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).
