
【化】 radiative transition
輻射躍遷(Radiative Transition)是指原子、分子或離子中的電子在不同能級間躍遷時,以發射或吸收電磁輻射(光子)的形式釋放或吸收能量的過程。該術語在量子力學和光譜學中具有核心地位,其漢英對照及詳細解釋如下:
英文:Radiative Transition
音标:/ˈreɪdiˌeɪtɪv trænˈzɪʃən/
核心定義:粒子系統通過發射或吸收光子實現能級變化的量子過程。
自發輻射躍遷(Spontaneous Emission)
高能級電子自發躍遷至低能級,釋放光子。光子能量((E))滿足玻爾頻率條件:
$$ E = h u = E_2 - E_1 $$
其中 (h) 為普朗克常數,( u) 為光子頻率,(E_2) 和 (E_1) 分别為高、低能級能量。
典型現象:熒光、磷光(來源:NIST Atomic Spectra Database)。
受激輻射躍遷(Stimulated Emission)
處于高能級的電子在入射光子激發下躍遷至低能級,釋放與入射光子同頻率、同相位的光子。
應用核心:激光(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)原理(來源:OSA Publishing)。
受激吸收躍遷(Absorption)
電子吸收光子能量從低能級躍遷至高能級,是光譜分析的基礎(如原子吸收光譜)。
愛因斯坦系數理論:
自發輻射系數((A{21}))、受激輻射系數((B{21}))和吸收系數((B{12}))定量描述躍遷概率,滿足關系:
$$ frac{A{21}}{B_{21}} = frac{8pi h u}{c} $$
(來源:Einstein, A. (1917). Physikalische Zeitschrift, 18: 121. DOI:10.1002/andp.19173550904)
選擇定則(Selection Rules):
躍遷需滿足角動量守恒((Delta l = pm 1))等量子數限制,否則稱為"禁戒躍遷"(來源:IUPAC Compendium of Chemical Terminology)。
通過輻射躍遷特征波長鑒定物質成分(如恒星光譜分析)。
激光器、發光二極管(LED)依賴受激輻射和自發輻射(來源:IEEE Journal of Quantum Electronics)。
放射性核素衰變伴隨γ光子輻射(如(^{99m})Tc顯像劑)。
"輻射躍遷:粒子系統通過發射或吸收電磁輻射改變能态的過程。"
(來源:中國物理學會)
"Radiative transition: A change in the energy state of a quantum system involving emission or absorption of photons."
(來源:Oxford University Press, ISBN 9780199233991)
類型 | 能量變化 | 光子作用 | 典型應用 |
---|---|---|---|
自發輻射 | 高能級→低能級 | 無需入射光子 | 熒光燈、LED |
受激輻射 | 高能級→低能級 | 需同頻光子激發 | 激光器 |
受激吸收 | 低能級→高能級 | 吸收光子 | 吸收光譜分析 |
注:本表綜合自美國物理學會(APS)《現代物理學評論》Rev. Mod. Phys. 85, 1101 (2013)。
輻射躍遷是量子力學中的重要概念,指原子、分子或離子中的電子在不同能級之間發生能量變化時,通過釋放或吸收光子的形式完成能量轉換的過程。以下是其核心要點:
能量轉換機制
當電子從高能級躍遷到低能級時,會以光子形式釋放能量(如發光);反之,從低能級躍遷到高能級則需吸收光子能量。
光子的頻率由能級差決定,滿足公式:
$$
Delta E = h
u
$$
其中$Delta E$為能級差,$h$為普朗克常數,$
u$為光子頻率。
量子力學基礎
該過程遵循薛定谔方程描述的波函數變化,并涉及測不準原理和波粒二象性。
自發輻射躍遷
電子自發從高能級躍遷至低能級并釋放光子,如熒光和磷光。
受激輻射躍遷
在外界光子激發下,電子從高能級躍遷至低能級,釋放與激發光子同頻率、同相位的光子(激光産生原理)。
受激吸收躍遷
電子吸收光子能量後從低能級躍遷至高能級。
特征 | 輻射躍遷 | 無輻射躍遷 |
---|---|---|
能量形式 | 釋放/吸收光子 | 以熱能或碰撞形式傳遞 |
典型現象 | 發光(熒光、磷光) | 振動弛豫、系間竄躍 |
光子參與 | 必需 | 無 |
如需進一步了解實驗研究或發展前景,可參考課件原文。
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