Проблемы взаимодействия излучения с веществом рассмотрены в работах [1,4,5], а также в разделе 3. Возможны три основных процесса.

1. Спонтанное излучение фотона при переходе из возбужденного состояния i в лежащее ниже j. Вероятность перехода в единицу времени определяется выражением $$,(40) где $$- полная вероятность перехода и $$ - нормированная единицу функция, описывающая спектральную ширину линии.

2. Поглощение излучения $$,(41)

3.Вынужденное излучение $$,(42)

Вероятности данных процессов определяется выражениями $$,(43) где N_i - концентрация атомов в состояниях i и $$ - поток фотонов, отнесенный на единичный интервал omega и в единицу телесного угла OMEGA.

Из выражений (41-43) видно, что как излучение, так и поглощение фотонов происходят в узком спектральном интервале ширины линий и зависят от $$, т.е. от величины матричного элемента взаимодействия V_ij (см. [1,5]) $$.(44)

Переход называется разрешенным, если в величине V_ij отличен от нуля дипольный член разложения. В этом случае вероятности перехода максимальны V_ij equal d_ij. Если дипольный момент перехода d_ij равен нулю, то переход называют запрещеннным. Однако излучение и поглощение фотоны возможно и в этом случае, но с малой вероятностью, определяемой следующими членами разложения потенциала взаимодействия, т.е., например, квадрупольным моментом и т.д.

Для атомов с LS-связью условия отличия от нуля дипольного момента перехода сводятся к следующим: $$,(45) кроме случая J₁=0 и J₂=0.

На рис. 3 показаны энергетические уровни и разрешенные переходы в атоме водорода.

Пренебрегая тонкой структурой, частота перехода определяется выражением $$.(46)

Обычно линии группируются в следующие серии.

1. Ультрафиолетовая серия Лаймана $$.

2. Серия Бальмера $$.

Линии в данной серии расположены в видимой области и обычно обозначаются $$.

3. Инфпакрасная серия Пашена $$, где $$.

Более подробно (см. рис. 3) представлены уровни энергии с n=3. Учет тонкой структуры и лембовского сдвига приводит к формированию семи линий $$, $$, $$, $$.

Фигурной скобкой объединены термы, энергия которых отличается только на малую величину лембовского сдвига.

Спектры щелочных металлов, имеющих в верхней подоболочке один электрон, существенно отличаются от спектра водорода (см. рис. 1). Отличие обусловлено, в первую очередь, снятием вырождения по орбитальному моменту внешнего электрона. Причем энергия уровня зависит от l настолько сиьлно, что нельзя уже говорить о расщеплении уровня с данным n. Скорее, уровни с заданным l описываются водородноподобно (см. раздел 1.1) с эффективным квантовым числом n^*. Каждый из энергетических уровней, показанных на рис. 1, кроме S-термов, расщеплен на два за счет спин-орбитального взаимодействия. Значение J равно J=Lplusminus 1/2 при Lneravno 0 и J=0 при L=0. Правила отбора аналогичны (45).

Поскольку при переходах главное квантовое число может измениться на любое значение, допустимы переходы в состояние 2²S_1/2 из любых состояний n_jP_1/2,3/2, где n_j = 2,3... (главная серия). Каждая линия расщеплена на две

$$

Аналогично устроена одна из побочных серий

$$.

Только в этом случае дублетная структура обусловлена расщеплением нижнего уровня 2p.

Вторая побочная серия имеет более сложный состав - состоит из трех линий

$$.

Однако, учитывая что расщепление d-уровней много меньше , данный переход обычно регистрируется как диффузно-размытый (диффузная серия).