Магистратура, VI курс
специальности - 510402 и 510412
магистерские программы 402/12 и 412/17
СДМ.07
программа учебной дисциплины
Контуры спектральных линий и полос
доктор ф.-м.н., профессор
Эта программа также доступна в rtf формате.
См. также вопросы к экзамену по этому курсу.
Аннотация
В курсе рассматриваются спектроскопические проявления процессов релаксации поступательного и вращательного движения молекул в газах и в жидких системах. Поскольку столкновительная релаксация находит свое отражение в первую очередь в изменении формы спектра, в курсе дается изложение теории контура линий и полос в молекулярных спектрах с единых позиций кинетической теории. Анализируются основные особенности формы полос в спектрах плотных газов и жидких систем. Рассматриваются доплеровский и столкновительный механизмы уширения линий в спектрах газов, эффект Дике, эффект неаддитивности спектральных линий при их перекрывании, выявляется связь этих эффектов с релаксационными характеристиками молекул. Курс ориентирован на ознакомление студентов как с современным состоянием экспериментальных исследований в данной области, так и с новейшими теоретическими методами.
Допплеровское уширение и релаксация поступательного движения молекул.
- Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом, теория линейного отклика, флуктуационно-диссипационная теорема. Связь формы контура в спектрах поглощения и комбинационного рассеяния с корреляционными функциями дипольного момента и тензора поляризуемости молекул.
- Доплеровское уширение спектральных линий. Релаксация поступательной скорости молекул под действием столкновений, эффект Дике сужения линий с ростом плотности газа. Модели слабых и сильных столкновений в описании эффекта Дике.
- Учет релаксации внутренних движений молекул. Релаксационные процессы и механизмы столкновительного уширения спектральных линий. Фазовые сдвиги и адиабатическое приближение, ширины и сдвиги линий в адиабатическом приближении. Совместное действие доплеровского и столкновительного механизмов уширения, контур Фойгта. Учет сдвигов и корреляционных эффектов в столкновительном и доплеровском уширении, относительные значения времен релаксации и форма линий.
Вращательная релаксация и форма ИК полос.
- Общий формализм в расчете контуров спектральных полос, кинетический подход в теории контура, метод Фано. Марковское приближение, приближение изолированных линий, пренебрежение начальными корреляциями. Представление спектральных полос суммой лоренцевских кривых.
- Наблюдаемые отклонения от лоренцевского контура. Эффект интерференции линий, его влияние на форму линий и полос. Методы его учета. Пространство линий и его использование в расчете контуров. Оператор и матрица вращательной релаксации, их основные свойства. Модель сильных столкновений. Эмпирические методы учета эффекта интерференции линий.
- Крылья полос. Роль эффектов интерференции линий, конечной длительности и начальных корреляций в формировании крыльев. Методы расчета формы крыльев и способы их эмпирического описания. Форма крыльев и характеристики вращательной релаксации молекул.
- Спектры плотных газов и жидких систем, эффект коллапса, влияние колебательного уширения. Определение времен вращательной релаксации молекул в конденсированных системах по форме спектральных полос.
Литература
Основная
- Ю.А. Ильинский, Л.В. Келдыш. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом. М. Изд-во МГУ, 1989.
- Л.А. Ванштейн, И.И. Собельман, Е.А. Юков. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. М., Наука, 1979.
- С.Г. Раутиан, И.И. Собельман. Влияние столкновений на допплеровское уширение линий. Успехи физических наук, 1966. т.90, с.209-236.
Дополнительная
- М.В. Тонков, Н.Н. Филиппов. Проявление интерференции линий и конечной длительности столкновений в спектрах молекулярного поглощения. Оптика атмосферы, 1991. т.4, с.115-130.
- Т.Д. Коломийцова, С.М. Меликова, Д.Н. Щепкин. Особенности колебательных спектров молекул, помещенных в среду сжиженных газов. В сб. Молекулярная спектроскопия, 1968, вып. 7, с. 86-100.