пленение излучения

ПЛЕНЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ - задержка выхода фотонов из оптически толстой системы, обусловленная многократностью актов их поглощения и последующего переизлучения атомами среды.
П. и. относится прежде всего к т. и. резонансным фотонам, частота к-рых совпадает с частотой фотонов, испускаемых при излучательных переходах возбуждённых атомов на наиб. населённый (часто наинизший) энергетич. уровень. С др. стороны, многократное поглощенпе-переизлучение "одного и того же" фотона (более строго - радиац. перенос возбуждения) может реализоваться лишь при слабом тушении переносимых возбуждений, что ограничивает сверху допустимую концентрацию "тушащих" частиц (напр., в плазменной системе - электронов). В этом предельном случае П. и. играет определяющую роль в переносе излучения.
Для П. и. обычно характерно длительное по сравнению с пролётным временем "застревание фотона" в атоме, грубо выражаемое неравенством Здесь - радиац. время жизни атома, - макс. коэф. поглощения резонансного излучения с длиной волны в среде невозбуждённых атомов с плотностью п₀, с - скорость света. В этих же обозначениях условие большой оптич. толщины системы имеет вид где L - характерный размер системы.
Осн. количеств. характеристикой П. и. служит ср. время выхода фотона из системы на её поверхность где - ср. число актов поглощения-переизлучения фотона в ходе его миграции на расстояние L.
Конкретный вид зависимости определяется двумя физ. факторами: а) уширением спектральной линии, прежде всего линии поглощения [коэф. поглощения ]; б) степенью перераспределения частоты фотона в акте его переизлучения возбуждённым атомом.
В формальном пределе неуширенной, монохроматич. линии П. и. приводит к обычной диффузии фотонов, описываемой зависимостью (см. Диффузия ).Эта диффузионная картина может иметь место и в случае пленения реальной, уширенной линии, а именно в случае недостаточно большого значения (напр., в рентг. диапазоне), когда переизлучающий атом не успевает "забыть" детали своего предшествующего радиац. возбуждения и благодаря этому поддерживает приближённую монохроматичность () "рассеяния" фотона.
Более типична, однако, противоположная ситуация, когда уширение линии [зависимость содержащая и далёкие крылья] сочетается с практически полным перераспределением по частоте в акте переизлучения (полное "забывание" возбуждённым атомом своей предыстории). Анализ П. и. для этого важнейшего случая впервые был дан в 1947 независимо Л. М. Биберманом и Т. Холстейном (Th. Holstein).
И уширение, и перераспределение частоты приводят к существ. уменьшению значения и ослаблению эффекта П. и. по сравнению с монохроматич., чисто диффузионным, пределом.
Так, уширение спектральной линии, напр. за счёт появления сторонней (доплеровской или столкновительной) ширины Г линии поглощения, обычно значительно превосходящей естеств. ширину снижает в раз остроту резонанса в поглощении, приводя к замене величины значением коэф. поглощения в центре уширенной линии:
Переизлучение в условиях полного перераспределения по частоте, приводящее к практич. одинаковости профилей линий поглощения и переизлучения, создаёт такую ситуацию, когда в результирующем потоке фотонов, выходящих в единицу времени за пределы системы, преобладают не наиболее многочисленные (но и наиболее сильно поглощаемые) фотоны из центра линии а относительно малочисленные фотоны из далёких крыльев линии такие, свободный пробег к-рых сравним по порядку величины с размером системы L.
Статистически типичному "центральному" фотону после его поглощения атомом внутри системы для быстрейшего выхода на поверхность более выгодно не сохранять свою частоту для последующей длит. диффузии, а "промигрировать" по в такой участок далёкого крыла линии, откуда он сможет достичь поверхности "одним прыжком".
В итоге реальная зависимость оказывается существенно слабее, чем в монохроматич., диффузионном, случае: для доплеровского профиля обеих линий для лоренцевского -
При этом в полном потоке выходящих фотонов вклады центрального, "диффузионного", диапазона линии, и "прострельной" области её далёких крыльев, относятся соответственно как 1 : 1 в доплеровском и 1 : 3 в лоренцевском случаях. Т. о., уже в доплеровском случае П. и. носит существенно недиффузионный, а в лоренцевском - и вовсе "антидиффузионный" характер. Это соответствует и характеру спада интенсивности линии в её крыльях - крутому в доплеровском случае и более пологому - в лоренцевском.
В условиях П. и. поток выходящих фотонов, несмотря на большую оптич. толщину системы остаётся пропорциональным её объёму (а не поверхности) вплоть до столь больших значений к-рым соответствует время выхода порядка ср. времени между двумя тушащими столкновениями (в рассматриваемом случае очень редкими).

Лит.: Иванов В. В., Перенос излучения и спектры небесных тел, М., 1969; Долгинов А. 3., Гнедин Ю. Н., Силантьев Н. А., Распространение и поляризация излучения в космической среде, М., 1979; Биберман Л. М., Воробьев В. С., Якубов И. Т., Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы, М., 1982; Абрамов В. А., Коган В. И., Лисица В. С., Перенос излучения в плазме, в сб.: Вопросы теории плазмы, в. 12, под ред. М.А. Леонтовича, Б. Б. Кадомцева, М., 1982; Ключарев А. Н., Безуглов Н. Н., Процессы возбуждения и ионизации атомов при поглощении света, Л., 1983.

В. И. Коган.