§ 6. МЕТАСТАБИЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ

Анализ возбужденных состояний атомов показал, что кроме типичных короткоживущих иногда появляются долгоживущие состояния. Согласно правилу Ритца, каждая спектральная линия является комбинацией двух термов; в то же время не каждая возможная комбинация термов приводит к появлению линии в спектре. В соответствии с законами квантовой механики на квантовые переходы накладываются некоторые ограничения. Точнее это можно выразить следующим образом: вероятность некоторых квантовых переходов весьма велика, для других переходов она меньше, для третьих — очень мала. Первое ограничение касается побочного квантового числа . В процессе перехода электрона с уровня на уровень оно должно изменяться на ±1:

Для многоэлектронного атома сумма орбитальных моментов изменяется следующим образом:

Аналогичный вид имеет правило отбора для полного момента количества движения

Оказывается, однако, что переходы типа не реализуются. Их называют запрещенными переходами.

Сумма спиновых моментов S при квантовом переходе не должна изменяться:

это означает, что переходы осуществляются между термами с одинаковой мультиплетностью. Интеркомбинационные переходы запрещены. Правило отбора для изменения магнитного квантового числа имеет вид

На практике часто наблюдаются линии, для которых правила отбора не выполняются. Эти вопросы подробно рассмотрены во

многих учебниках, поэтому мы не будем на них останавливаться. В некоторых случаях на квантовый переход накладываются сразу два ограничения. Соответствующее состояние называется метастабильным. В этом случае возбужденное состояние характеризуется длительным временем жизни. Однако время жизни атома в таком состоянии может оказаться очень коротким, если система подвергается воздействию какого-либо вынуждающего фактора, например излучения или соударений. В лазерах часто используют атомы гелия, метастабильное состояние которых играет важную роль в возбуждении активных атомов или ионов. Состояние ортогелия, расположенное на расстоянии 19,77 эВ от основного состояния, является примером мета стабильного состояния [12]. Атом гелия не может вернуться в основное состояние спонтанно, поскольку переход

запрещен дважды: правилом отбора и невозможностью интеркомбинационного перехода из триплетного состояния в синглетное. Поэтому состояние является метастабильным. Время жизни атомов в гэгом состоянии равно , т. е. на много порядков превышает времена жизни в нормальных энергетических состояниях.

Переход из метастабильного состояния на более низкий энергетический уровень возможен в процессе соударений второго рода или при воздействии вынуждающего излучения. Атом можно также возбудить из метастабильного состояния на более высокий энергетический уровень.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)