові стержні 2 (рубін – кристал оксиду Al з добавкою 0,05% Cr або стержні з інших кристалів, наприклад сапфіру). Стержні, які мають прямокутний або круглий переріз, дуже старанно перевіряють на: паралельність сторін і чистоту торцевих поверхонь, розташування оптичної осі відносно осі стержня. За допомогою спеціальних оптичних систем можна дістати пучок світла в лазері діаметром не більше як 0,1 мм. Зараз виготовляють лазери: а) газові (можуть генерувати в безперервному режимі з потужністю до 10 кВт і в імпульсному — з потужністю од 10 кВт і до 10 ГВт); б) напівпровідникові {мають дуже високий ККД — до 100%, дають змогу змінювати частоту випромінювання, імпульсна потужність — до 1 МВт);
В) твердотільні (імпульсна потужність —до 10 ТВт при тривалості імпульсу до 1 нс, ККД =0,1%).
Промінь лазера має такі важливі властивості.
1. Випромінювання лазера має високу спрямованість, поширюється вузьким пучком. Розрахунки показують, що можна дістати лазерний промінь з кутом розходження близько 
Радіан.
2. Випромінювання лазера має високу монохроматичність, обумовлену тим, що в лазерах атоми чи молекули випромінюють світло узгоджено, тоді як у звичайних джерелах світла атоми випромінюють світло незалежно один від одного.
3. Випромінювання лазера має високу когерентність. Це випромінювання є просторово когерентним, тому що всі фронти хвиль плоскі і перпендикулярні до напряму поширення хвиль. Це випромінювання когерентне і в часі, тому що існує строга фазова відповідність між частиною хвилі, випущеною в один момент часу, і хвилею, випроміненою через певний інтервал часу.
4. Висока когерентність і монохроматичність лазерного випромінювання дають можливість сфокусувати пучок світла лазера системою звичайних дзеркал і лінз і дістати дуже маленьке зображення, яскравість якого за яскравість джерела світла.
5. Лазери є найбільш потужними джерелами випромінювання.
Лазери застосовують у промисловості (наприклад, для пропалювання в різних матеріалах отворів з малим діаметром, обробки мікроелементів електронної апаратури, зварювання).
У медицині за їх допомогою здійснюється своєрідне точкове зварювання тканин: приварюється сітківка ока при її відшаруванні. Лазерне проміння має застосовування у лікуванні ракових пухлин, в стоматології тощо.
Перспективним є застосування лазерного проміння в засобах зв'язку. Лазерний зв'язок на малих відстанях використовується в міських системах телефонного зв'язку. В багатьох країнах світу ведуться роботи по створенню телевізійних систем, оптичних, обчислювальних машин тощо на основі використання лазерів.
Застосовуючи лазери, дістають кольорові об'ємні зображення предметів у фотографії, кіно і телебаченні, використовуючи когерентність лазерного променя (так звана голографія).
Надзвичайно широко використовуються лазери в наукових дослідженнях. За допомогою лазерів удалося повторити експеримент Майкельсона – Морлі, підвищивши його точність приблизно в тисячу разів. Лазери використовуються під час досліджень атмосфери, в геодезичних дослідженнях, при вивченні дрейфу материків тощо.
Випромінювання лазерів охоплює діапазон довжин хвиль від 0,6 до 3,5 мкм. Для того щоб дістати випромінювання в ультракороткому діапазоні (менше 0,6 мкм), використовують квантові генератори — мазери. Газові i твердотільні мазери мають потужність до 1% від споживаної.
Ви прочитали: "Структура атомного ядра – частина 3"Читати далі