A mennyiségi átmenetek
egy kvantumrendszer (atom, molekula, atommag, szilárd test) ugrásszerű átmenetei egyik államról a másikra. A legfontosabbak a merevség az állóállapotok között, amelyek megfelelnek a kvantumrendszer különböző energiáinak, a rendszer KV-jének egy energiaszintről a másikra. Ha az Ek magasabb energiaszintről az Ei alacsonyabbra vált, akkor a rendszer Ek-Ei energiát ad. a fordított átmenettel - megkapja (ábra). A sugárzás sugárzó és nem sugárzó lehet. . Ha n sugárzásos K. rendszer durranógázt (átmeneti Ek → Ei) vagy abszorbeálja (átmeneti Ei → Ek) kvantum elektromágneses sugárzás - foton - energia h ν (ν - frekvenciájú sugárzás, H - Planck-állandó) kielégítő alapvető vonatkozásában
(amely az energia megőrzésének törvénye egy ilyen átmenetben). Attól függően, hogy az energia közötti különbség államok a rendszer, amelyek között a k n. Emittált fotonok vagy felszívódik rádió, infravörös, látható, ultraibolya, röntgen sugárzás, γ-sugárzással. . A készlet a sugárzásos K n alacsonyabb energia szinten, hogy a felső forma az abszorpciós spektrum egy kvantum rendszer, több inverz átmenetek - Ennek emissziós spektrumát (lásd Optical Spectra.).
A nem sugárzó atomerőművek esetében a rendszer más rendszerekkel való kölcsönhatás során fogadja vagy ad energiát. Például az egymással vagy elektronokkal ütköző atomok vagy gázmolekulák energiát kaphatnak (izgatottak), vagy elveszíthetik azt.
. A legfontosabb jellemzője bármely K. p az átmenet valószínűsége, amely meghatározza, hogy milyen gyakran aktív K. A átmenet valószínűsége pi mérjük átmenetek száma egy adott típusú egy adott kvantumrendszer egységnyi idő (1 sec) .; így minden érték 0-tól ∞-ig terjedhet (szemben az egyetlen esemény valószínűségével, amely nem haladhatja meg az 1-et). Az átmenet valószínűségeit a kvantummechanika módszerével számolják.
A sugárzásos kvantum átmenetek lehet spontán ( „spontán”), függetlenül a külső hatások a kvantum rendszer (spontán emisszió egy foton) és belsőleg indukált - hatása alatt a külső elektromágneses sugárzás rezonancia [kielégíti kapcsolatban (1)], a frekvencia ν (abszorpció és stimulált foton kibocsátás). Mivel a spontán emisszió lehetséges kvantum rendszer az izgatott energiaszintet Ek véges ideig, majd hirtelen átvált valamilyen alacsonyabb szinten. A gerjesztett Ek szintjén tartózkodó rendszer τk átlagos időtartama az élettartamnak nevezzük a szintet. A kisebb τk. annál nagyobb a valószínűsége annak, hogy a rendszer alacsonyabb energiájú állapotba kerül. A mennyiség Ak = 1 / τk. meghatározzuk az átlagos száma által emittált fotonok egy részecske (atom, molekula) az 1 mp (τk másodpercben kifejezett) azt nevezzük valószínűsége, hogy a spontán emisszió a szinten Ek. A legegyszerűbb esetben a spontán átmenet az első gerjesztett szinten a talajszint E2 E1 értéke A2 = 1 / τ2 meghatározza a valószínűsége, hogy ez átmenet; akkor az A21 jelölhető. A magasabb gerjesztett szintek közül a KP különböző alacsonyabb szinteken fordulhat elő (ábra). A fotonok átlagos száma átlagosan egy részecske által kibocsátva Ek energiával 1 másodperc alatt. egyenlő az egyes átmenetekkel kibocsátott fotonok Aki számának összegével:
vagyis az Ek szinttől való spontán emisszió teljes valószínűsége Ak egyenlő az egyes spontán átmenetek Aki valószínűségének összegével, Ek → Ei. az Aki mennyiséget Einstein-együtthatónak nevezik spontán emisszióhoz ilyen átmenet során. Aki Quantum átmenetek esetében (10 7-10 8) sec -1.
A stimulált Raman szóródás esetén az átmenetek száma arányos a νν (Ek - Ei) / h frekvenciájú ρν sugárzási sűrűséggel. azaz a ν frekvenciájú fotonok energiája. Az abszorpciós és stimulált emissziós valószínűségeket a Bik és a Bki Einstein-együtthatók jellemzik. egyenlő az abszorbeált fotonok számával, és ennek megfelelően átlagosan egy részecske / másodpercenként erőteljesen kibocsátott egy egységnyi sugárzási sűrűséggel. A termékek Bik ρν és Bki ρν meghatározzák a stimulált felszívódás és emisszió valószínűségét a sűrűségű ρν külső elektromágneses sugárzás hatására, és hasonlóan az Aki-hoz. másodpercek alatt kifejezve -1.
Az Aki, Bik és Bki együtthatók az összefüggésekkel kapcsolódnak (először A. Einstein által és szigorúan kvantumelektrodinamikában alapozva):
ahol gi (gk) az Ei (Ek) szint degeneráltsága, vagyis az Ei (Ek) energiával rendelkező rendszer különböző állapota, c a fénysebesség. A nondegenerált szintek közötti átmenetek (gi = gk = 1) Bki = Bik. vagyis a kényszerirányú és inverz irányú egyenletek valószínűsége azonos. Ha ismerjük az Einstein együtthatók egyikét, akkor a (3) és (4) kapcsolatok alapján meg tudjuk határozni a fennmaradóakat.
A sugárzási átmenet valószínűségei különböznek a különböző kvantumkutaknál, és függenek az Ei és Ek energiatartalmak tulajdonságaitól, amelyek között az átmenet bekövetkezik. A Raman szóródás valószínűsége nagyobb annál nagyobb, mint a kvantumrendszer elektromos és mágneses tulajdonságai, amelyeket elektromos és mágneses momentumai jellemeznek, az átmenet alatt megváltozik. Az adott jellemzőkkel rendelkező Ei és Ek szintek közötti sugárzási átvitel lehetőségét a szabályok kiválasztása határozza meg. (További részletek: Elektromágneses sugárzás.)
Nonradiative kvantum átmenetek is jellemzi valószínűségek megfelelő átmenetek CKI és Cik, - átlagok visszahatás folyamatok és az energia Ek - Ei 1 mp, számítják részecske Ek energia (a folyamat energiaátadás) vagy energia Ei (energia folyamat). Ha lehetséges mind sugárzásos és nem-sugárzásos K. n. A teljes átmeneti valószínűség egyenlő az összege valószínűségek mindkét típusú átmenetek. A nem radioaktív nukleáris mátrixok számbavétele fontos szerepet játszik abban az esetben, ha valószínűsége ugyanolyan nagyságrenddel vagy nagyobb, mint a megfelelő sugárzási kvantumtér. Például, ha az első gerjesztett szinten E2 lehetséges spontán sugárzásos átmenet az elsődleges szint valószínűséggel E1 és A21 a sugárzásmentes átmenet az azonos szinten C21 valószínűsége. akkor a teljes átmeneti valószínűség A21 + C21. és az élettartam azonos szinten τ'2 = 1 / (A21 + C21) helyett τ2 = 1 / A2 hiányában nonradiative átmenet. Így. a nem-radiativ kinetikus energia miatt az élettartam szintje csökken. Az A21 >> C21 esetében a τ'2 idő nagyon kicsi a τ'2-hez képest. és a részecskék túlnyomó többsége elveszítené az E2-E1 gerjesztési energiát nem-sugárzó folyamatokban - spontán emisszió leáll.
A kvantumrendszer szintjének egy része: E1 - a fő szint (a legalacsonyabb energiával rendelkező szint), E2. E3. E4 - izgatott szintek. A nyilak abszorpcióval (felfelé) és energiafelszabadítással (lefelé irányuló irányban) mutatnak kvantumátmenetet.