辐射第七章
合集下载
第七章 辐射防护
+ 吸收剂量的大小，一方面取决于电离辐射 的能量，另一方面还取决于被照射物质的 种类。因此，在提及吸收剂量时，必须说 明是什么物质的吸收剂量
+ （2）吸收剂量率的定义和单位 + 吸收剂量率（ D ）表示单位时间内吸收剂
量的增量，严格定义为：某一时间间隔dt 内吸收剂量的增量dD除以该时间间隔dt所 得的商。
系和区别
+ （1）照射量的定义和单位 照射量是用来表征：χ射线或γ射线对空气
电离本领大小的物理量。 χ射线或γ射线能量越高、数量越大，对空
气的电离本领越强。
+ 定义：所谓照射量是指χ射线或γ射线的光子在单位 质量的空气中释放出来的所有次级电子（负电子或 正电子），当它们被空气完全阻止时，在空气中形 成的任何一种符号的（带正电或负电的）离子的总 电荷的绝对值。其定义为dQ除以dm的所得的商，即： P=dQ/dm
+ 式中dQ——当光子产生的全部电子被阻止于空气中 时，在空气中所形成的任何一种符号的离子总电荷 量的绝对值。
+ dm——体积球的空气质量
+ 照射量（Ρ）的SI单位为库仑/千克，用符号 C/Kg 表示; 沿用的专用单位为伦琴，用字母R表示,简
称伦。
+ 1R=2.58×10-4C/Kg。
+ 适用范围：照射量只适用于χ、γ射线对空气 的效应，并且只适用于能量大约在几千伏到 3MV之间。
（1）比释动能的定义和单位 比释动能定义是指不带电粒子与物质相互作
用时在单位质量的物质中释放出来的所有带 电粒子的初始动能的总和。
K= dEtr / dm
• 式中dEtr ——不带电粒子在质量为 dm 的某 一物质内释放出来的全部带电粒子的初始动能 的总和；
+ （2）吸收剂量率的定义和单位 + 吸收剂量率（ D ）表示单位时间内吸收剂
量的增量，严格定义为：某一时间间隔dt 内吸收剂量的增量dD除以该时间间隔dt所 得的商。
系和区别
+ （1）照射量的定义和单位 照射量是用来表征：χ射线或γ射线对空气
电离本领大小的物理量。 χ射线或γ射线能量越高、数量越大，对空
气的电离本领越强。
+ 定义：所谓照射量是指χ射线或γ射线的光子在单位 质量的空气中释放出来的所有次级电子（负电子或 正电子），当它们被空气完全阻止时，在空气中形 成的任何一种符号的（带正电或负电的）离子的总 电荷的绝对值。其定义为dQ除以dm的所得的商，即： P=dQ/dm
+ 式中dQ——当光子产生的全部电子被阻止于空气中 时，在空气中所形成的任何一种符号的离子总电荷 量的绝对值。
+ dm——体积球的空气质量
+ 照射量（Ρ）的SI单位为库仑/千克，用符号 C/Kg 表示; 沿用的专用单位为伦琴，用字母R表示,简
称伦。
+ 1R=2.58×10-4C/Kg。
+ 适用范围：照射量只适用于χ、γ射线对空气 的效应，并且只适用于能量大约在几千伏到 3MV之间。
（1）比释动能的定义和单位 比释动能定义是指不带电粒子与物质相互作
用时在单位质量的物质中释放出来的所有带 电粒子的初始动能的总和。
K= dEtr / dm
• 式中dEtr ——不带电粒子在质量为 dm 的某 一物质内释放出来的全部带电粒子的初始动能 的总和；
综合知识第七章辐射防护基础
第七章：辐射防护基础1、辐射防护的目的与任务是什么?辐射防护和核安全的目的是防止有害的确定性效应，并限制随机性效应的发生概率，使它们达到被认为可以接受的水平。
辐射防护和核安全的基本任务：既要保护从事放射工作者本人和后代以及广大公众乃至全人类的安全;保护好环境;又要允许进行那些可能会产生辐射的必要实践以造福于人类。
2、简述天然辐射源与人工辐射源的主要来源以及他们对人类造成的照射水平每年为多少?来源：天然：①宇宙射线②宇生放射性核素③原生放射性核素人工：医疗辐射、核爆炸、核电站、1、天然辐射源按其起因分为三类：宇宙辐射、宇生核素、原生核素2、天然辐射源所引起的全球居民的年集体有效剂量的近似值为107人·SV3、照射可以分为正常照射或潜在昭射；也可以分为职业照射、医疗照射和公众照射；在干预情况下，还可以分为应急照射或持续照射。
4、根据辐射效应的发生与剂量之间的关系，可以把辐射对人体的危害分为随机效应和确定性效应两类。
5、在辐射防护中把随即性效应与剂量的关系简化地假设为“线性”、“无阈”6、从慎重的观点出发，一般认为在已有的人体细胞中，基因的自然性的突变基本上是有害的。
7、使自然突变几率增加一倍的剂量叫突变倍加剂量，大约为（0.1-1）Gy，代表值为0.7G y8、辐射剂量与辐射防护中常用量及其单位。
9、比释动能K，10、外照防护的基本原理：减少或避免射线从外部对人体的照射。
11、时间防护、距离防护、屏蔽防护。
外照射防护三要素。
12、照射量X是个历史悠久，变化较大的一个辐射量。
X=dQ/dm，单位：C/kg，过去照射量的单位是伦琴，符号为R。
1R=2.58*10-4现有的技术条件下，能被精确测量照射量的光子的能量限于10kev-3MeV范围以内。
在辐射防护中上限可扩大到8MwV。
13、比释动能K=dεtr/dm。
dεtr是不带电粒子在质量为dm的物质中释放出的全部带电粒子的初始动能总和的平均值，它既包括这些带电粒子在韧致辐射过程中辐射出来的能量，也包括在该体积元内发生的次级过程所产生的任何带电粒子的能量。
第7章电磁波的辐射
④ 取向： E 在与赤道面平行的平面内，而 H 在子午面。 这点与电基本阵子电磁场取向正好相反。
第七章 电磁波的辐射
例 7-2 计算长度 dl=0.1λ0的电基本振子当电流振幅值 为2 mA时的辐射功率和辐射电阻。 解：辐射功率:
Pr 40
2
Idl
2
o
2
15.791W
2
辐射电阻：
dl Rr 80 7.8957 0
第七章 电磁波的辐射
例7-3.将周长为0.1λ0的细导线绕成圆环，以构造磁基
本振子，求此磁基本振子的辐射电阻。
解： 此电基本振子的辐射电阻为
a 6 1 Rr 320 320 2 0.01 0 1.9739 10 2
Pr Pr r Pin Pr PL
PL表示天线的总损耗功率。通常，发射天线的损耗功率 包括：天线导体中的热损耗、介质材料的损耗、天线附 近物体的感应损耗等。
第七章 电磁波的辐射
4、增益系数：方向性系数表示天线辐射能量的集中程 度，辐射效率表征在转换能量上的效能。将两者结合起 来 ——天线在其最大辐射方向上远点某点的功率密度与 输入功率相同的无方向性天线在同一点产生的功率密度 之比为增益系数，是表现天线总效能的一个指标。
E ( , ) E max
式中|Emax|是|E(θ，φ)|的最大值。 电（磁）基本振子的方向性函数为：F ( , ) sin
第七章 电磁波的辐射
2、方向性系数：当辐射功率相同时，天线在最大辐 射方向上远区某一点的功率密度与理想无方向性天线在 同一位置处辐射功率密度之比，为此天线的方向性系数。
第七章 电磁波的辐射
第七章 电磁波的辐射
【气象学】第七章 大气辐射
19/76
7.1.2 描述辐射场的物理量
大气中的许多参量都是以场的形式出现的，如温 度场、气压场、风场等。
其中温度场、气压场是标量场，风场是矢量场，
它们都是空间和时间（x, y, z, t）的函数。
辐射场则是比上述参量更复杂的场。
20/76
1.辐射通量(radiant flux)
指单位时间能通过某一平面（或虚拟平面）的辐
第七章 大气辐射学
地面和大气中的辐射过程
为什么要研究地气系统对太阳辐射的吸收和反射及地气 之间的辐射交换过程？
为什么？
2/76
地球作为飘浮在宇宙空间的 一个物体，它只有通过辐射
过程才能与其周围环境交换
能量并最终达到某种平衡。
地球围绕着太阳运行，太阳辐 射的能量是地球最重要的能源。
因此需要研究太阳、地球及大
31/76
4. 辐射源
往外发射辐射的物体称为辐射源。最简单的辐 射源是点源。假设源向四周发射是均匀的，发 射辐射的功率为W ，则在以点源为中心、半径 为r的球表面上的辐照度为
E W 4π r
2
32/76
这里辐射传输的方向都在半径方向。可见，点源 的辐照度随距离的变化服从反平方规律。
在离点辐射源距离相当大并且在讨论相对比较小
在大气上界日地平均距离处通过与太阳光线垂直的单位面积上单位时间内所接收到的太阳总辐射能包括所有波长1367wm212286742大气上界的太阳辐射能全球各地大气上界太阳辐射的日总量的年变化较小而高纬区年变化较大则随纬度的增高而迅速下降进入极圈甚至变为零随纬度的变化是决定地球上各纬度间气候差异的基本因素
44/76
平衡辐射的基本规律：
7.1.2 描述辐射场的物理量
大气中的许多参量都是以场的形式出现的，如温 度场、气压场、风场等。
其中温度场、气压场是标量场，风场是矢量场，
它们都是空间和时间（x, y, z, t）的函数。
辐射场则是比上述参量更复杂的场。
20/76
1.辐射通量(radiant flux)
指单位时间能通过某一平面（或虚拟平面）的辐
第七章 大气辐射学
地面和大气中的辐射过程
为什么要研究地气系统对太阳辐射的吸收和反射及地气 之间的辐射交换过程？
为什么？
2/76
地球作为飘浮在宇宙空间的 一个物体，它只有通过辐射
过程才能与其周围环境交换
能量并最终达到某种平衡。
地球围绕着太阳运行，太阳辐 射的能量是地球最重要的能源。
因此需要研究太阳、地球及大
31/76
4. 辐射源
往外发射辐射的物体称为辐射源。最简单的辐 射源是点源。假设源向四周发射是均匀的，发 射辐射的功率为W ，则在以点源为中心、半径 为r的球表面上的辐照度为
E W 4π r
2
32/76
这里辐射传输的方向都在半径方向。可见，点源 的辐照度随距离的变化服从反平方规律。
在离点辐射源距离相当大并且在讨论相对比较小
在大气上界日地平均距离处通过与太阳光线垂直的单位面积上单位时间内所接收到的太阳总辐射能包括所有波长1367wm212286742大气上界的太阳辐射能全球各地大气上界太阳辐射的日总量的年变化较小而高纬区年变化较大则随纬度的增高而迅速下降进入极圈甚至变为零随纬度的变化是决定地球上各纬度间气候差异的基本因素
44/76
平衡辐射的基本规律：
第七章_外照射及其防护
功率条件下进入反应堆厂房时，进行现场中
子剂量率的监测。
2.2 个人外照射剂量的监测
大亚湾核电站对个人外照射剂量的监测主要
使用两种个人剂量计，一是直读式电子个人 剂量计DM91；另一是热释光个人剂量计TLD。 个人剂量计由辐射防护科剂量计收发室（位 于控制区出入口）统一保管，工作人员进入 控制区时领用，离开控制区时交还。
以减少受照剂量。
在工作场所剂量率不变的条件下，受照剂量与受照
时间成正比，因此想方设法减少工作时间是减少受 照剂量的有效方法。一般说来，可以从下述几个方 面来减少受照时间：
1）时间防护
① 做好准备工作
做好一切可能做到的准备工作，进入工作现场后就能立
即开展工作，顺利地完成任务，避免在放射性控制区内 无谓的等待和滞留。
环境γ剂量率约为：
１Sv/3秒＝1200Sv/小时＝1.2mSv/h
c) DM91应按规定佩戴在连体服左胸的口袋里，卡子钩在带 上，并扣上钮扣，以免滑落。 d) 使用DM91的工作人员受照剂量的调查水平为1mSv（一 天），干预水平为2mSv（一天）。
e)
如果将在电磁干扰较强的场所工作，应主动申明领用加
2. 外照射的监测
外照射的监测主要有两个方面：
一是现场环境剂量率的监测；
二是外照射个人剂量的监测。
2.1 工作现场环境剂量率监测
在核电站的生产活动中，控制区内的工作人员可 能受到不同程度的辐射照射，工作现场剂量率监 测的目的之一在于查明工作现场的辐射水平，以
便必要时采取适当的防护措施，使工作现场达到
U在裂变过程中瞬时放出的γ射线，总能量约 为8MeV，除低能γ光子外，主要是能量为2— 3MeV的γ光子，是反应堆屏蔽中需考虑的重要 一次γ源。
核安全工程师综合知识第七章辐射防护知识(精简版)
第七章辐射防护基础（P257-310）1.辐射应用为重要特征的核技术利用已有100余年的历史。
2.使人们对核辐射的危害有一个正确了解，既要消除不必要的恐惧，又要高度重视。
第一节辐射防护的目的与任务（P257-258）一、辐射防护的提出1.实践证明，电离辐射对人体有损伤作用，过量的辐射照射会引起对人体的危害。
2.做好辐射防护与安全工作，是核能、核技术得到广泛应用和发展的有力保障，这就是“用”和“防”的辨证统一。
3.辐射防护已成为核科学领域中一个重要分支，是专门研究防止电离辐射对人体危害的综合性边缘学科，与许多学科存在交叉领域。
二、辐射防护的目的与任务1.辐射防护的基本任务是：既要保护从事放射工作者本人和后代以及广大公众乃至全人类的安全，保护好环境，又要允许进行那些可能会产生辐射的必要实践以造福于人类。
2.辐射防护的目的是防止有害的确定性效应，并限制随机性效应的发生概率，使它们达到被认为可以接受的水平。
第二节辐射源种类、来源与水平（P258-264）1.人体受到照射的辐射源有两类，即天然辐射源和人工辐射源。
2.这种天然放射性是客观存在的，通常称为天然本底照射。
天然本底照射是迄今人类受到电离辐射照射的最主要来源。
3.另外，近半个世纪以来，因医疗照射及核能核技术的开发与应用，核动力生产、核试验等，产生了不少新的放射性物质和辐射照射。
这类辐射照射称为人工辐射源照射。
一、天然辐射源1.天然辐射源按其起因分为三类：①宇宙辐射，即来自宇宙空间的高能粒子流，其中有质子、α粒子、其他重粒子、中子、电子、光子、介子等；②宇生核素，它们主要是由宇宙射线与大气中的原子核相互作用产生的，如3H、14C、7Be 等；③原生核素，存在于地壳中的天然放射性核素。
2.世界范围平均年有效剂量约为2.4mSv，在引起内照射的各种辐射源中，222Rn的短寿命子体最为重要，由它们造成的有效剂量约为所有内照射辐射源贡献的70％。
3.外照射中宇宙射线的贡献略低于原生核素。
传热学-第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性
定律 表示式 说明
韦恩位移定律 λmax = b / T 黑体辐射波长与温度的关系
理想黑体的辐射特性
理想黑体具有尽可能高的吸收率和发射率，同时它是完美的热辐射体，能够根据其温度和波长分布发射出连续 的辐射能量。
实际物体的辐射特性
实际物体的辐射特性受到其表面性质的影响。反射率与吸收率、发射率与辐射率以及雷诺茨定律帮助我们了解 和描述实际物体的辐射情况。
反射率与吸收率
实际物体吸收和反射辐射能量 的能力
发射率与辐射率
实际物体辐射能量的发出能力
雷诺茨定律
物体在达到热平衡后，各表面 温度和总发射能力一致
热辐射的应用和实例
热辐射广泛应用于热工技术、太阳能技术、计算机热管理等领域。例如，太阳能电池利用光照下的热辐射转换 为电能。
太阳能电池
利用光照下的热辐射转换为电能
传热学-第七章热辐射基 本定律及物体的辐射特性
了解热辐射的基本概念和定义，掌握热辐射的三大基本定律：斯特藩-玻尔兹 曼定律，基尔霍夫定律和韦恩位移定律。
斯特藩-玻尔兹曼定律
斯特藩-玻尔兹曼定律揭示了黑体辐射功率与温度的关系，P = εσT4，其中P为辐射功率，ε为辐射率，σ为斯特 藩-玻尔兹曼常数。
定律 表示式 说明
斯特藩-玻尔兹曼定律 P = εσT4 黑体辐射功率与温度的关系
基尔霍夫定律
基尔霍夫定律阐明了一个物体表面的吸收率和发射率相等，α = ε。
1 基尔霍夫定律
物体表面的吸收率和发射率相等
韦恩位移定律
韦恩位移定律描述了黑体辐射波长与黑体温度之间的关系，λmax = b / T，其中λmax是峰值辐射波长，b是韦恩 位移常数。
总结和要点
• 热辐射包括斯特藩-玻尔兹曼定律、基尔霍夫定律和韦恩位移定律 • 理
第七章辐射防护
第七章辐射防护7.1 剂量的定义、单位及标准辐射效应的研究和应用，离不开对电离辐射的计量，需要有各种辐射量和单位，用以表征辐射的特征，描述辐射场的性质，度量电离辐射与物质的相互作用时能量传递及受照物体内部的变化程度和规律。
辐射量的单位采用国际单位制(SI)单位。
为了照顾当前新旧单位过渡的需要，在给出辐射剂量的SI单位的同时，还将指出过去沿用的专用单位。
7.1.1 照射量当X或γ射线穿过空气时，由于它们和空气中的分子(或原子)相互作用的结果，便产生了次级电子(即三个效应产生的电子)，这些次级电子由于获得了一定的能量，当它们和空气分子作用时就能使空气分子电离，形成离子对——正离子和负离子。
X或γ射线的能量愈高，数量愈大，对空气电离本领愈强，被电离的总电荷量也就愈多。
因此可用次级电子在空气中产生的任何一种符号的离子(电子或正离子)的总电荷量，来反映X或γ射量对空气的电离本领。
由此，引出照射量这个物理概念。
照射量是用来表征X或γ射线对空气电离本领的大小的物理量。
也是沿用最久的辐射量。
1.照射量的定义和单位所谓照射量，是指X或γ射线的光子在单位质量的空气中释放出来的所有次级电子(负电子和正电子)，当它们被空气完全阻止时，在空气中形成的任何一种符号的(带正电或负电的)离子的总电荷的绝对值。
其定义为dQ除以dm所得的商，即：(7.1)式中：dQ—当光子产生的全部电子被阻止于空气中时，在空气中所形成的任一种符号的离子总电荷量的绝对值；dm—体积球的空气质量。
照射量(P)的SI单位为库仑·千克-1用符号C·kg-1表示。
沿用的专用单位为伦琴，用字母R表示，简称伦。
1伦琴＝2.58×10-4库仑·千克-11库仑·千克-1＝3.877×103伦另外，还常用毫伦(mR)，微伦(μR)等单位，与伦琴的关系为：IR＝103mR＝106μR照射量这个概念，不能用于所有的射线，只适用于X或γ射线对空气的效应，而且由于测量所要求的电子平衡条件难以实现，它只适用于光子能量大约在几千伏到3兆伏之间的X或γ射线。
第七章 大气辐射 大气科学基础培训班课件
V＝λ单位面积上的辐射通量。 单位： J·s-1·m-2或W·m-2 E=dF/(ds.dt )
dF
dF
ds
ds
辐射通量密度又被称为辐射强度、辐射能力或放射能力。
物体对辐射的吸收、反射和透射 概念
吸收率(a) ： 反射率(r) ：
a=Qa/Q r=Qr/Q
透射率(d) ： d=Qd/Q
入
反
射
射
吸收 透 射
a、r、d的变化 黑体：对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸
收的物体称为绝对黑体。故有： a＝１，r＝d＝０。
灰体：透射率d＝０，吸收率a＝（１－r），且a不随波 长而变化的物体。
二、辐射的基本定律
基尔荷夫(kirchoff)定律(选择吸收定律)
第 七 主要内容 章
辐射的基本知识
大 气
太阳辐射、地面辐射和大气辐射的 基本性质、变化规律
辐
大气的增热和冷却
射
低层气温的变化 逆温
一、辐射及其特性
辐射 物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。 辐射能 物体以辐射的方式传递交换的能量。 基本特性 波粒二象性
波动性 波动性的反映
电磁波谱
收；
大气的透明窗：8~12 μm
辐射通道成像原理：卫星云图
大气对太阳辐射的散射
➢ 散射是指每一个散射分子或散射质点将入射的 辐射重新向各方辐射出去的一种现象。
➢ 散射的特性强烈地依赖于粒子尺度与入射辐射
波长的相对大小 。
➢ 尺度参数
2a
➢ 瑞利散射或称分子散射 ＜0.1 (a<<λ)
➢ 米散射 ＞50 (a>>λ)
其反射能力随云状、云量和云厚而不同。云量愈多， 云层愈厚，反射愈强。云层平均反射率为50%～55%。
第七章热辐射基本定律2
E Eb
＝
I cos I b cos
I Ib
如果实际物体的方向辐射力遵守兰贝特定律，该物 体表面称为漫射表面。黑体表面就是漫射表面。
如果实际物体是漫射表面，则其方向辐射率应等于
常数，而与角度无关。事实上实际物体不是漫发射
体，即辐射强度在空间各个方向的分布不遵循兰贝
特定律，是方向角的函数。 对于非金属表面在很大 范围内方向黑度为一个
E ( ) Eb
发射率与单色发射率之间的关系为
E Eb
( ) E d
b 0
T
4
③方（定）向发射率
物体表面在某方向上的方向辐射力与同温度黑体辐 射在该方向上的方向辐射力之比。亦可表示为物体
在某方向上的辐射强度与同温度黑体辐射在该方向
上的辐射强度之比，即
=0.82~0.92，故可取对应1400℃的n为0.92，即 =n
=0.92，辐射力为：
T E c0 100
4
W 1400 273 4 0.92 5.67 2 4 K m K 100 409 103 W/m 2
4
例 7-5 ：实验测得 2500K 钨 丝的法向单色发射率如图 所示，计算其辐射力及发 光效率。 解： 设钨丝为漫射表面
1T1 1.5m 500K 750m K
查表得
Fb ( 01 ) 0.000
2T1 10m 500K 5000m K
查表得
Fb ( 02 ) 0.634
故 (T1 ) 0.1 0.000 0.5 0.634 0.8 (1 0.634) 0.61 （2）按吸收比定义：
传热学 第7章-热辐射的基本定律
第七章热辐射的基本定律在工程技术中，在日常生活中，辐射换热现象是屡见不鲜的。
太阳对大地的照射是最常见的辐射现象。
高炉中灼热的火焰会烘烤得人们难以忍受‘太阳对人造卫星的辐射，会使卫星的朝阳面的温度明显地高于卫星背阳面的温度；高温发动机部件与飞机机体之间的辐射换热严重地影响着飞机的结构与强度设计，等等。
特别是近年来，人类对太阳能的利用，都大大地促进了人们对辐射换热的研究。
本章首先介绍辐射的基本特性和基本规律；然后重点讨论物体之间的辐射换热规律；最后对气体辐射换热的特点作扼要的介绍。
第一节基本概念1－1 热辐射的本质和特征由于不同的原因，物体能够向其所在的空间发射各种不同波长的电磁波；不同波长的电磁波具有不同的效应，人们可以利用不同波长的电磁波效应达到一定的目的。
比如，人们可以利用无线电波传送信息，利用x射线穿透物质的能力进行零件探伤，利用热射线传递热能，等等。
人们根据电磁波不同效应把电磁波分成若干波段。
波长λ＝0.38一0.76μm的电磁波段称为可见光波段λ＝0.76—1000 μm的电磁波段称为红外波段(一般将红外波段范围又分为近红外波段和远红外波段，近红外波段为λ＝0.7—25μm，远红外波段为λ＝25—1000μm)；波长大于1000μm的电磁波段称为无线电波段(根据其波长的不同又可分为雷达、视频和广播三个波段)；波长小于0.4μm的电磁波依次分为紫外线、x射线和Y射线等。
可见光和红外线以及紫外线的一部分被物体吸收后产生热效应，即波长λ＝0.1—1000 μm范围内的电磁技能被物体吸收变为热能，因此，这一波长范围的电磁波称为热射线。
因为在一般常见的工业温度条件下，其辐射波长均在这一范围，所以本课程所感兴趣的将是热射线，下面将专门讨论这一波长范围内电磁波的发射、传播和吸收的规律。
一、热辐射的本质和特点1、发射辐射能是各类物质的固有特性。
当原子内部的电子受温和振动时，产生交替变化的电场和磁场，发出电磁波向空间传播，这就是辐射。
电磁场与电磁波第7章 电磁波的辐射
是球面波。由于等相位面上任意点的E、H
振幅不同，所以又是非均匀平面波。Eθ/Hφ=η是一常数，等于媒 质的波阻抗。
第七章 电磁波的辐射
③ 场的振幅：远区场的振幅与r成反比；与I、dl/λ成正比。 值得注意，场的振幅与电长度dl/λ有关，而不是仅与几何尺寸dl 有关。
④ 场的方向性：远区场的振幅还正比于sinθ，在垂直于天线 轴 的 方 向 (θ=90°) ， 辐 射 场 最 大 ； 沿 着 天 线 轴 的 方 向 (θ=0°) ， 辐射场为零。这说明电基本振子的辐射具有方向性， 这种方向 性也是天线的一个主要特性。
k1r(k1)r2(k1)r3,ejkr1
ErjI2dc lro 3 s42p r3co s
第七章 电磁波的辐射
EjI2ds lir3n 4pr3sin
H
Idlsin 4r2
式中p=Qdl是电偶极矩的复振幅。 因为已经把载流短导线看成一 个振荡电偶极子，其上下两端的电荷与电流的关系是I=jωQ。
H J j E E J m j H D B m
第七章 电磁波的辐射
2.
当kr>>1时，r>>λ/2π，即场点P与源点距离r远大于波长λ的 区域称为远区。 在远区中，
k1r(k1r)2 (k1r)3
远区电磁场表达式简化为
E
j
Idl2ksinejkr 4r
j
Idlsinejkr 2r
E
j
Idlskinejkr 4r
j
Idlsinejkr 2r
第七章 电磁波的辐射
以空气中的波阻抗 0
0 120 0
代入， 可得
Pr
402
Idl2
2
式 中 I 的 单 位 为 A( 安 培 ) 且 是 复 振 幅 值 ， 辐 射 功 率 Pr 的 单 位 为 W(瓦)，空气中的波长λ0的单位为m(米)。
振幅不同，所以又是非均匀平面波。Eθ/Hφ=η是一常数，等于媒 质的波阻抗。
第七章 电磁波的辐射
③ 场的振幅：远区场的振幅与r成反比；与I、dl/λ成正比。 值得注意，场的振幅与电长度dl/λ有关，而不是仅与几何尺寸dl 有关。
④ 场的方向性：远区场的振幅还正比于sinθ，在垂直于天线 轴 的 方 向 (θ=90°) ， 辐 射 场 最 大 ； 沿 着 天 线 轴 的 方 向 (θ=0°) ， 辐射场为零。这说明电基本振子的辐射具有方向性， 这种方向 性也是天线的一个主要特性。
k1r(k1)r2(k1)r3,ejkr1
ErjI2dc lro 3 s42p r3co s
第七章 电磁波的辐射
EjI2ds lir3n 4pr3sin
H
Idlsin 4r2
式中p=Qdl是电偶极矩的复振幅。 因为已经把载流短导线看成一 个振荡电偶极子，其上下两端的电荷与电流的关系是I=jωQ。
H J j E E J m j H D B m
第七章 电磁波的辐射
2.
当kr>>1时，r>>λ/2π，即场点P与源点距离r远大于波长λ的 区域称为远区。 在远区中，
k1r(k1r)2 (k1r)3
远区电磁场表达式简化为
E
j
Idl2ksinejkr 4r
j
Idlsinejkr 2r
E
j
Idlskinejkr 4r
j
Idlsinejkr 2r
第七章 电磁波的辐射
以空气中的波阻抗 0
0 120 0
代入， 可得
Pr
402
Idl2
2
式 中 I 的 单 位 为 A( 安 培 ) 且 是 复 振 幅 值 ， 辐 射 功 率 Pr 的 单 位 为 W(瓦)，空气中的波长λ0的单位为m(米)。
同步辐射应用基础(第七章XAFS 数据处理之) 研究生课程讲义
Athena软件功能简介
XAFS数据处理
1. 扣除边前本底及归一化 2. 确定E0及E‐k转换 3. 扣除原子吸收本底background 4. Fourier 变换 5. 反Fourier 变换
Athena软件功能简介 XAFS数据处理 - 1.扣除边前本底及归一化
Athena软件功能简介 XAFS数据处理 - 1.扣除边前本底及归一化
Athena软件功能简介 文件的打开和保存
Athena软件功能简介 文件的打开和保存
Athena软件功能简介 数据预处理 - 去除glitch和截断
数据预处理 - Deglitch
Athena软件功能简介
①选择plot方式 ②点击Choose a point ③ 在图形窗 口 上选 择需要去除的点(可 以放大显示） ④ 点击 Remove point
Athena软件功能简介 XAFS数据处理 - 3.扣除原子吸收本底Background
Athena软件功能简介 XAFS数据处理 -4.Fourier变换
Athena软件功能简介 XAFS数据处理 -4.Fourier变换
Athena软件功能简介 XAFS数据处理 -4.Fourier变换
XAFS数据处理的基本流程
充分理解 E空间、k空间、R空间三者之间的联系和转换关系是 掌握 XAFS 数据处理的关键
XAFS数据处理的一般步骤
在E空间中进行
XAFS数据处理的一般步骤
XAFS数据处理的基本流程
XAFS数据处理的一般步骤
Athena软件功能简介
Athena 软件简介 下载安装及界面介绍 Athena主要功能
Athena软件功能简介 XAFS数据处理 - 2.确定E0及E-k转换
第七章热辐射基本定律2
, const.
, const.
3 实际物体辐射与吸收之间的关系－基尔霍夫 定律
假定两块平行平板距离很近， 从一块板发出的辐射能全部 落到另一块板上。若板1为 黑体表面，板2为任意物体 的表面。
T2
T1
E
Eb
Eb (1-)Eb
两者的辐射力、吸收比和表
面温度分别为Eb、 b(=1)、 T1、E、 和T2。
如果物体表面的单色吸收比为常数 ，即 const. 那么它的吸收比也就为常数 。
1
0
(T1 )Eb (T2 )d
0 Eb (T2 )d
0 (T1 )Eb (T2 )d
( 0T24 )
热辐射分析中，把单色（光谱）吸收比与波长无关
的物体定义为灰体。
灰体也是一种理想的辐射表面，实际表面在一定条件 下可以认为具有灰体的特性。
Eb T 4
0 Eb d
即 E Eb T 4
例7-4：试计算温度处于1400℃的碳化硅涂料表 面的辐射力。
解：由表7－2查得当1010~1400℃时，碳化硅 的n
=0.82~0.92，故可取对应1400℃的n为0.92，即 =n
=0.92，辐射力为：
E
c0
T 100
4
0.92 5.67
黑体是理想的吸收体，它对一切波长和所有方向入射 辐射的吸收比均等于1。于是对黑体有：
b b b b, 1
2、 实际物体的吸收-灰体
实际物体表面对热辐射的吸收是针对投入辐射而言 的。实际物体对入射辐射吸收的百分数称之为该物 体的吸收比。
物体对某一特定波长的辐射能所吸收的百分数定义 为光谱吸收比，记为()。
板2发出的辐射能E全部被板1吸收，而板1发出的辐 射能Eb只被板2吸收Eb ，对板2能量收支为：
辐射第七章
的公式。
极限情况：Neqmn Amn，则：
qnm N m gm exp( Em En )
qmn N n gn
kT
虽在LTE条件下得到，但碰 撞截面间的关系由原子结构 定，与外部环境无关，所以 普遍成立。
即 Ne 很大时，碰撞作用远大于辐射作用，频繁碰 撞使气体迅速建立热平衡分布。故：
jL N m Amn h mn
b2
e 4
E E
4a02
(
IH E
)( I H ) E
e2
2
IH 2a0 , a0 mee2
2020/6/26 第六章 天体物理中的谱线发射
12
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
截面可和氢原子几何截面比较，比复合截面大二、三 个量级。所以丰度小、激发能低的重元素碰撞激发是 产生发射线的重要机制。
定量计算
v, b 非弹性碰撞产生碰撞激发 i f ，这一跃迁的 微分散射截面
d if (v, b) pif (b) 2b db
pif (b) 为微分散射截面 d if 与环形几何截面 2bdb 之比
pif (b) 1 (对任意b) f i
2020/6/26 第六章 天体物理中的谱线发射
if
(v)
(
me v
)2
le
(2le 1) pif (le )
定义：if (le ) (2le 1) pif (le ) 部分碰撞强度
总碰撞强度 if if (le ) le
if
(
v
)
(
me v
)2
if
2020/6/26 第六章 天体物理中的谱线发射
14
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
传热学七（ＰＤＦ）
穿透现象。根据能量守恒有
Q = Qα + Qρ + Qτ Qα + Qρ + Qτ = 1 Q QQ
α + ρ + τ = 1
α－吸收率，－ρ 反射率，－τ穿透率（透射率）
在一般情况下，对于固体和液体(强吸收性介质)而言τ很小 可以忽略不计， ρ+α=1
原因：因分子间排列非常紧密，当热辐射能投射到固体表 表面时，马上被相邻的分子所吸收
[例]：教材P244例7-1 解：……由此例可见，黑体或实际物体当T升高时λm减小， 可见光及可见光中短波增加。
3.斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律
∫ = Eb
∞
= 0 Ebλ d λ
σbT 4
σ b = 5.67 ×10−8 斯蒂芬－波尔兹曼常数，W (m2 ⋅ K4 )
∆Eb
=λ2 λ1
Ebλ
dλ
定义：
F = b(λ1 −λ2 )
∆= Eb Eb
∫ λ2 λ1
Ebλ d λ
=
∞
∫0 Ebλ d λ
∫ 1
σT 4
λ E d λ2
λ1
bλ
(∫ ∫ ) =1 σT 4
λ λ λ2
0
Ebλ d
−
λ1 0
Ebλ
d
= F − F b(0−λ2 )
b(0−λ1 )
Fb(0-λ)为能量份额，意即波长从0至λ的黑体辐射占同温度下黑 体辐射力的百分数。而且：
L(θ ) = dφ (θ ) dA cosθ d Ω
n θ dΩ
dAcosθ dA
3). Lambert定律 表述为：黑体的定向辐射强度与方向无关。 即：
Q = Qα + Qρ + Qτ Qα + Qρ + Qτ = 1 Q QQ
α + ρ + τ = 1
α－吸收率，－ρ 反射率，－τ穿透率（透射率）
在一般情况下，对于固体和液体(强吸收性介质)而言τ很小 可以忽略不计， ρ+α=1
原因：因分子间排列非常紧密，当热辐射能投射到固体表 表面时，马上被相邻的分子所吸收
[例]：教材P244例7-1 解：……由此例可见，黑体或实际物体当T升高时λm减小， 可见光及可见光中短波增加。
3.斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律
∫ = Eb
∞
= 0 Ebλ d λ
σbT 4
σ b = 5.67 ×10−8 斯蒂芬－波尔兹曼常数，W (m2 ⋅ K4 )
∆Eb
=λ2 λ1
Ebλ
dλ
定义：
F = b(λ1 −λ2 )
∆= Eb Eb
∫ λ2 λ1
Ebλ d λ
=
∞
∫0 Ebλ d λ
∫ 1
σT 4
λ E d λ2
λ1
bλ
(∫ ∫ ) =1 σT 4
λ λ λ2
0
Ebλ d
−
λ1 0
Ebλ
d
= F − F b(0−λ2 )
b(0−λ1 )
Fb(0-λ)为能量份额，意即波长从0至λ的黑体辐射占同温度下黑 体辐射力的百分数。而且：
L(θ ) = dφ (θ ) dA cosθ d Ω
n θ dΩ
dAcosθ dA
3). Lambert定律 表述为：黑体的定向辐射强度与方向无关。 即：
第七章-辐射定标与大气校正要点PPT课件
cosexpcosexp大气层外平均日地距离太阳辐照度大气层外平均日地距离太阳辐照度平均和成象时的日地距离平均和成象时的日地距离分别为容积散射和吸收系数分别为容积散射和吸收系数入射天顶角入射天顶角整层大气光学厚度整层大气光学厚度27ra多次反弹的影响较弱一般可以忽略多次反弹的影响较弱一般可以忽略rasat已知大气状况的校正方法已知大气状况的校正方法参考地物法参考地物法invariantinvariantobjectmethodsobjectmethods暗目标方法暗目标方法darkdarkobjectmethodsobjectmethods其它大气校正方法其它大气校正方法已知大气状况的校正方法已知大气状况的校正方法如果已知大气的垂直廓线温湿压大气水如果已知大气的垂直廓线温湿压大气水汽含量大气光学厚度气溶胶以及气溶胶模式汽含量大气光学厚度气溶胶以及气溶胶模式我们可以通过大气辐射传输模式模拟计算三个不同地我们可以通过大气辐射传输模式模拟计算三个不同地表反射率条件下的大气层顶辐射亮度进而求解得到表反射率条件下的大气层顶辐射亮度进而求解得到值而达到大气效应纠正的目的
胶的变化，即大气光学厚度的变化，因此关键是如何估
算遥感图像的气溶胶分布。
2 参考地物法(Invariant—Object Methods)
对于TM等高分辨率的图像，通常可以假设整幅图
像的大气状况相同，图像的观测天顶角也可以近似看
作相同（垂直观测），如果可以在一幅图像中找到苦
干个（3个以上）地表反射率固定不变的地物，则可以
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败 也是伟大的，所以不要放弃，坚持 就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
胶的变化，即大气光学厚度的变化，因此关键是如何估
算遥感图像的气溶胶分布。
2 参考地物法(Invariant—Object Methods)
对于TM等高分辨率的图像，通常可以假设整幅图
像的大气状况相同，图像的观测天顶角也可以近似看
作相同（垂直观测），如果可以在一幅图像中找到苦
干个（3个以上）地表反射率固定不变的地物，则可以
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败 也是伟大的，所以不要放弃，坚持 就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
第七章：辐射防护
皮肤的去污：皮肤不宜过度洗刷，以免破坏 其屏障作用，增加对放射性物质的吸收。 先用温肥皂水清洗轻刷，然后用温净水冲洗， 可除去绝大部分的放射性物质。如果效果尚 不满意，可再用10％乙二胺四乙酸溶液清洗， 或浸于6.5％高锰酸钾溶液内，用软毛刷刷洗， 以后用清水冲洗擦净。
工作场所表面的去污：视表面材料的性质，放 射性物质的理化性质及污染程度，选择不同的 处理方法。 容易去污的表面材料在污染不重时，可用肥皂 或洗涤剂擦洗去污； 较难去污的表面材料在污染严重时可将污染部 分挖去，以适当材料重新填补；若污染物无γ 射线发射，也可在污染部位复盖油漆，也可复 盖塑料板。
3．剂量当量（H）：在吸收剂量相同情况下，照 射条件不同(射线类型，照射时间，局部照射、 全身照射等)，生物效应差异很大。因此引入剂 量当量这一物理量。其目的是加以适当修正因素 对吸收剂量进行加权，以便更好地反映辐射对机 体的危害程度。
剂量当量(H)＝吸收剂量(D)×品质因素(Q)×其他修正 因数(N)
放射性工作应在扑有吸水纸的搪瓷盘中进行， 产生放射性粉尘的工作应在手套箱中进行， 有放射性气体或气溶胶时应该在通风橱中进 行。 严禁戴污染的手套接触一切非污染台面，开 关及门把手等。 实验室中的一切清洁工作都应该湿法进行， 工作中一旦发生污染，应立即去污，同时避 免污染范围扩大。
表面放射性污染的清除 原则： 1）及早清除，以免污染扩散； 2）根据污染的放射性物质的理化性质，选择 适当的去污剂； 3）根据被污染物质表面的性质，选择适当的 去污方法； 4）去污过程中应注意防止污染面积的扩大， 并注意个人的安全防护； 5）去污后应进行放射性监测。
二、防护标准中的剂量限值 我国《放射防护规定》把受照人员分成三组，把受照 器官分为四类。 第一组：放射工作从业人员 第二组：放射性工作场所邻区人员 第三组：普通人群
核辐射探测 第七章2
N或 1
D 对连续型随机变量 X ： X x E X f x dx
2
方差的意义：代表了随机变量各个可取 值相对于平均值的离散程度。方差小则代表 随机变量在各次实验中所取得的数值越集中 的分布在平均值附近，方差大则表示分布得 越分散。
均方根偏差
对离散型随机变量 ：
数学期望值：E
（简称期望值，在物理中也称平均值 x ，常用 m 表示） 它表示随机变量取值的平均位置。 ，
均方偏差：D
（简称方差），它表示随机变量的取值相对于期 望值的离散程度。 其开根值称均方根偏差，常用表示。即： 2 D
数学期望值（平均值）
对离散型随机变量
二项式分布是支配偶然事件的最通用的概率 分布，广泛应用于所有概率p恒定的过程。
设一随机试验条件组为：作 N 0次独立试验，每 次试验中要么发生 A事件，要么不发生，且 A 事件发生的概率为 p，不发生的概率为 1 p。 定义随机变量 为按上述条件组试验后，A事件 N 总共发生的次数。 可取值为0，1，2，... 0， 是离散型随机变量。
计数统计学的意义可归结为两个方面： 1、可用于检验一台核计数装置的功能和状态 是否正常； 2、在处理只有一次或极为有限的测量中，可 用计数统计学来预测其固有的统计不确定性，从 而估计该单次测量应有的精密度。
7.1 概率论基础知识 随机试验：一定条件下的每次观察。 随机事件：每次随机试验的各种结果。
固定某个实验条件得到一组测量值改变此条件得到另外若干组测量值若各测量结果与总平均值的残差呈现明显的分组特征例如同一组内各残差相近各组之间残差较大时表明有随此条件变化的系统误差存在以上这些方法只有当系统误差比随机误差明显大时才有用一般情况下不容易发现系统误差
D 对连续型随机变量 X ： X x E X f x dx
2
方差的意义：代表了随机变量各个可取 值相对于平均值的离散程度。方差小则代表 随机变量在各次实验中所取得的数值越集中 的分布在平均值附近，方差大则表示分布得 越分散。
均方根偏差
对离散型随机变量 ：
数学期望值：E
（简称期望值，在物理中也称平均值 x ，常用 m 表示） 它表示随机变量取值的平均位置。 ，
均方偏差：D
（简称方差），它表示随机变量的取值相对于期 望值的离散程度。 其开根值称均方根偏差，常用表示。即： 2 D
数学期望值（平均值）
对离散型随机变量
二项式分布是支配偶然事件的最通用的概率 分布，广泛应用于所有概率p恒定的过程。
设一随机试验条件组为：作 N 0次独立试验，每 次试验中要么发生 A事件，要么不发生，且 A 事件发生的概率为 p，不发生的概率为 1 p。 定义随机变量 为按上述条件组试验后，A事件 N 总共发生的次数。 可取值为0，1，2，... 0， 是离散型随机变量。
计数统计学的意义可归结为两个方面： 1、可用于检验一台核计数装置的功能和状态 是否正常； 2、在处理只有一次或极为有限的测量中，可 用计数统计学来预测其固有的统计不确定性，从 而估计该单次测量应有的精密度。
7.1 概率论基础知识 随机试验：一定条件下的每次观察。 随机事件：每次随机试验的各种结果。
固定某个实验条件得到一组测量值改变此条件得到另外若干组测量值若各测量结果与总平均值的残差呈现明显的分组特征例如同一组内各残差相近各组之间残差较大时表明有随此条件变化的系统误差存在以上这些方法只有当系统误差比随机误差明显大时才有用一般情况下不容易发现系统误差
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电子碰撞激发、退激发，产生碰撞线，可解释许多离子 O 在可见光区的禁线发射。 ：N1 , N 2 ，激发能 ~ 2.5eV ，即 亚稳态是低受激态， 104 K 电子气， ~ 1eV ，可和激发能 ~ kT 比较，所以相当多的电子有足够的能量激发这些能级。
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
qnm N m gm E En e xp( m ) qmn N n gn kT
定，与外部环境无关，所以 普遍成立。
即 N e 很大时，碰撞作用远大于辐射作用，频繁碰 撞使气体迅速建立热平衡分布。故：
Nm N e qnm N n N e qmn Amn j L N m Amn h mn
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
9
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
3. 复杂原子的选择定则 复杂原子偶极跃迁过程中，据拉波特法则，电子 l 组态改变，必有一个电子nl nl ，对该电子， 1 LS耦合
S 0 L 0,1 J 0,1 (0 0禁 戒)
总碰撞强度
2 0
nm：量子微扰论处理，与定性结果比较：
nm 4 I H gn E
IH IH 4a ( )( ) E E
E , σnm
nm (me v2 )1 ，低速电子碰撞激发比高速电子更
有效！因低速电子在原子近旁停留的时间更久， 作用更有效。 但当电子的速度过低，动能不足以产生激发，即
三．电子碰撞激发截面、碰撞强度
电子碰撞激发截面 nm ( v)定性估算 电子在离子近旁库仑力作用时间： 2b / v
所以电子动量改变:
e 2 2b 2e 2 p Fdt ( 2 )( ) 0 b v bv
t
电子能量改变（近似电子碰后静止）:
(p)2 2e 4 E (b) 2me me v 2b 2
N1 (5007 A),
N 2 (4959 A)
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
1
§6.6 碰撞激发（退激发辐射） 因为要使 O 离子电离： 54.5eV ，所以要使 O 离子 I 电离，而产生复合谱线，必须在星云边有极强的紫外 辐射。另，He 和 O 电离能几乎一样（54.2eV）。 O 若为复合线，则： 丰度远大于 O 丰度，则 He 线应 He N 比 N1 , N 2 的绿色双线强。但实测上，许多情况下， 1 , N 2 线最强，可几乎没有 He 线。
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
电子与离子碰撞: 韧致辐射,复合辐射(连续谱,复合线)； 碰撞激发、电离(连续谱,线发射)； 自由电子频繁碰撞，建立Maxwell速度分布。 光谱学研究在天体物理中极其重要： 分析化学成分、物理状态（温度、密 度、速度分布等）。复合线： , He 巴 H 尔末系等，但有许多发射谱线，例如 各种离子的禁线发射，不可能由复合 过程产生，如：O 两条禁线 ：
jj耦合
j 0,1 J 0,1 (0 0禁 戒)
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
10
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
二．禁线发射系数 谱发射系数： jL N m Amn h mn
统远离LTE！需用稳态平衡方程定布居。简例：两能级 系统 ( n, m ) 辐射场密度低，可略受迫跃迁 ( ve vion ) 只考虑电子碰撞，略离子碰撞 th th
所以据球谐函数正交性：
l l l 1
m m m 0,1
r 矩阵元才不为零，即电偶极矩辐射跃迁定则
也适用于碱金属光谱（ Li, Na, K ,），即初、 终态都只有一个松弛地束缚在外层轨道上的 价电子，原子的其余电子则未受扰动（类氢 系统：价电子+离子实，价电子在离子实的 有心力场中运动）
2 2 4 2 Gif 2 ( fi ) l D fi 要使两个态间的跃迁可能， fi 0 或 rfi 0 D
初、终态具相同宇称时，当空间坐标对原点作反演 r 时， r ，rfi 0 偶性态 ( li 偶数) 奇性态 ( li 奇数) ，所以要 有电子组态的变动！
连带勒让德多项式
m l
l 0, 1, 2, , n 1
m : l , l 1, , 0, , l
* Ylm (1)m Yl , m
0
2
2
0
Yl*mYlm sindd ll mm
ˆ l （退激发辐射）
归根到底，还是来自恒星的紫外辐射，早型星的紫外
辐射，引起光致电离，恒星的辐射能转化为电子的动
能。对允许线，难以用碰撞激发解释。如复合线，中 性氢、氦，激发能 ~ 10 20eV ，难以激发。唯一例外：
MgI :3 S 3 P , 4751A, ~ 2.7eV
N e N nqnm N e N mqmn N m Amn
Nm N e qnm N n N e qmn Amn
2013-6-18
N m 不能使用玻尔兹曼公式，因为在多数情况下，系
第六章 天体物理中的谱线发射
11
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
要定出 N m / N n ，理论上需知 Amn , qmn , qnm 或 mn ( v), nm ( v)， 复杂的理论课题。可从一般热力学考虑找到一个普遍 的公式。 虽在LTE条件下得到，但碰 N e qmn Amn，则： 极限情况： 撞截面间的关系由原子结构
2bdb (2le 1)(
db 的变化具量子化特征，积分，化求和；
有心力场中电子轨道角动量 l e 变化须满足：le 1
if (v ) ( 2 ) (2le 1) pif (le ) me v le
定义： if (le ) (2le 1) pif (le ) 部分碰撞强度
( N e 0) N e N n qnm h mn jL 1 N n qnm qmn Amn h mn ( N e )
不同 N e下，jL 值可有很大不同，N e 据谱线强度分析。
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
12
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
1 me v 2 E m E n 2
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
16
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
0 nm ( v ) ( )2 1 nm me v g n 1 me v 2 E m E n 2 1 me v 2 E m E n 2
这部分能量可无辐射地转移给离子，使离子激 发或电离。速度 v 、电子转移 E (b)截面：
I I b 4a ( H )( H ) E E E E
2 2 0
e 4
e2 2 IH , a0 2a0 me e 2
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
13
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
矩），所以碰撞退激发无辐射地回到低能态。而在
天体物理中，等离子体密度低、体积大， 碰 辐 ， 所以在亚稳态上原子有足够时间完成电四级或磁偶 极跃迁而产生禁线发射。亮：星云巨大质量造成。
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
4
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
一．选择定则 1. 拉波特法则：具有相同宇称的两个态间的跃迁是禁 戒的。
总碰撞强度 if if (le )
le
2 if ( v) ( ) if me v
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
15
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
初态 En，终态 E m 。一般能级简并，简并度：gm , gn
nm (v ) (
2 1 2 1 1 2 I ) ( if ) ( ) nm a0 ( H ) nm me v gn i , f me v gn E gn 初、终态所有量子态
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
5
§6.6 碰撞激发（退激发辐射） 2. 氢原子光谱的选择定则
氢原子或类氢原子：中心力场
2 i V ( r ) t 2m
2m Ze2 u (E )u 0 40 r
2
Ze2 V (r ) 40 r
pif (b) 1 (对任意 b)
f i
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
14
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
碰撞激发（退激发）截面： if ( v) 0
2 ) le me v
pif (b) 2b db
由于入射电子的角动量为： Le me vb [le (le 1)]1/ 2
所以计算 D 也即 r 矩阵元，归结为：
nl m r cos nlm
nl m r sine i nlm
球谐函数性质：
( l 1) 2 m 2 l 2 m2 cos Ym Yl 1,m Yl 1,m ( 2l 1)( 2l 3) ( 2l 1)( 2l 1)
截面可和氢原子几何截面比较，比复合截面大二、三 个量级。所以丰度小、激发能低的重元素碰撞激发是 产生发射线的重要机制。 定量计算
v, b 非弹性碰撞产生碰撞激发 i f ，这一跃迁的 微分散射截面
d if (v, b) pif (b) 2b db
pif (b)
为微分散射截面 d if 与环形几何截面 2bdb 之比
1 1 。
在原子光谱学中，凡是破坏了偶极矩辐射的选择定 则的跃迁称禁戒跃迁。这种跃迁所产生的谱线称禁
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
qnm N m gm E En e xp( m ) qmn N n gn kT
定，与外部环境无关，所以 普遍成立。
即 N e 很大时，碰撞作用远大于辐射作用，频繁碰 撞使气体迅速建立热平衡分布。故：
Nm N e qnm N n N e qmn Amn j L N m Amn h mn
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
9
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
3. 复杂原子的选择定则 复杂原子偶极跃迁过程中，据拉波特法则，电子 l 组态改变，必有一个电子nl nl ，对该电子， 1 LS耦合
S 0 L 0,1 J 0,1 (0 0禁 戒)
总碰撞强度
2 0
nm：量子微扰论处理，与定性结果比较：
nm 4 I H gn E
IH IH 4a ( )( ) E E
E , σnm
nm (me v2 )1 ，低速电子碰撞激发比高速电子更
有效！因低速电子在原子近旁停留的时间更久， 作用更有效。 但当电子的速度过低，动能不足以产生激发，即
三．电子碰撞激发截面、碰撞强度
电子碰撞激发截面 nm ( v)定性估算 电子在离子近旁库仑力作用时间： 2b / v
所以电子动量改变:
e 2 2b 2e 2 p Fdt ( 2 )( ) 0 b v bv
t
电子能量改变（近似电子碰后静止）:
(p)2 2e 4 E (b) 2me me v 2b 2
N1 (5007 A),
N 2 (4959 A)
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
1
§6.6 碰撞激发（退激发辐射） 因为要使 O 离子电离： 54.5eV ，所以要使 O 离子 I 电离，而产生复合谱线，必须在星云边有极强的紫外 辐射。另，He 和 O 电离能几乎一样（54.2eV）。 O 若为复合线，则： 丰度远大于 O 丰度，则 He 线应 He N 比 N1 , N 2 的绿色双线强。但实测上，许多情况下， 1 , N 2 线最强，可几乎没有 He 线。
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
电子与离子碰撞: 韧致辐射,复合辐射(连续谱,复合线)； 碰撞激发、电离(连续谱,线发射)； 自由电子频繁碰撞，建立Maxwell速度分布。 光谱学研究在天体物理中极其重要： 分析化学成分、物理状态（温度、密 度、速度分布等）。复合线： , He 巴 H 尔末系等，但有许多发射谱线，例如 各种离子的禁线发射，不可能由复合 过程产生，如：O 两条禁线 ：
jj耦合
j 0,1 J 0,1 (0 0禁 戒)
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
10
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
二．禁线发射系数 谱发射系数： jL N m Amn h mn
统远离LTE！需用稳态平衡方程定布居。简例：两能级 系统 ( n, m ) 辐射场密度低，可略受迫跃迁 ( ve vion ) 只考虑电子碰撞，略离子碰撞 th th
所以据球谐函数正交性：
l l l 1
m m m 0,1
r 矩阵元才不为零，即电偶极矩辐射跃迁定则
也适用于碱金属光谱（ Li, Na, K ,），即初、 终态都只有一个松弛地束缚在外层轨道上的 价电子，原子的其余电子则未受扰动（类氢 系统：价电子+离子实，价电子在离子实的 有心力场中运动）
2 2 4 2 Gif 2 ( fi ) l D fi 要使两个态间的跃迁可能， fi 0 或 rfi 0 D
初、终态具相同宇称时，当空间坐标对原点作反演 r 时， r ，rfi 0 偶性态 ( li 偶数) 奇性态 ( li 奇数) ，所以要 有电子组态的变动！
连带勒让德多项式
m l
l 0, 1, 2, , n 1
m : l , l 1, , 0, , l
* Ylm (1)m Yl , m
0
2
2
0
Yl*mYlm sindd ll mm
ˆ l （退激发辐射）
归根到底，还是来自恒星的紫外辐射，早型星的紫外
辐射，引起光致电离，恒星的辐射能转化为电子的动
能。对允许线，难以用碰撞激发解释。如复合线，中 性氢、氦，激发能 ~ 10 20eV ，难以激发。唯一例外：
MgI :3 S 3 P , 4751A, ~ 2.7eV
N e N nqnm N e N mqmn N m Amn
Nm N e qnm N n N e qmn Amn
2013-6-18
N m 不能使用玻尔兹曼公式，因为在多数情况下，系
第六章 天体物理中的谱线发射
11
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
要定出 N m / N n ，理论上需知 Amn , qmn , qnm 或 mn ( v), nm ( v)， 复杂的理论课题。可从一般热力学考虑找到一个普遍 的公式。 虽在LTE条件下得到，但碰 N e qmn Amn，则： 极限情况： 撞截面间的关系由原子结构
2bdb (2le 1)(
db 的变化具量子化特征，积分，化求和；
有心力场中电子轨道角动量 l e 变化须满足：le 1
if (v ) ( 2 ) (2le 1) pif (le ) me v le
定义： if (le ) (2le 1) pif (le ) 部分碰撞强度
( N e 0) N e N n qnm h mn jL 1 N n qnm qmn Amn h mn ( N e )
不同 N e下，jL 值可有很大不同，N e 据谱线强度分析。
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
12
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
1 me v 2 E m E n 2
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
16
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
0 nm ( v ) ( )2 1 nm me v g n 1 me v 2 E m E n 2 1 me v 2 E m E n 2
这部分能量可无辐射地转移给离子，使离子激 发或电离。速度 v 、电子转移 E (b)截面：
I I b 4a ( H )( H ) E E E E
2 2 0
e 4
e2 2 IH , a0 2a0 me e 2
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
13
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
矩），所以碰撞退激发无辐射地回到低能态。而在
天体物理中，等离子体密度低、体积大， 碰 辐 ， 所以在亚稳态上原子有足够时间完成电四级或磁偶 极跃迁而产生禁线发射。亮：星云巨大质量造成。
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
4
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
一．选择定则 1. 拉波特法则：具有相同宇称的两个态间的跃迁是禁 戒的。
总碰撞强度 if if (le )
le
2 if ( v) ( ) if me v
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
15
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
初态 En，终态 E m 。一般能级简并，简并度：gm , gn
nm (v ) (
2 1 2 1 1 2 I ) ( if ) ( ) nm a0 ( H ) nm me v gn i , f me v gn E gn 初、终态所有量子态
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
5
§6.6 碰撞激发（退激发辐射） 2. 氢原子光谱的选择定则
氢原子或类氢原子：中心力场
2 i V ( r ) t 2m
2m Ze2 u (E )u 0 40 r
2
Ze2 V (r ) 40 r
pif (b) 1 (对任意 b)
f i
2013-6-18
第六章 天体物理中的谱线发射
14
§6.6 碰撞激发（退激发辐射）
碰撞激发（退激发）截面： if ( v) 0
2 ) le me v
pif (b) 2b db
由于入射电子的角动量为： Le me vb [le (le 1)]1/ 2
所以计算 D 也即 r 矩阵元，归结为：
nl m r cos nlm
nl m r sine i nlm
球谐函数性质：
( l 1) 2 m 2 l 2 m2 cos Ym Yl 1,m Yl 1,m ( 2l 1)( 2l 3) ( 2l 1)( 2l 1)
截面可和氢原子几何截面比较，比复合截面大二、三 个量级。所以丰度小、激发能低的重元素碰撞激发是 产生发射线的重要机制。 定量计算
v, b 非弹性碰撞产生碰撞激发 i f ，这一跃迁的 微分散射截面
d if (v, b) pif (b) 2b db
pif (b)
为微分散射截面 d if 与环形几何截面 2bdb 之比
1 1 。
在原子光谱学中，凡是破坏了偶极矩辐射的选择定 则的跃迁称禁戒跃迁。这种跃迁所产生的谱线称禁