关于氦原子光谱介绍

[拼音]：haiyuanzi guangpu

[外文]：atomic spectrum of helium

氦原子光谱有两套线系，即两个主线系，两个锐线系，两个漫线系等。从对这些线系的分析得知，氦原子有两套能级，一套是单层的；另一套是三层的。这两套能级之间没有交叉的光谱跃迁。两套能级各自内部的跃迁产生两套光谱。单层能级之间跃迁产生单线结构的光谱，三层能级之间跃迁产生复杂多线结构的光谱。氦的著名黄色 D3线就是属于后一种光谱。1868年8月18日在太阳日珥的光谱中观察到这条谱线从而发现了氦。用高分辨本领的仪器可以分出它的三个成分是 5875.963┱、5875.643┱和5875.601┱，人们早年对氦有两套能级尚无认识时，曾设想有两种氦，产生单线光谱的称为仲氦，而产生多线结构的称为正氦。

氦有两个价电子，基态时处在(1s1s)电子组态。受激发时，通常是一个电子被激发到较高能态而另一个电子仍处在1s态。氦原子中两电子角动量之间按LS 耦合，两电子合成总自旋量子数S=0，1；两电子合成总轨道量子数。可见氦原子能级有单层结构（S=0即两电子自旋反向）和三层结构（S=1，即两电子自旋同向）两套能级。

根据洪德定则，对同一电子组态而言，正氦的能级比仲氦的低。氦能级的示意图如下。

根据泡利不相容原理，由(1s1s)电子组态只能形成1S0态而不可能形成3S1态。故氦原子基态是(1s1s)1S0态。

根据光谱跃迁选择定则:ΔS＝0，说明单层与三层能级间不能交叉跃迁。此外 ΔL＝±1；ΔJ＝0，±1可以说明能级和光谱结构之间的关系。单层能级间跃迁产生的各线系都是单线结构；而三层能级间跃迁产生的主线系(3P2，1，0→3S1)和锐线系(3S1→3P2，1，0)都是由三条谱线组成，而漫线系(3D3，2，1→3P3，2，1)共有六种跃迁符合ΔJ＝0，±1选择定则，故漫线系谱线应是由六条靠得很近的谱线组成。若仪器分辨本领不够高，不能观察到分开的六条谱线，有时可见到三条， 其中的D3线即是漫线系中的第一条。

氦原子如激发到（1s2s） 电子组态， 由它形成的(1s2s)3S1比基态高19.77eV为第一激发态，(1s2s)1S0比基态高 20.55eV为第二激发态。从这两状态向基态的跃迁都是选择定则所禁戒的，因此原子处在这两激发态时不易自发向基态跃迁，原子处在这两激发态的平均寿命比其他能级长五六个数量级。故把这种激发态称亚稳态。氦原子的这两个亚稳态在许多气体放电管和氦氖激光器的激发机理中起着十分重要的作用。