
【化】 radiative transition
辐射跃迁(Radiative Transition)是指原子、分子或离子中的电子在不同能级间跃迁时,以发射或吸收电磁辐射(光子)的形式释放或吸收能量的过程。该术语在量子力学和光谱学中具有核心地位,其汉英对照及详细解释如下:
英文:Radiative Transition
音标:/ˈreɪdiˌeɪtɪv trænˈzɪʃən/
核心定义:粒子系统通过发射或吸收光子实现能级变化的量子过程。
自发辐射跃迁(Spontaneous Emission)
高能级电子自发跃迁至低能级,释放光子。光子能量((E))满足玻尔频率条件:
$$ E = h u = E_2 - E_1 $$
其中 (h) 为普朗克常数,( u) 为光子频率,(E_2) 和 (E_1) 分别为高、低能级能量。
典型现象:荧光、磷光(来源:NIST Atomic Spectra Database)。
受激辐射跃迁(Stimulated Emission)
处于高能级的电子在入射光子激发下跃迁至低能级,释放与入射光子同频率、同相位的光子。
应用核心:激光(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)原理(来源:OSA Publishing)。
受激吸收跃迁(Absorption)
电子吸收光子能量从低能级跃迁至高能级,是光谱分析的基础(如原子吸收光谱)。
爱因斯坦系数理论:
自发辐射系数((A{21}))、受激辐射系数((B{21}))和吸收系数((B{12}))定量描述跃迁概率,满足关系:
$$ frac{A{21}}{B_{21}} = frac{8pi h u}{c} $$
(来源:Einstein, A. (1917). Physikalische Zeitschrift, 18: 121. DOI:10.1002/andp.19173550904)
选择定则(Selection Rules):
跃迁需满足角动量守恒((Delta l = pm 1))等量子数限制,否则称为"禁戒跃迁"(来源:IUPAC Compendium of Chemical Terminology)。
通过辐射跃迁特征波长鉴定物质成分(如恒星光谱分析)。
激光器、发光二极管(LED)依赖受激辐射和自发辐射(来源:IEEE Journal of Quantum Electronics)。
放射性核素衰变伴随γ光子辐射(如(^{99m})Tc显像剂)。
"辐射跃迁:粒子系统通过发射或吸收电磁辐射改变能态的过程。"
(来源:中国物理学会)
"Radiative transition: A change in the energy state of a quantum system involving emission or absorption of photons."
(来源:Oxford University Press, ISBN 9780199233991)
类型 | 能量变化 | 光子作用 | 典型应用 |
---|---|---|---|
自发辐射 | 高能级→低能级 | 无需入射光子 | 荧光灯、LED |
受激辐射 | 高能级→低能级 | 需同频光子激发 | 激光器 |
受激吸收 | 低能级→高能级 | 吸收光子 | 吸收光谱分析 |
注:本表综合自美国物理学会(APS)《现代物理学评论》Rev. Mod. Phys. 85, 1101 (2013)。
辐射跃迁是量子力学中的重要概念,指原子、分子或离子中的电子在不同能级之间发生能量变化时,通过释放或吸收光子的形式完成能量转换的过程。以下是其核心要点:
能量转换机制
当电子从高能级跃迁到低能级时,会以光子形式释放能量(如发光);反之,从低能级跃迁到高能级则需吸收光子能量。
光子的频率由能级差决定,满足公式:
$$
Delta E = h
u
$$
其中$Delta E$为能级差,$h$为普朗克常数,$
u$为光子频率。
量子力学基础
该过程遵循薛定谔方程描述的波函数变化,并涉及测不准原理和波粒二象性。
自发辐射跃迁
电子自发从高能级跃迁至低能级并释放光子,如荧光和磷光。
受激辐射跃迁
在外界光子激发下,电子从高能级跃迁至低能级,释放与激发光子同频率、同相位的光子(激光产生原理)。
受激吸收跃迁
电子吸收光子能量后从低能级跃迁至高能级。
特征 | 辐射跃迁 | 无辐射跃迁 |
---|---|---|
能量形式 | 释放/吸收光子 | 以热能或碰撞形式传递 |
典型现象 | 发光(荧光、磷光) | 振动弛豫、系间窜跃 |
光子参与 | 必需 | 无 |
如需进一步了解实验研究或发展前景,可参考课件原文。
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