1. Gdy mamy duży zb.atomów w temp. T w stanie termodynamicznej równowagi, to liczba atomów w stanie wzbudzonym podlega prawu Boltzmanna. W temp. Zera bezwzglednego atomy znajdują się w stanie podstawowym, natomiast w każdej innej temp. wyzej od zera, znajdujemy atomy w stanach o wyższej energii, ale N(liczba atomów w stanie wzbudzonym) jest mniejsze od N₀ (liczba atomów w stanie podstawowym). Gdy będzie sytuacja odwrotna a więc więcej atomów znajdzie się w stanie wzbudzonym N> N₀ mamy wówczas do czynienia z inwersją obsadzeń (populacji).

Odziaływanie promieniowania z materią

Wyjasnił Einstein wprowadził on współczynnik absorpcji i emisji, które pozwalają obliczyć liczbę atomów absorbujących lub emitujących promieniowanie oraz zwrócił uwagę że atomy mogą podlegać następującym prawą:

- emisji spontanicznej

- absorpcji

- emisji wymuszonej

1. Atomy w stanie wzbudzonym E_w mogą przejść spontanicznie do stanu o niższej energii E_n emitując energię E_w-E_n=hv . Średni czas życia dla wiekszości poziomów jest rzedu 10^-8s, ale zdarzają się stany długożyciowe, tak zwane metastabilne (metatrwałe), w których atom może przebywać znacznie dłużej, na przykład 10^-4s, a czasami nawet i kilka godzin.

2. atomy będoce w stanie niższym energetycznie mogą przejść do stanu wyższego w wyniku absorpcji energii. Proces 1 i 2 prowadzi do powstania widm emisyjnych i absorpcyjnych.

3. można wymusić emisję fotonów ze stanu wzbudzonego bombardują atom fotonami o tej samej energii, co wyemitowany foton mamy tu do czynienia z emisją wymuszoną. Atom opuszczaja dwa fotony o tej samej energii i fazie są to fotony spójne.

LASERY

Są generatorami i wzmacniczami fal elektromagnetycznych.

Istnieją różne typy laserów. Aby można było mówić, że mamy do czynienia z laserem, muszą być spełnione następują­ce warunki:

- inwersja obsadzeń,

- emisja wymuszona.

Żeby te warunki mogły być zrealizowane, należy wybrać od­powiedni ośrodek laserujący, układ pompujący oraz rezonator. Inwersja obsadzeń (populacji) ma miejsce wówczas, gdy większość atomów znajduje się w stanie wzbudzonym. Proces prowadzący do tej sytuacji nazywa się pompowaniem. Dla pracy lasera ważne jest, by był to poziom metatrwały. W tak przygotowanym układzie mogą zachodzić procesy zarówno absorpcji, emisji spontanicznej, jak również emisji wymuszo­nej. W działającym laserze musi dominować przejście ze stanu metatrwałego do stanu niższego. To przejście wymuszamy dostarczając układowi kwant elektromagnetyczny o częstości równej tej, na której ma pracować laser. Oczywiście dla pracy lasera rzeczą najistotniejszą jest, by liczba wyemitowanych fotonów była większa od liczby fotonów zaabsorbowanych. Może to nastąpić wówczas, gdy kwanty wymuszające będą oddziaływać z atomami na długiej drodze. Dzieje się to w komorze rezonansowej, która zapewnia sprzężenie zwrotne w układzie. Komorę rezonansową stanowi ośrodek laserujący zamknięty lustrami odbijającymi w wysokim stopniu pożąda­ną długość fali. Taki układ luster nazywa się interferometrem Fabry'ego-Perota. Długość rezonatora musi być tak dobrana, by wskutek wielokrotnych odbić od powierzchni zwierciadeł wytworzyła się fala stojąca. Spełniony musi być zatem waru­nek, jaki obowiązuje przy powstaniu każdej fali stojącej w ru­rze lub strunie zamocowanej na obu końcach, to znaczy nλ /2 = L, gdzie L to długość rezonatora, n - liczba połówek fali miesz­czących się na długości rezonatora.

Obecnie działają lasery o pracy ciągłej oraz impulsowe. Różne też są ośrodki laserujące, na przykład gazy, ciecze, ciała stałe. Lasery działają na zakresach od podczerwieni do nadfioletu.

LASER RUBINOWY

Należy do grupy laserów stałychjonowych. Ośrodkiem laserującem jest rubin. W laserze rubin ma kształt walca z dokładnie oszlifowanymi podstawmi. W przypadku lasera rubinowego mamy doczynienia z układem trójpoziomowym. Etapy pracy lasera rubinowego:

- pompowanie optyczne prowadzące do inwersji obsadzeń

- wzmocnienie

Własności światła laserowego

- monochromatyczność (małe rozmycie energ.promienio)

- spójnośc czasowo-przestrzenna (zdolność do interferencji dwóch fal świetlnych wychodzacych w tym samym kierunku z tego samego punktu źródła ze względnym opóźnieniem, spojnośc przestrzenna odnosi się do korelacji drgań pochodzących z różnych punktów rozciągłego źródła, ale w pewnym ustalonym czasie ze spójnością przestrzenna mamy doczynienia w doświadczeniu Younga.

- równoległość (wiązka o małym kącie rozbieżności)

- intensywność promieniowania (duża moc przypadająca na niewielki przedział częstości

Zastosowanie laserów

Łączność optyczna, Lokalizacja obiektów (Dalmierz laserowy działa na zasadzie podobnej jak radar. Zasadniczą częścią dalmierza jest laser impulsowy, który wysyła impuls w kierunku badanego obiektu. Mierzac czas, jaki upłynął od czasu wysyłania impulsu do powrotu, można określić położenie obiektu), Radiofonia i telewizja, Medycyna (jako skalpel chirurgiczny, w okulistyce, w onkologi do niszczenia komórek nowotworowych, w kardiologi do eliminowania zatorów z ukł.krażenia), Nauka (w spektoskopii atomowej), Wojsko (np.:do naprowadzenia pocisków na cel, jak również do niszczenia pocisków, samolotów i satelit), Metorologia i badanie zanieczyszczeń atmosfery (Lidar jako urzadzenie do badania zanieczyszczeń atmosfery), Przemysł (odtwarzacz płyt kompaktowych, drukarki laserowe).

Izotopy

Jądra atomowe, które mają te samą liczbę protonów, a różnią się liczbą neutronów, mają zatem ten sam ładunek, w tablicy Mendelejewa znajdują się w tym samym miejscu. Np.: ¹₁H-proton, ²₁H-deuter,³₁H-tryton. Jądra o tej samej liczbie masowej nazywają się izobarami, natomiast jadra o tej samej liczbie neutronów noszą nazwe izotonów. Przyrzadem który pozwala wyznaczyć masy różnych izotopów jest spektograf masowy.

Własności jadra atomowego

Masę jadra można podać w kg lub w jednostkach masy atomowej u. Jednostka masy atomowej 1u=1/12 masy izotopu wegla ¹²C. 1u=1,660565*10^-27 kg lub E=mc2.

Spin czyli całkowity moment pędu jadra jest sumą wektorów własnych i orbitalnych momentów pędu nukleonów tworzących jądro. Określając spin jądra podajemy tylko jedna wartość I. Jest max wartość rzutu spinu na dowolnie wybrany kierunek. Neuklony są fermionami to znaczy maja spin połówkowy co powoduje że spin jadra jest wyrażany liczbą całkowitą bądź połówkową. Spin całkowity mają jądra o parzystej liczbie nukleonów a połówkowy o nieparzystej czyli jądra mogą być zarówno fermionami jak i bozonami.

Odziaływanie w przyrodzie

Znamy cztery odziaływania: grawitacyjne, elektromagnetyczne, słabe oraz silne inaczej nazwane jadrowym.

Własności sił jądrowych:

- jest najsilniejszym odziaływaniem w przyrodzie, energia wiązania 2,23 MeV(elektromag. 13,6)

- siły krótkozasiegowe 10^-15m

- staja się siłami odpychajacymi przy odległosciach znacznie mniejszych od 10^-15m

- nie zależą od tego czy dotyczą działania miedzy dwoma neutronami protonami czy miedzy neutronem i protonem, siła działajaca miedzy dwoma nukleonami jest skierowana pod katem do prostej łączącej nukleony.

Odziaływanie cząstek α,β i γ

Detektorem cząstek α,β i γ jest urządzenie umożliwiajace dokonanie pomiarów wielkości fizycznych, charakteryzujacych przechodzenie mikrocząstek przez substancje robocza detektora. Odziaływanie z materia czastek ma charakter b.zlożony i zależy od rodzaju cząstki oraz od jej energii. Cząstki zderzają się z elektronami atomów powodując ich wzbudzenie lub jonizację, ponadto są rozpraszane w polach kolumbowskich jąder atomowych a przy dużych energiach mogą również mieć miejsce reakcje jądrowe i chemiczne. Zjawiska wykorzystane do detekcji promieniowania:

- radioluminescencja polega na świeceniu niektórych substancji pod wpływem promieniowania γ.

- jonizacja zarówno pierwotna jak i wtórna

- reakcje jądrowe (rejestrowanie neutronów)

- r-cje chemiczne np. w emulsjach fotograficznych

- r-cje zachodzace w półprzewodnikach

- zjawisko Czerenkowa

Detektory jonizacyjne

Ich działanie opiera się na zjawisku wyładowania elektrycznego w gazie pod wpływem jonizacji gazu przez cząstkę która wpada do licznika.

Rodzaje detektorów:

- licznik proporcjonalny

- komory róznego typu (jonizacyjna -dyfuzyjna, iskrowa, pęcherzykowa, Wilsona)

- licznik GM

- licznik Czerenkowa

- licznik półprzewodnikowy

- emulsje fotograficzne

---