Кіріспе

Атомдық физикада Допплер кеңеюі – атомдар немесе молекулалардың жылдамдықтарының таралуынан туындаған Допплер эффектісінің нәтижесінде спектрлік сызықтардың кеңеюі. Шығаратын (немесе жұтатын) бөлшектердің әртүрлі жылдамдықтары әртүрлі Допплер жылжуына алып келеді, оның күмүлативтік әсері – эмиссиялық (жұтылу) сызықтың кеңеюі. Бұл нәтижедегі сызық профилі Допплер профилі деп аталады. Ерекше жағдай – бөлшектердің термиялық қозғалысынан туындайтын термиялық Допплер кеңеюі. Онда кеңею тек спектрлік сызықтың жиілігіне, шығаратын бөлшектердің массасына және олардың температурасына байланысты болады, сондықтан спектроскопиялық зерттеулерге алынған шығаратын (немесе жұтатын) дененің температурасын анықтау үшін қолданылуы мүмкін.

Алындыру (релятивистік емес жағдай)

Бөлшектер бақылаушыға қарай қозғалғанда (мысалы, жылулық қозғалыс салдарынан) шығарылған сәулеленудің жиілігі артады. Сол сияқты, шығарушы алысқа жылжығанда жиілік төмендейді. Релятивистік емес жағдайда Доплер жылжуы:

мұндағы – байқалатын жиілік, – тыныш күйдегі жиілік, – шығарушының бақылаушыға қарай жылдамдығы, ал – жарық жылдамдығы. Кез келген сәулеленуші дененің көлемдік элементінде бақылаушыға қарай да, алысқа да жылдамдықтардың таралуы болатындықтан, жалқы әсері байқалатын сызықтың кеңеюіне алып келеді. Егер көру сызығы бойымен жылдамдық компонентіне ие бөлшектердің үлесі болса, онда жиіліктердің сәйкес таралуы:

мұндағы – тыныш жиіліктің жылжуына сәйкес келетін бақылаушыға қарайғы жылдамдық. Сондықтан:

Біз кеңеюді толқын ұзындығы арқылы да жазып көрсетуге болады. Себебі , және демек:

Қолданылу және ескертулер

Астрономия және плазма физикасында термиялық Допплер кеңеюі спектрлік сызықтардың кеңеюіне түсіндіретін факторлардың бірі болып табылады және осы арқылы байқалатын материалдың температурасы туралы ақпарат береді. Дегенмен, жылдамдық таралуының басқа да себептері болуы мүмкін, мысалы, турбулентті қозғалыс. Толық дамыған турбуленттілік жағдайында, нәтижесінде пайда болған сызық профилін термиялық профильден ажырату өте қиын. Тағы бір себеп – тез айналатын аккрециялық дискінің алға және артқа жылжитын бөліктерінен туындаған макроскопиялық жылдамдықтардың кең ауқымы болуы мүмкін. Сонымен қатар, сызықтарды кеңейтетін көптеген басқа факторлар да бар. Мысалы, бөлшектердің жеткілікті жоғары тығыздығы айқын Старк кеңеюіне алып келуі мүмкін. Допплер кеңеюі газдың сіңіру спектрін пайдалана отырып, оның жылдамдық таралуын анықтау үшін де қолданылады. Атап айтқанда, бұл жұлдызаралық газ бұлттарының жылдамдық таралуын анықтау үшін қолданылған. Допплер кеңеюі, отын температурасының реактивтілік коэффициентін анықтайтын физикалық құбылыс ретінде, жоғары температуралы ядролық реакторларды жобалауда да ескеріледі. Принцип бойынша, реактор отыны қызған кезде, отын ядроларының нейтрондарға қатысты термиялық қозғалысы нәтижесінде нейтрондарды сіңіру спектрі кеңейеді. Нейтрондарды сіңіру спектрінің пішінін ескере отырып, бұл нейтрондарды сіңіру қимасын төмендетеді, сіңіру және бөліну ықтималдығын азайтады. Соның салдарынан, Допплер кеңеюін пайдалана отырып жасалған реакторлар температураның көтерілуімен реактивтілігін төмендетеді, бұл пассивті қауіпсіздік шарасын құрайды. Бұл газды салқындататын реакторлар үшін маңыздырақ, себебі суды салқындататын реакторларда басқа механизмдер басым болады. Қаныққан сіңіру спектроскопиясы, сондай-ақ Допплерсіз спектроскопия деп те аталады, Допплер кеңеюінің ықпалы еленбейтін температураға дейін сынаманы салқындатпастан, атомдық өтудің нақты жиілігін анықтау үшін қолданылуы мүмкін.