原子结构与光谱（Theory of Atomic Structure and Spectra）

春季学期

课程编号：0774216

学分：3

教师：叶安培 Anpei Ye

课程：

考试方式：作业：30%，笔试：70%

教学方式：课堂讲学

内容提要：

         本课程主要讲授原子结构的基本理论，原子结构的主要模型，原子结构的各级近似计算方法，原子受外电场，外磁场的影响，以及原子各种辐射跃迁的理论和计算方法。主要内容包括：

第一章，  量子力学预备知识

氢原子，求能态的近似方法（定态微扰理论，变分法），角动量理论，角动量耦合，矢量耦合系数，CG系数与3j符号，6j符号，9j符号；不可约张量，Wigner-Eckart 定理，  约化矩阵元，自由粒子的Dirac方程，电磁场中运动粒子的Dirac方程，自旋角动量，自旋轨道耦合能

第二章，  有心场近似

 有心场近似理论，自洽场方法，Hartree方法 ,Hartree—Fock方法，Xα方法,HF方程.,相对论修正,相关能.

第三章，  静电非有心场的作用---LS耦合谱项 (原子的多重态理论)。

双电子组态多重态谱项的能量和波函数,微扰发列式，sp组态的能量，矩阵元的计算，sp组态的波函数，多电子组态，矩阵元的一般分析，母项分支模型，等效电子谱项，求谱项的图解法，能级sp2 组态能量，满壳层与平均能量，LS 谱项的波函数及能量，双电子组态波函数，多电子组态波函数，高位数和母项分支系数，用拉卡方法求谱项能量；求氧原子能级电离能实例，等电子序列，量子亏损

第四章，  电子的磁性相互作用——精细结构与耦合类型

       一价原子能级的精细结构，氢原子能级的精细结构，Lamb 线移，碱金属原子的精细结构；氦原子能级的精细结构，两个电子的磁性相互作用，氦原子sp 组态的精细结构；LS耦合与jj 耦合，Jl耦合；耦合的一般情况，微扰计算，耦合类型的变化，组态相互作用

第五章，  原子核的影响——超精细结构与同位素移动

                     核磁矩，核磁矩与电子的相互作用，磁性超精细结构分裂，氢原子的磁性超精细结构，碱金属原子的磁性超精细结构，电四级作用的经典理论，电四级作用的哈密顿量，电性超精细结构

第六章，外加静电场、静磁场的影响——Zeeman 效应与Stark 效应

                     静电场与原子相互作用，单个价电子原子的精细结构的Zeeman 效应，弱场近似于强场近似，g 合定则，多个价电子原子的精细结构的Zeeman 效应；超精细结构的Zeeman 效应，磁共振，光抽运（光泵），超精细结构之间的光磁双共振；静电场对原子能级的影响，线性Stark 效应，平方Stark 效应，氢原子的Stark 效应，能级交叉与反交叉，强场中的Rydberg态。

第七章， 跃迁几率

                辐射场的哈密顿量，辐射场的量子化，辐射场与原子的相互作用，跃迁几率的普遍表达式；电偶极（E1）跃迁，                             Zeeman谱线的强度、方向分布和偏正，精细结构之间跃迁几率与爱因斯坦A、B系数，谱线强度与强度和定则，振                         子强度，跃迁几率的计算；磁偶极(M1)跃迁，电四级(E2)跃迁

推荐教材或参考资料：

教材：“ 原子结构与原子光谱”，郑乐民，徐庚武 编著，北京大学出版社（1988年）

参考书：

1.         Igor I Sobelman，Atomic Spectra and Radiative Transitions, 2nd Edition. Springer-Verlag

2.         R.D.Cowan, Theory of Atomic Structure and Spectra.

3.         A.Coney, Laser and Atomic Spectra.

4.         J.C.Slater, Quantum Theory of Atomic Strcutue,Vol.2.

5.         赵义君，张志杰，角动量与能量/原子结构计算，科学出版社.