Спонтанное излучение

Спонта́нное излучение

Спонтанное испускание, самопроизвольное испускание электромагнитного излучения атомами и др. квантовыми системами, находящимися на возбуждённых уровнях энергии (см. Квантовые переходы). В отличие от вынужденного излучения (См. Вынужденное излучение), С. и. не зависит от воздействия на квантовую систему внешнего электромагнитного излучения, и его закономерности определяются исключительно свойствами самой системы, подобно другим типам спонтанных (самопроизвольных) превращений (например радиоактивному распаду, превращению молекул при мономолекулярных реакциях (См. Мономолекулярные реакции)). С. и. возникает при спонтанном квантовом переходе возбуждённой системы с более высокого уровня энергии E_i, на более низкий E_k и характеризуется частотой ν_ik испускаемого фотона с энергией hν_ικ = E_i — E_k (где h — Планка постоянная) и вероятностью A_ik, равной среднему числу таких фотонов, испускаемых квантовой системой в единицу времени. Если число атомов или молекул на возбуждённом уровне энергии E_i (населенность уровня) равно N_i, то мощность С. и. — энергия фотонов, испускаемых в 1 сек, равна N_i A_ik h(_ik; она определяет интенсивность С. и., которая остаётся постоянной при постоянстве N_i. Если задано начальное число возбуждённых систем N_i0, а дальнейшее возбуждение отсутствует, то вследствие С. и. Будет происходить убывание N_i со временем t по закону N_i = N_i0 ехр (— A_it), где A_i — полная вероятность С. и. при переходах системы с уровня энергии E_i на все более низкие уровни энергии E_k (A_i = ΣA_ik). Чем больше A_i, тем быстрее С. и. затухает со временем и тем меньше Время жизни τ = 1/A_i, на уровне E_i.

Вероятность A_ik С. и., являющаяся важнейшей характеристикой квантового перехода между уровнями энергии E_i и E_k зависит от свойств обоих уровней. Для дипольного излучения (См. Излучение) A_ik пропорциональна кубу частоты перехода и квадрату т. н. дипольного момента перехода (см. Диполь); в видимой области спектра она ~ 10⁸ сек^-1, что соответствует временам жизни возбуждённых уровней энергии ~ 10^–8 сек. В спектроскопии часто пользуются вместо вероятностей A_ik безразмерными вероятностями f_ik = A_ik/A₀ — т. н. силами осцилляторов (А₀ — вероятность, принятая за единицу и дающая такой же закон затухания С. и., как и для дипольного излучения упруго связанного электрона согласно классической теории).

Лит.: см. при ст. Излучение.

М. А. Ельяшевич.