Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

284 R. GROSS Kapitel 8: Angeregte Atomzuständenes angeregten Zustandes hängt von den entsprechenden Einstein-Koeffizienten A ik ab (siehe Kapitel 6).Für manche Zustände ist die Übergangswahrscheinlichkeit sehr gering und deshalb ihre Lebensdauerentsprechend groß. Solche Zustände nennen wir metastabil. Beispiele für metastabile Zustände sind:H(2 2 S 1/2 ) : τ i =8 sHe(2 1 S 0 ) : τ i =19.6 × 10 −3 sHe(2 3 S 1 ) : τ i =7870 s . (8.1.1)8.1.1 Anregung und Rekombination durch StoßprozesseWir wollen kurz die Stoßprozesse zwischen Atomen und Elektronen sowie Photonen diskutieren, diees erlauben, Energieänderungen der Hüllenelektronen von Atomen zu erzeugen. Zu jedem Prozess gibtes auch einen Umkehrprozess, sofern jeder der Vorgänge in einem sich im thermischen Gleichgewichtbefindlichen System abläuft.Stoßprozesse zwischen Elektronen und Atomen haben wir bereits bei der Diskussion des Franck-Hertz-Versuchs (siehe Physik III) kennengelernt. Atome A werden hier durch Elektronen e, die in einem elektrischenFeld beschleunigt wurden, in einen angeregten Zustand A + versetzt:A + e 1 ⇒ A + + e 2 . (8.1.2)Hierbei ist e 1 das stoßende Elektron mit der kinetischen Energie E 1 und e 2 dasjenige mit der kinetischenEnergie E 2 < E 1 nach dem Stoß. Wir nennen einen solchen Prozess einen Stoß 1. Art. Da die Masse desAtoms groß gegenüber der Elektronenmasse ist, ändert sich die kinetische Energie des Atoms beim Stoßpraktisch nicht. Der Umkehrprozess zum Stoß erster Art ist der Stoß 2. Art:A + + e 2 ⇒ A + e 1 , (8.1.3)wobei wiederum E 2 < E 1 gilt. Beim Stoß zweiter Art wird die Energie des angeregten Atoms durch Stoßübertragen. Dabei erfolgt keine Strahlungsemission.Die entsprechenden Prozesse beim Stoß mit Photonen kennen wir bereits. Es sind dies die optischeAnregungA + ¯hω ⇒ A + (8.1.4)und die spontane Emission:A + ⇒ A + ¯hω . (8.1.5)c○Walther-Meißner-Institut