Лекции по курсу общей физики. Квантовая физика. Сабирова Ф.М. - 34 стр.

                                 34                                                                                  43

               §14. Комбинационное рассеяние света.                      можно заключить, что и энергия ядра меньше суммарной энергии
                                                                         нуклонов, из которых оно состоит.
        В 1928 г. Г.С.Ландсберг и Л.И.Мандельштам и одновременно
                                                                                       Высвобождение
индийские физики Ч.Раман и К. Кришнан открыли явление комби-                              энергии
национного рассеяния света. Если на вещество (газ, жидкость, про-                 Ядро    связи ядра р    + р       +…+ р + n + n +…+ n
зрачный кристалл) падает строго монохроматический свет, то в
спектре рассеянного света помимо несмещенной спектральной ли-                   А нуклонов Затрата        Z протонов          А–Z нейтронов
                                                                                            энергии
нии обнаруживаются новые линии, частоты которых представляют                               связи ядра
собой суммы или разности частоты v падающего света и частот vi,                                          Рис. 18.1.
собственных колебаний (или вращений) молекул рассеивающей сре-
ды: v = v 0 ± v i .                                                            Энергию, которую необходимо затратить для того, чтобы рас-
                                                                         членить ядро на отдельные составляющие его нуклоны (рис. 18.1), не
        Линии в спектре комбинационного рассеяния с частотами v–vi       сообщая им кинетической энергии, называют энергией связи. На осно-
меньшими частоты v падающего света, называются стоксовыми (или           вании (18.1) запишем следующее выражение для энергии связи:
красными) спутниками, линии с частотами v + vi, большими vi – ан-
тистоксовыми (или фиолетовыми) спутниками.
                                                                                                                [
                                                                                                ΔЕ св = ( Zm p + Nm n ) − m я с 2       ]
                                                                                                                                     (18.2)
        Исследование спектров комбинационного рассеяния показа-             Нетрудно убедиться, что атомной единице массы (а. е. м.) соответст-
ло, что: 1) линии спутников располагаются симметрично по обе сто-        вует энергия, приблизительно равная 931 МэВ, поэтому формулу
роны от несмещенной линии; 2) частоты vi не зависят от частоты           (18.2) записывают в виде:
падающего на вещество света, а определяются только рассеиваю-                                      [                           ]
                                                                                         ΔЕ св = ( Zm p + Nm n ) − m я ⋅ 931 МэВ,       (18.3)
щим веществом, т.е. характеризуют его состав и структуру; 3) число
                                                                         где массы протона (тр ), нейтрона (тn) и ядра (mя ) выражены в а.е.м.,
спутников определяется рассеивающим веществом; 4) интенсивность
                                                                         а ΔЕсв – в МэВ.
антистоксовых спутников меньше интенсивности стоксовых и с по-
вышением температуры рассеивающего вещества увеличивается, в то                Если учесть, что N = A − Z , то (18.2) примет вид
время как интенсивность стоксовых спутников практически от тем-                                    [
                                                                                          ΔЕ св = Zm p + ( A − Z )m n − m я с 2 .   ]
пературы не зависит.
                                                                                В таблицах обычно приводятся не массы mя ядер, а массы ато-
        Рассмотрим схему энергетических уровней молекулы некото-
                                                                         мов m. Поэтому для энергии связи ядра пользуются формулой
рого вещества, в котором наблюдается комбинационное рассеяние.
При освещении светом с частотой v 0 = ( E 2 − E1 ) / h молекула совер-   ΔЕ св = [Zm Н + ( A − Z ) m n − m]с 2 ,      (18.4)
шает переход из состояния Е1 в состояние Е2 с поглощением кванта         где mН – масса атома водорода. Так как m я = m − m эл ( mэл – масса
hv 0 . Из возбужденного состояния молекула может перейти опять в         электронов), а m Н = m р + m эл , то вычисления по формулам (18.2) и
состояние Е1, что приводит к появлению в спектре рассеянного света       (18.4) приводят к одинаковым результатам.
                                                                                               ΔЕ
линии с «несмещенной» частотой v 0 (а) на рис.13.1.) Возможны, од-
нако, и другие пути перехода молекулы в невозбужденное состояние.
                                                                                                                          [
                                                                                Величина Δm = 2св : Δm = Zm p + ( A − Z )m н − m я называ-
                                                                                                c
                                                                                                                                              ]
Так, молекула может сначала перейти в состояние с энергией               ется дефектом масс ядра . Она представляет собой разницу между
 E 2 − ΔE i , где ΔEi – энергия колебательного или вращательного         суммарной массой нуклонов и массой ядра. На эту величину умень-
возбужденного состояния молекулы, а затем уже перейти в состоя-          шается масса всех нуклонов при образовании из них атомного ядра.