[科普中国]-自蚀现象

自蚀现象是严重的自吸现象。在不等温的条件下，处于高能级的原子的辐射能，既可被外围温度较低的处于低能级的同类原子所吸收；又可通过二者相碰撞，使辐射能转化为机械能而消失，这种现象叫自蚀。自蚀不仅使谱线强度随着含量的增加二者偏离线性关系，而且使得谱线强度（中心频率处）随着含量的进一步增大反而降低，甚至降为零。1

简介严重的自吸现象就是自蚀现象。处于基态的原子，当受 外界能量激发时，能产生一定波长的特征 谱线，同样，它也能吸收这些特征谱线。当 谱线由光源发光区域的中心轴向外辐射 时，将通过周围空间一段路程，因发光层四 周的温度较中心温度低，外围原子多数处 于基态或低能态，产生自吸，使谱线中心强 度减弱，当自吸严重时，则谱线中央消失， 形成双线就是自蚀现象。2

产生机理自蚀机理实际上光源各部分温度是不相等的。光源中心温度较高，外围温度较低。当光源中心高能级原子的光辐射通过外围温度较低的蒸气层时，会被处于低能级的同类原子所吸收。图表示了由于这种吸收而使谱线强度降低的现象。图（a）表示由光源中心发出的谱线轮廓，图（b）表示冷蒸气云的吸收线轮廓，图（c）表示冷蒸气云的荧光发射（是指低能级原子吸收光辐射后变成的高能级原子所发出的二次光），由于冷蒸气云的发射图（c）很弱，不能补偿其吸收图（b），加之冷蒸气云的热变宽较小，吸收线宽度较窄，所以最后出射的谱线在中心频率附近出现了强度反转的现象图（d）。

上所述是比较公认的自蚀的发生机理。它与自吸的机理基本相同，都是低能级原子对高能级原子的辐射所产生吸收所致。但是这仅仅是自蚀发生的原因之一，产生自蚀的另外一种原因是，光源中心的高能级原子与外围低能级的冷原子互相碰撞，使高能级原子的辐射能转化为热能而消失，从而产生了碎灭效应。这种碎灭效应使得谱线强度大大降低。不难发现，此处的碎灭效应是由第二类碰撞所致。在讨论自吸的光源中同样也存在这种碰撞，但它不能对自吸产生贡献而成为自吸的一种机理。因为自吸发生在等温光源中。而在等温光源中，当第一类碰撞与第二类碰撞达到平衡时，高能级原子的数目服从波耳茨曼分布。即高能级原子的数目（决定谱线强度）只取决于温度，而与第二类碰撞无直接关系。但在讨论自蚀的光源中,是热的高能级原子与冷的低能级原子相碰撞，由于不等温，此时高能级原子的数目不服从波耳茨曼分布，而是偏离了波茨曼分布。随着这种第二类碰撞趋势的增大（含量增大时），碎灭效应愈来愈严重，使得高能级原子的数目逐渐降低，谱线强度随之下降。从而发生了自蚀。这也是为什么从影响谱线强度来看，自蚀较自吸更为严重的原因之一。1

自吸机理

热辐射光源，既是一个发射体，又是一个吸收体，在同一温度下，随若光源中粒子的浓度和厚度愈来愈大时，辐射度愈来愈大，按理说谱线强度亦应愈来愈大。但根据基尔霍夫定律，光源的吸收率也会随之愈来愈大，直至吸收率趋于最大，光源的辐射度几亦达到最大值，趋于饱和。此时不论浓度怎样增大，谱线强度都不会随之增大。这种对于自吸的机理从理论上的解释是无懈可击的。但是既然低能级粒子可以吸收高能级粒子的辐射能，使得辐射度削弱，那此时的低能级粒子吸收辐射后，本身不又变成了高能级粒子，它若发射光子，不就可使削弱的辐射度又得到了补偿。，这是因为吸收辐射能后而变成的高能级粒子，它只能发射二次光子，即荧光。假设每一个这样的高能级粒子都能发射荧光，显然辐射度不会由于自吸而削躬。但是发生荧光是需要一些特殊条件的，在一般情况下荧光效率仅为1%左右。而在普通的火焰、电弧、火花等光源中，这种吸收光子后而变成的高能级粒子一般通过碎灭碰撞而失去其辐射能。亦即被吸收的光子最后转变为热而消失，它对谱线强度几乎没有贡献。因此，也可以把这种光子的消失称为自吸。1

影响因素粒子数及粒子状态粒子数愈多，据波耳茨曼方程，基态原子数亦愈多，对激发态原子的辐射能产生吸收的几率亦愈大。另外粒子数愈多、辐射强度愈大，据基尔霍夫定律，吸收率亦愈大，自吸与自蚀亦愈严重。再者，由于粒子数愈多，光源外围的基态（或低能态）冷原子亦愈多，发生碎灭碰撞的几率亦愈大，自蚀亦愈严重。故此，随着含量的增大，自吸与自蚀严重。又因光源中基态原子占优势，故自吸与自蚀多出现在共振线。但不能说非共振线就无自吸与自蚀。

谱线强度因为强度大的谱线其吸收率也大（据基尔霍夫定律），因此，那些主共振线、灵敏线、最后线等谱线的自吸与自蚀比较明显。

试样蒸发速度试样的蒸发速度愈快，待测原子在光源燕气云中浓度愈大，分布范围愈宽。自吸与自蚀则愈明显。由于直流电弧的电极温度最高，试样的蒸发速度最快，故自吸与自蚀最严重。其次是交流电弧、再次是火花。1

本词条内容贡献者为:

杨剑虹 - 教授 - 西南大学