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

302 R. GROSS Kapitel 8: Angeregte AtomzuständenljQuantenzahlenm jElektronen-zahlSchale101/2-1/2, +1/22K20111/21/23/2-1/2, +1/2-1/2, +1/2-3/2, -1/2, +1/2, +3/2224L IL IIL IIIL3011221/21/23/23/25/2-1/2, +1/2-1/2, +1/2-3/2, -1/2, +1/2, +3/2-3/2, -1/2, +1/2, +3/2-5/2, -3/2, -1/2, +1/2, +3/2, +5/222446M IM IIM IIIM IVM VMTabelle 8.1: Elektronenzustände der ersten drei Atomschalen.der l-Entartung, wie wir sie schon bei den Alkali-Atomen kennengelernt haben und andererseits derSpin-Bahn-Kopplung zuzuschreiben. Letztere kann bei schweren Atomen wegen der Z 4 -Abhängigkeitder Spin-Bahn-Kopplungskonstanten sehr stark werden. 8 Insgesamt erhalten wir für die EnergieniveausE = E(n,l, j) .Die Aufhebung der Entartung der Termenergien für Niveaus mit unterschiedlichem l oder j führt zu derUnterscheidung der Unterschalen L I bis L III und M I bis M V (siehe hierzu Tabelle 8.1).Wir wollen nun die Auswahlregeln für die Übergänge zwischen den verschiedenen Zuständen diskutieren.Das durch den Ionisationsprozess in einer abgeschlossenen Schale entstandene Loch verhält sich,was die Drehimpulsquantenzahlen anbetrifft, wie ein positiv geladenes Teilchen mit Spin s = 1/2 undBahndrehimpuls l in einer ansonsten leeren Schale. Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, dass abgeschlossenenSchalen der Drehimpulszustand 1 S 0 , d.h. S = 0,L = 0,J = 0 zukommt (siehe Abschnitt 7.4,erste Hundsche Regel). Damit lassen sich die Lochzustände wie die Zustände der Alkaliatome charakterisieren.Übergänge finden zwischen solchen Lochzuständen in verschiedenen Schalen statt. Das Lochwandert sozusagen durch das Mehrelektronensystem. Damit ist die Analogie zum Alkaliatom perfekt undes ergibt sich das in Abb. 8.13 gezeigte Termschema. Auch die Auswahlregeln können direkt vom Einelektronenatomübernommen werden. Das Konzept der Löcher findet in der Physik, wie schon mehrfacherwähnt, vielfältige Anwendung (z.B. in der Festkörperphysik). Am Beispiel der Röntgen-Feinstrukturwird deutlich wie das Lochkonzept zu einer vereinfachten Beschreibung führt.Aufgrund der Auswahlregeln für Dipolstrahlung ∆l = ±1 ist ein Übergang von der K-Schale in dieL I -Schale nicht möglich. Die K α1 -Linie entspricht dem Übergang von der L III - in die K-Schale, dieK α2 -Linie dem Übergang von der L II -in die K-Schale. Aufgrund der Feinstruktur des Termschemas beobachtetman auch bei den Absorptionskanten eine Feinstruktur.8 Beim Uran findet man z.B. eine Spin-Bahn-Aufspaltungen von bis zu 2 keV. Um ähnliche Aufspaltungen mit äußerenMagnetfeldern zu erreichen, wären enorme Felder von einer Million Tesla ( notwendig. ) Man beachte, dass der Z 4 -Anstieg derSpin-Bahn-Kopplung bei der Röntgen-Strahlung nicht durch den Faktor 1 − 1 ≃ 1 kompensiert wird, den man fürn 2 (n+1) 2 n 3große n erhält, da wir nicht Leuchtelektronen in äußeren Schalen, sondern Elektronen in den tiefliegenden Niveaus, d.h. mitn = 1,2,3 betrachten.c○Walther-Meißner-Institut