原子光譜的超精細結構

原子光譜的超精細結構

正文

原子核-內部結構模型圖

原子核的磁矩和電矩引起的原子光譜譜線分裂成多條的結構。用解析度很高的光譜學方法研究原子光譜時，可以發現許多原子光譜線由多條線構成，呈現出非常精細的結構，這是由於原子核的電矩、磁矩與電子間的相互作用引起的。典型的超精細結構有兩類。
磁性超精細結構　許多原子核具有自鏇，自鏇角動量是I媡。I為自鏇量子數，取整數或半整數；媡即普朗克常數乘以1/2π。伴隨自鏇，原子核具有磁偶極矩μI。核磁偶極矩與電子之間有相互作用，表現在核自鏇角動量(矢量pi)與電子總角動量（矢量pJ）之間的耦合。總的角動量為pF

　pF＝pI+pJ。

表征總角動量的量子數F取值從｜I-J｜到I+J。由於這種相互作用,對於每一個J，能級將分裂成(2I+1)個(I＜J時)或(2J+1)個(I＞J時)子能級，每一子能級由一個量子數F表征。附加的能量修正值是（hfs表超精細結構，m表磁性）

　

， (1)

式中A與核磁矩及電子運動狀態有關，對應於某一個J的能級，它是一常數。例如,當I＝時，J＝的能級分裂見圖1。由式(1)可知,這種分裂符合朗德間隔定則。

原子光譜的超精細結構

電性超精細結構 I＞1的原子核具有電四極矩，核電四極矩與電子在核處所產生的電場梯度相互作用，引起能級的微小改變（e表電性）
(2)
式中 A與核電四極矩及核處電場梯度有關，對應於某一個J的能級，它是一常數。由式(2)可知僅出現於的能級中,作用是疊加在磁性超精細分裂之上,使分裂偏離朗德間隔定則。
23Na的共振線(32 S-32 P)的超精細結構　以

的共振線為例,其上、下能級超精細分裂常數A、A之值見表，能級分裂如圖2。相應的共振線589.0nm、589.6nm的分裂也可從圖上看出，選擇定則是ΔF＝0,±1。

原子光譜的超精細結構

原子光譜的超精細結構

原子光譜線超精細結構分裂一般很小。為了觀察超精細結構，在常規光譜學方法中，常用原子束技術（見原子束和分子束），並使用高解析度光譜儀器。近代用高解析度雷射光譜技術則更有效。
參考書目
　H. G. Kuhn,Atomic Spectra,Longmans,London,1962.
　A. Corney, Atomic and Laser Spectroscopy,Clarendon Press,Oxford,1977.

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