Быстрый рост сечения потери электрона по мере уменьшения энергии связи приводит к тому, что полный баланс потери и захвата электронов будет существенно сдвигаться при подавлении перестройки возбуждения иона, несмотря на то, что такая перестройка сама по себе может приводить к освобождению электрона из иона. Фактически при столкновениях иона с атомами электроны могут освобождаться из состояний, энергия связи которых соответствует скорости электрона, почти равной 2𝑉. Можно считать, что даже в твердых веществах состояния электронов иона с большей энергией связи полностью заняты, а в более высоких состояниях имеется лишь небольшое число электронов, определяемое балансом захвата и потери электронов. Грубая оценка на основе этих предположении даёт, что средний заряд иона будет около (3/2)(𝑉/𝑣₀)ν где ν — квантовое число электронов иона, орбитальная скорость которых лежит в пределах от 𝑉 до 2𝑉.

На рис. 1 были показаны измеренные значения равновесного заряда ионов деления в различных твердых веществах и газах при низком давлении. Видно, что для тяжёлой группы ионов при прохождении через твердое вещество заряд примерно соответствует приведённой выше оценке, так как эффективное квантовое число ν≈𝑍^1/3. Для лёгкой же группы ионов даже при рассмотрении заряда в газах обнаруживалось, что ν несколько меньше 𝑍^1/3, а в твердых веществах вследствие эффективного срыва электронов оно должно быть ещё меньше.

Этим объясняется тот результат, что в твердых веществах для ионов лёгкой группы заряд оказывается несколько меньше, чем для ионов тяжёлой группы, в противоположность тому, что имеет место в газах. На рис. 1 видно также небольшое, но заметное уменьшение заряда ионов с возрастанием атомного номера проходимого твердого вещества. Это указывает на более слабое постепенное изменение баланса между захватом и потерей электронов; возможно, оно связано с увеличением средней энергии связи захватываемых электронов для тяжёлых элементов по сравнению с более лёгкими, вследствие чего уменьшается вероятность последующей потери электрона.

Таким образом, хотя многие характерные различия среднего заряда ионов в плотных и разреженных веществах представляется возможным объяснить на основе простого механического рассмотрения, следует подчеркнуть, что мы сталкиваемся здесь с очень сложной проблемой, которая требует дополнительных экспериментальных и теоретических исследований для подробного выяснения.

При более тщательном сравнении с экспериментальными результатами следует учитывать, что при прохождении через плотные вещества высокая степень возбуждения иона может приводить к испусканию ионом электронов сразу же после его выхода из веществ в вакуум, что приводит к некоторому увеличению измеренных значений заряда. Можно также заметить, что при сравнении эффективности торможения ионов в плотных и разреженных веществах главное внимание следует обратить на значительное различие в этих двух случаях заряда ионов с определённой скоростью.

Подобные вопросы необходимо также рассматривать при сравнении явлений прохождения быстрых тяжёлых ионов через газообразные вещества с реально наблюдаемым в виде треков в фотоэмульсии проникновением многозарядных космических ионов (ср., например, ¹⁰). Однако получаемый при таких исследованиях богатый экспериментальный материал относится к значительно более широкому интервалу энергии, чем в случае эксперимента с ионами деления. Поэтому оценки сечений захвата и потери электрона, определяющих равновесное значение заряда таких быстрых космических ионов и его изменение вдоль пути иона в фотоэмульсии, требуют иного рассмотрения, выходящего за пределы обсуждаемых в этой статье вопросов.

¹⁰ H. L. Вradt, В. Реtеrs. Phys. Rev., 1950, 77, 54.

Институт теоретической физики

Копенгагенского университета

Декабрь 1953 г.

1955

75 ОТКРЫТИЕ РИДБЕРГОМ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЗАКОНОВ ^*

^*Rydberg's Discovery of the Spectral Laws. Lunds Univ. Årsskrift 1955, adv. 2, 50, 15—21.

Мне доставило большое удовольствие принять приглашение на эту конференцию, посвящённую столетнему юбилею со дня рождения Ридберга, на которой силами столь многих специалистов с разных концов света будет дан обзор современного уровня наших знаний о спектроскопии, памятуя о пионерской работе Ридберга в этой области. Я хотел бы особо подчеркнуть прямую преемственность между его замечательными открытиями и развитием наших представлений о строении атома, а также поделиться некоторыми собственными воспоминаниями.

Как известно, открытие Ридбергом спектроскопических закономерностей явилось результатом большого интереса, проявлявшегося им к проблеме взаимоотношений, существующих между химическими элементами, которая во второй половине прошлого века была выдвинута на передний план прежде всего работами Менделеева. Замечательная периодичность физических и химических свойств элементов, расположенных в порядке возрастания их атомных весов, поразила пытливое воображение Ридберга. Склонный к численным расчётам, он особенно заинтересовался оптическими спектрами, в которых высокая точность измерений допускала установление весьма строгих арифметических соотношений.

Выдающимся достижениям Ридберга в этой области способствовала счастливая интуиция, которая с самого начала подсказала ему необходимость отыскания соотношений не между непосредственно применяемыми длинами волн спектральных линий, но между обратными им величинами, которым соответствует число длин волн, укладывающихся на единице длины, т. е. тем, что теперь называется волновым числом. К этому выводу он пришёл исходя из постоянного значения разностей между волновыми числами в случае так называемых дублетных и триплетных линий. Обнаружение Ридбергом этого постоянства интервалов было оригинальным открытием, но когда его работа была продвинута уже достаточно далеко, он — по его собственному честному и скромному признанию — узнал, что существование такого рода соотношений в случае сложных линий было установлено несколькими годами ранее Хартли. Однако Ридберг гораздо более глубоко вник в этот вопрос и широко использовал разности волновых чисел как основной инструмент для выяснения спектральных закономерностей.

Дальнейшие возможности в деле решения этой задачи предоставляло изучение так называемых спектральных серий, которые в течение предшествующего десятилетия были открыты во многих спектрах Ливингом и Дьюаром. Линии в пределах каждой серии обнаруживают сходство в своем внешнем облике (резкие, диффузные и т. п.), а также постепенное и гармоничное уменьшение как интенсивности, так и расстояния между соседними линиями. Затем Ридберг обнаружил, что все серии проанализированных спектров, будучи описаны в терминах волновых чисел и при соответствующем выборе начала отсчёта шкалы волновых чисел, демонстрируют столь тесные взаимосвязи, так что он получил возможность представить эти волновые числа линий каждой серии в виде разностей между неким постоянным членом и членом, который одинаковым образом уменьшался по мере продвижения в пределах серии. Соответствующее соотношение он выразил формулой

σ=𝑎-φ(𝑛-α),

(1)

где 𝑛 — целое число, которое служит для определения порядкового номера сериальной линии, φ является некой универсальной функцией, в то время как 𝑎 и α оказываются постоянными, характерными для каждой отдельной серии.

В качестве первой попытки определения функции φ, которая с очевидностью должна была стремиться к нулю по мере возрастания 𝑛, Ридберг использовал выражение

φ(𝑛+α)

=

𝐶

𝑛+α

,

(2)

но не получил ни удовлетворительного согласия для далёких серий, ни требуемого постоянства величины 𝐶 для всех серий. Тогда в качестве лучшей альтернативы он попытался выбрать φ в виде