F5060 Atomová a molekulová spektroskopie

Přírodovědecká fakulta
podzim 2023
Rozsah
2/2/0. 4 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Mgr. Zdeněk Navrátil, 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.
Anotace
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.
Klíčová témata
    • 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.
Studijní zdroje a 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
Přístupy, postupy a metody používané ve výuce
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.
Způsob ověření výstupů z učení a požadavky na ukončení
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
Studijní materiály
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 2022, podzim 2024, podzim 2025, podzim 2026.