F5060 Atomová a molekulová spektroskopie

Přírodovědecká fakulta
podzim 2022
Rozsah
2/2/0. 4 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Mgr. Zdeněk Navrátil, Ph.D. (přednášející)
doc. Mgr. Pavel Slavíček, Ph.D. (přednášející)
doc. Mgr. Zdeněk Navrátil, Ph.D. (cvičící)
Garance
doc. Mgr. Zdeněk Navrátil, Ph.D.
Ústav fyziky a technologií plazmatu – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. Mgr. Zdeněk Navrátil, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: Ústav fyziky a technologií plazmatu – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Cílem předmětu je uvést studenty do problematiky optické spektroskopie s ohledem na její využití při optické diagnostice plazmatu. Podcíle jsou dva: 1. Poskytnout studentům základy atomové a molekulové fyziky, které jsou potřebné pro vysvětlení optických spekter atomů a molekul (kupř. interakce v atomu a jejich vliv na spektra, značení termů a stavů, vliv vnějších polí) 2. Poskytnout studentům možnost vyzkoušet si základní spektroskopické měření na výjimečném laboratorním vybavení.
Výstupy z učení
Na konci kurzu budou studenti chápat základy atomové a molekulární fyziky, tak aby je bylo možné využít k diagnostice plazmatu pomocí optické emisní spektroskopie. Praktické dovednosti studenti získají v laboratoři při měření typických spekter a při řešení vybraných problémů z atomové a molekulární spektroskopie.
Osnova
  • Základy teorie struktury atomů
  • atomy s jedním elektronem - Schrodingerova rovnice pro atomy s jedním elektronem, kvantová čísla a vlnová funkce, hustota pravděpodobnosti, elektronový spin a jemná struktura
  • atomy se dvěma elektrony - Schrodingerova rovnice pro atomy se dvěma elektrony, Pauliho princip, výměnná interakce, obecná interakce energiových hladin v systémech se dvěma elektrony
  • atomy s mnoha elektrony - aproximace centrálním polem, LS vazba, odchylky od čisté LS vazby, polohová interakce
  • radiační přechody a výběrová pravidla - časově závislé poruchy, elektromagnetická interakce, dipólová aproximace, výběrová pravidla pro dipólové přechody, výběrová pravidla a multiplety v LS vazbě zakázané přechody Struktura atomů a atomová spektra
  • systémy s jedním elektronem - alkalické kovy, spektrální série, další systémy s jedním elektronem
  • systémy se dvěma elektrony - systémy v základním stavu s2, systémy v základním stavu p2, vzácné plyny
  • komplexní atomy
  • interpretace spekter
  • vnitřní excitace a autoionizace
  • izoelektronové sekvence
  • atomová struktura a periodická tabulka prvků
  • jaderné efekty - hyperjemná struktura, izotopy
  • vliv vnějších polí - Zeemanův a Starkův efekt Analýza atomových spekter
  • pozorování, empirické vztahy, termy, určování ionizační energie, databáze spektrálních čar a energetických hladin Struktura molekul
  • Born-Oppenheimerova aproximace
  • elektronová energie dvouatomových molekul - symetrické vlastnosti symetrických orbitálů, obecná struktura dvouatomových molekul, elektronové stavy
  • vibrační a rotační energie dvouatomových molekul polyatomární molekuly Molekulární spektra
  • pravděpodobnost přechodu a výběrová pravidla pro dvouatomové molekuly
  • rotační a vibrační spektra dvouatomových molekul
  • elektronová spektra - Hundova vazba, Franck - Condonův princip
  • další efekty ve spektrech dvouatomových molekul - satelitní pásy, chybějící rotační čáry, kontinuum, predisociace
  • Ramanovská spektra
  • spektra polyatomových molekul
  • Šířka a tvar spektrálních čar
  • Elementární spektroskopie plazmatu
  • Experimentální metody
  • Přednášky jsou doplněny laboratorním cvičením a řešením typických problémů z atomové a molekulární spektroskopie.
Literatura
  • TENNYSON, Jonathan. Astronomical spectroscopy : an introduction to the atomic and molecular physics of astronomical spectra. London: Imperial College Press, 2005, x, 192. ISBN 1860945139. info
  • THORNE, Anne P., Ulf LITZÉN a Sveneric JOHANSSON. Spectrophysics : principles and applications. Berlin: Springer-Verlag, 1999, xiv, 433. ISBN 3540651179. info
  • VAUGHAN, J. M. The Fabry-Perot interferometer :history, theory, practice and applications. Bristol: Adam Hilger, 1989, xix, 583 s. ISBN 0-85274-138-3. info
  • GRIEM, Hans R. Uširenije spektral'nych linij v plazme. Moskva: Mir, 1970, 491 s. info
  • MARR, Geopffrey V. Plasma spectroscopy. Amsterdam: Elsevier Scientific Publishing Company, 1968, xii, 316. info
Výukové metody
přednáška, řešení typických příkladů z atomové a molekulární spektroskopie ve cvičení, laboratorní cvičení, konzultace Cvičení a praktická část v laboratoři bude probíhat prezenční formou. V nouzové situaci bude použita forma distanční.
Metody hodnocení
Účast na laboratorních cvičení, jakož i na řešení příkladů, je povinná. Předmět je ukončen ústní zkouškou s diskusí o probraných problémech, která může být v případě nepříznivé epidemiologické situace realizována přes MS Teams.
Další komentáře
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 1999, podzim 2010 - akreditace, podzim 2000, podzim 2001, podzim 2002, podzim 2003, podzim 2004, podzim 2005, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2008, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, jaro 2012 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2023, podzim 2024.