Спектр линии

Уширение спектральных линий - физические процессы,
приводящие к немонохроматичности спектральных линий и определяющие
их контуры. Любое воздействие на излучающую или поглощающую
квантовую систему (атом, молекулу) влияет на контур спектральной линии
(ширину и сдвиг). Радиац. затухание ответственно за естественную ширину
спектральной линии . Тепловое движение в газе приводит к доплеровскому
уширению. Взаимодействие атома или молекулы с окружающими частицами
вызывает уширение, сдвиг и асимметрию контура спектральной линии,
зависящие от сорта возмущающих частиц и характеристик их движения.
В газах и плазме в зависимости от характера воздействия
окружающих частиц различают два осн. механизма уширения спектральных
линий- ударный и квазистатический (статистический). Если в ср.
длительность столкновения с возмущающими частицами мала по сравнению
с временем между двумя последовательными столкновениями, то происходит
ударное уширение спектральных линий. В этом случае столкновения
приводят к мгновенному сдвигу фазы и неупругой релаксации верх. и ниж.
состояний излучающей системы, контур спектральной линии имеет
лоренцовскую форму, а ширина dw (w-круговая частота) и сдвиг линии D
пропорциональны концентрации возмущающих частиц N:

Здесь s' и s''-т. н. эфф. сечения уширения и сдвига, u - относит. скорость
движения частиц; угл. скобки означают усреднение по скоростям. В нек-рых
случаях ударное У. с. л. практически полностью обусловлено неупругой
релаксацией верх. и ниж. уровней а и b. При этом сдвиг линии почти
отсутствует, а

где s a,b -эфф. сечения неупругого рассеяния. Как правило, хорошее
количеств. описание Уширение спектральных линий даёт полуклассич.
подход, в к-ром излучающий атом рассматривается как квантовая система, а
относит. движение возмущающей частицы - как движение по классич.

траектории в его поле. У. с. л. нейтральными частицами определяется
ударным механизмом вплоть до давлений в неск. десятков атм. Уширение
электронами в плазме практически всегда имеет ударный характер. В
большинстве случаев в ударном приближении хорошо описывается центр.
часть контура спектральной линии.
В противоположном предельном случае очень медленных
столкновений можно считать, что в каждый момент имеют место сдвиг и
расщепление спектральной линии, соответствующие текущему значению
внеш. возмущения. Результирующий контур линии определяется
усреднением по всем возможным конфигурациям возмущающих частиц.
Такой квазистатич. механизм определяет распределение интенсивности I(w)
при больших отстройках от центральной частоты, т. е. в крыле линии. Если
потенциал взаимодействия V(R)атома с возмущающей частицей убывает с
расстоянием R между ними по степенному закону

то в крыле линии

Спектральные линии неводородоподобных атомов обладают одним
квазистатистич. крылом; исключение составляет случай резонансного
уширения. Воздействие положит. ионов на большинство линий
водородоподобных атомов во мн. случаях вполне удовлетворительно
описывается в квазистатич. приближении для всего контура. При этом в ф-ле
(2) n = 2. В случае a-линий (переходы ) необходимо учитывать
движение ионов.
К наибольшему Уширение спектральных линий приводит
взаимодействие с за-ряж. частицами в плазме-т. н. штарковское уширение.
Для водородоподобных линий осн. роль играет квазистатич. уширение
ионами за счёт линейного Штарка эффекта,